核辐射探测器在同位素仪表中的作用

在同位素仪表中，核辐射探测器的作用是将射入探测器的β或γ射线强度转换成电信号，再由前置放大器将该信号转换成适合于传输及测量的足够大的信号送到二次仪表进行处理。

同位素仪表中常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数器、G-M计数器和闪烁探测器。

电离室的探测原理是：在足够强的静电场中直接收集被射线电离的气体生成的电子和离子，从而在电极上产生与电离大小有关的电信号。电离室有两类：一类是测量单个入射粒子的称为脉冲电离室，这在同位素仪表中很少应用；另一类测量大量粒子产生的平均累计效应，称为电流电离室，这是测厚仪表中最常用的一种探测器。这种探测器的最大优点是测量范围宽，稳定性好，寿命长。但输出信号为直流微弱电流，测量仪表易受外界干扰。温度漂移及长期漂移是影响其测量精度的主要因素。

电离室的基本结构较简单，可以说就是两个收集电荷的电极，并在电离室中充以一定压力的气体。两个电极可以由两块平行板组成，也可做成圆柱形，外围的圆筒为一个电极，中心由圆棒、圆筒或细丝形成另一电极。此外，还可将电极做成球形。上述各种结构的电离室分别称之为平行板、圆柱形和球形电离室。在实际应用中要根据需要来决定结构形式。

当收集电极电压较高时，在离子收集过程中开始出现气体放大现象，即由于电子在电场下加速，与气体原子发生碰撞产生了新的电离，从而被收集到的离子对数比入射粒子产生的原始电离数多，在一定电压范围内增加的倍数随电压的增加而增加，与入射粒子能量无关。工作在这个区域的气体探测器称为正比计数器，即收集到的电离正比于入射粒子产生的原始电离。正比计数器比起电离室来，输出信号大，可适用于能量较低的射线，但是其输出信号对工作电压及气体压力等十分敏感，极易受到外界干扰，很少用于测厚仪表。

正比计数器一般都是圆柱形的，这是由于只有圆柱形电场才可能在靠近中心附近得到能产生气体放大的足够强的电场。若收集电极上电压进一步升高，增加的离子对数不再与原电离成正比。最后，在某一范围内收集到的离子对数与原电离没有关系，只与所加电压有关，这个区域称为盖革-弥勒区，工作于这个区域的探测器称为盖革-弥勒探测器，简称G-M计数器。

（1）G-M计数器的优点G-M计数器探测射线具有下列明显的优点：

1）输出幅度大，测量电路简单。

2）稳定性好。

3）计数器尺寸可根据要求在很大范围内变化。

4）使用方便成本低廉。

（2）G-M计数器的不足主要缺点如下：

1）不能区别粒子的类型和能量。(www.xing528.com)

2）不能进行快速计数。

3）有乱真计数的干扰。

4）使用寿命较短。

与正比计数器一样，G-M计数器大多为圆柱形的。G-M管由于其使用方便和廉价，得到了广泛的应用。

需要说明的是，前面所述随电压的变化，对应了不同的气体放电过程，而形成了三个区域，并不是说每个探测器都可工作在上述任一区域。实际应用中必须根据用途专门设计或选用某种固定类型的探测器。

与上述三种气体探测器不同，闪烁探测器由闪烁体和光电倍增管两部分组成。闪烁体的作用是将射线的能量转换为光能。光电倍增管将闪烁体发出的光转换为电子，这些电子在光电倍增管中经过多级倍增，最后得到大大增强的电信号。

常用闪烁体的性能见表2.5-7。

表2.5-7 几种常用闪烁体的性能

①塑料闪烁体有不同规格，性能亦有差别。

选用闪烁体时，应根据被测射线种类和能量范围确定其种类和尺寸，应尽量减少干扰射线的灵敏度，波长应与所用光电倍增管配合。为了改善闪烁体到光电倍增管之间的光学接触，总要求两者之间涂上硅油，有时由于尺寸或空间等要求，两者之间可以使用透明的光导。

同位素仪表常用的国产光电倍增管型号为GDB—10和GDB—19A。光电倍增管必须在绝对黑暗的环境中工作，否则将损坏光电倍增管。闪烁探测器由于探测γ射线的效率高、输出信号大，是测厚仪表中另一种最常用的探测器。它的工作状态也有两种，即电流状态和脉冲状态。在测量β射线时应选用密度较小的有机材料闪烁体，并尽量做成薄片状，以减少γ射线的干扰。