气体探测器闪烁体探测器半导

　　■ 对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于核 辐射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强 度(数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测 量。

　　入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用 ,使电子获得能量而引起原子的电离或激发。

　　当存在外加电场的作用情况时，离子和电子除了 与作热运动的气体分子碰撞而杂乱运动和因空间 分布不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电 场的作用沿电场方向定向漂移。

　　在存在电场的情况下，两次碰撞之间离子从电场获得的能 量又会在碰撞中损失，离子的能量积累不起来。

　　电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损失的能量很小， 因此，电子在两次碰撞中由外电场加速的能量可积累起来

　　反映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入 射粒子的能 量、时 间、强度等。

　　电离室可以用电流源I(I 和C;并联等效。并可得 到其输出回路的等效电路。

　　生的电离效应放大了，使得正比计数器的输出信 号幅度比脉冲电离室显著增大。

　　碰撞电离只有电子才能实现。当电子到达距丝极一定 距离r 之后，通过碰撞电离过程，电子的数目不断 增殖，这个过程称为气体放大过程，又 称电子雪崩。

　　在电子与气体分子的碰撞中，不仅能产生碰撞电离， 同时也能产生碰撞激发。气体分子在退激时会发出紫 外光子，其能量一般大于阴极材料的表面逸出功，而 在阴极打出次电子。

　　■ 离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程 中，可以认为正离子基本没动，形成空间电荷， 处于阳极丝附近，会影响附近区域的电场，使电 场强度变弱，影响电子雪崩过程的进行。

　　■ 正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中 和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩 过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原 子分子气体阻断离子反馈。

　　多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多 路正比计数器。位置灵敏度达到mm 量级，为粒子物 理等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔物理奖。

　　正离子鞘向阴极漂移过程 (形成“离子电流”,是形成输出 脉冲的主要贡献)

　　在工作气体中加入少量有机气体或卤素气体，构成的G-M 管，具有自熄能力。

　　(2)荧光光子被收集到光电倍增管(PMT) 的光阴极 ,通过光电效应打出光电子；

　　是分开的，所以，有机闪烁体对其所发射 的荧光是透明的。但发射谱的短波部分与 吸收谱的长波部分有重叠，为此在有的有 机闪烁体中加入移波剂，以减少自吸收。

　　光阴极受到光照后，发射光电子的概率是入射光波长 的函数，称作“光谱响应”。

　　过三种次级效应实现的，它产生的次级电子的 能谱是相当复杂的，因而由次级电子产生的输 出脉冲幅度谱也是相当复杂的。

　　测器的灵敏体积内产生电子一空穴对，电子一空 穴对在外电场的作用下漂 移而输出信号。

　　器中被 PMT 第一打拿极收集的电子及半导体探 测器中的电子一空穴对统称为探测器的信息载流 子。产生每个信息载流子的平均能量分别为30eV( 气体探测器), 300 eV(闪烁探测器)和3eV(半导体 探测器)。

　　流子浓度称为本征载流子浓度，且导带中的电子 数和价带中的空穴数严格相等。固体物理理论已 证明半导体内的载流子平省浓度为

　　施 主 杂 质 (施主杂质为V族元素，其电离电位E, 很低。 在室温下，这些杂质原子几乎全部电离。掺有施主杂质 的半导体称为N 型半导体。 )

　　受 主 杂 质 (受主杂质为Ⅲ族元素，其电离电位E, 也很 低。掺有受主杂质的半导体称为P 型半导体。)

　　由于电子迁移率μ和空穴迁移率μ,相近，与气体探 测器不同，不存在电子型或空穴型半导体探测器。

　　多数载流子扩散，空间 电荷形成内电场并形成 结区。结区内存在着势 垒，结区又称为势垒区 。势垒区内为耗尽层， 无载流子存在，实现高 电阻率。

　　□P-N结半导体探测器的工作原理 1)P-N结区(势垒区)的形成P-type

　　在P-N结上加反向电压，由于结区电阻率很高，电位差 几乎都降在结区。反向电压形成的电场与内电场方向一 致。外加电场使结区宽度增大。反向电压越高，结区越 宽。

　　式中Np 和NA 分别代表施主杂 质和受主杂质浓度； a,b 则代 表空间电荷的厚度。 一般a,b 不一定相等，取决于两边的杂 质浓度，耗尽状态下结区总电

　　采用扩散工艺——高温扩散或离子注入；材料一般选 用P 型高阻硅，电阻率为1000;在电极引出时一定要 保证为欧姆接触，以防止形成另外的结。

　　一般用N 型高阻硅，表面蒸金50～100μg/cm² 氧化形 成P型硅，而形成P-N 结。工艺成熟、简单、价廉。

　　降低杂质的浓度N;可提高耗尽层的厚度。高纯锗 半导体探测器是由极高纯度的Ge 单晶制成的 P-N

　　或加速器离子注入施主杂质(如磷或锂)形成N 区 和 N+, 并形成P-N 结。另一端蒸金属形成P+, 并作为

　　HPGe 和Ge(Li)用于组成γ谱仪：锗具有较高的密 度和较高的原子序数(Z=32)。

　　由于Si的Z=14, 对一般能量的y射线， 其光电截 面仅为锗的1/50,因此，其主要应用为：

　　低能量的γ射线和X 射线测量，在可得到较高的光电 截面的同时，Si 的X 射线逃逸将明显低于锗的X 射线 逃逸；β粒子或其他外部入射的电子的探测，由于其 原子序数较低，可减少反散射。