輻射探測器

---

簡介

輻射探測器的開發始於電晶體的發明。最近的探測器利用量熱計來計算探測到的輻射能量。照相底片被用來識別原子核相互作用留下的痕跡。照相底片可以放置在放射性物質或射束的路徑上。

當底片沖洗後，可以觀察到或認為是輻射照射引起的霧影。在早期，驗電器是主要使用的放射性探測器。它們主要用作一對金箔，這些金箔可以透過輻射引起的電離過程帶電並相互排斥。

什麼是輻射探測器？

輻射探測器是指能夠評估輻射能量譜的測量儀器。它主要用於識別正在釋放輻射的特定放射性物質（Chen 等，2020）。這些裝置被用作調查儀器來識別放射性物質。

圖 1：輻射探測器

輻射探測器至關重要，因為它有助於增強人們對放射性應用領域的認識，確定放射性區域的界限或簡化放射性傳播的溝通（Roy 等，2021）。

人體吸收的輻射劑量通常使用傳統的單位拉德或戈瑞 (Gy)（SI 單位）來計算。

輻射探測器的原理

檢測原理之所以有效，是因為地球除了中微子之外，對所有元素都起到了遮蔽作用。輻射測量是一項重要工作，它基於物質與輻射之間相互作用的原理。當輻射穿過探測器時，它會使氣體原子電離，從而將原子分解成正電子和離子。

分離出的正離子和電子會連線到電極上，導致電流流動（Xie 等，2020）。這被轉換為電訊號，然後計算為輻射量。大多數矽輻射探測器的工作原理是將矽條變窄，將其製成二極體，然後反向偏置。

輻射探測器的型別

輻射探測器的特徵在於它們被設計用於檢測的輻射型別或其基本工作原理。從功能的角度來看，輻射探測器包括輻射光譜儀、計數器和劑量計。主要的輻射探測器型別包括：

閃爍輻射探測器 - 這種型別的輻射探測器利用輻射與物體相互作用時產生的光能水平來最終實現輻射水平的測量。閃爍體的光在短時間內反射，這使得裝置能夠在最短的時間內捕獲大量粒子。

圖 2：閃爍輻射探測器

自由電子被光電倍增管中下一個極板的最高正電勢強烈吸引。然後，它導致更多電子向下流經該管到連續的倍增極。

該過程再次重複，在每個倍增極處發射的電子數量得到放大。閃爍輻射探測器中的光能與進入探測器的輻射能量成正比。

氣體填充輻射探測器 - 這種型別的輻射探測器的工作原理是基於輻射透過空氣或特定氣體時發生的電離效應。如果在包含空氣的容器上施加高壓電位差，則電離輻射可能會導致產生自由電子和帶正電的離子，這些離子是從氣體原子中剝離出來的。

圖 3：氣體填充輻射探測器

電位差會導致正離子積累在自由電子和陰極上，並在探測器的陽極處收集（Hennig & Hoover，2021）。帶電粒子的積累導致產生微弱電流，探測器可以感知或顯示該電流作為訊號輸出。

固態輻射探測器 - 這種型別的探測器利用半導體器件內部的電離原理工作。它主要包含兩種型別，包括 p 型和 n 型（Xie 等，2020）。這些材料包含具有電荷載體的原子，這些電荷載體被認為是空穴或電子，即電子的缺失。

圖 4：固態輻射探測器

當半導體材料與這種輻射探測器連線時，電子從 n 區遷移到 p 區會導致臭氧耗竭。入射輻射擊中半導體材料併產生空穴和自由電子，電子-空穴對的數量與輻射水平成正比。

輻射探測器的應用

• 輻射探測器用於探測、跟蹤或識別來自人工或自然來源（如 X 射線、核衰變和宇宙輻射）的高能粒子。

• 在氣體填充探測器中，透過在正負電極之間施加電壓差，在氣體中產生電場。

• 閃爍探測器用於在各種應用中測量輻射，例如醫學成像、核安全以及監測環境和人員的放射性汙染。

結論

輻射探測器通常被稱為粒子探測器，是一種有助於識別和探測高能粒子的裝置。根據裝置的配置，照相底片可以配置為測量 β 或 α 粒子，這對於早期涉及放射性事實的研究來說是一種寶貴的工具。閃爍材料可以是固體或液體，當發射的輻射擊中物體時，光子會被髮射到稱為光電倍增管的裝置中。

常見問題

Q1. 固態輻射探測器的用途是什麼？

固態輻射探測器透過累積電荷在粒子穿過半導體時釋放的電荷來提供訊號。特別是，合適的植入電極中的條帶施加電漂移場，其中電離電荷是可檢測的訊號。

Q2. 閃爍體中真空管的作用是什麼？

閃爍體是一種輻射探測器。在閃爍體中，真空管有助於將光轉換為電脈衝。

Q3. 輻射的獨特分類是什麼？

輻射被定義為從源頭髮出並以光速穿過空間的能量。α、β 和 γ 是主要的輻射分類。

Q4. 如何檢測房屋中的輻射？

通常建議使用緊湊型家用劑量計進行檢測。它廣泛用於人類輻射防護以及工業和醫療目的的測量。