辐射探测器的应用及其原理
什么是辐射探测器？
辐射探测器是利用辐射与物质相互作用引起的物理、化学反应来间接检测和测量辐射的装置。
人类无法用五种感官直接感受到辐射。因此，利用辐射引起的电离和激发来进行检测和测量。例如，通过产生离子和自由电子，或者通过产生荧光等电磁波，将其转换为电流信号。根据该电流信号，辐射剂量会显示在仪表上或发出声音。
此外，还有许多其他应用，例如应用电子发射的应用、使用热量产生的应用、将中子置于放射性中的应用以及基于切伦科夫光检测的探测器。
辐射探测器的应用
辐射探测器通常用于放射性净化场所、庭院和工厂。辐射有α射线、γ射线、β射线、X射线等种类，辐射剂量也有高有低，因此需要根据情况仔细选择探测器本身。
通过测量空气剂量率，可以掌握有多少辐射在空间中飞来飞去的情况。另外，通过检测物体表面发出的辐射，可以掌握物体是否被污染的情况，并识别污染源。在该应用中，它还用于测量暴露剂量，例如人们暴露于辐射的程度。
辐射探测器原理
检测辐射的方法有两种：一种是利用辐射效应使气体分子电离，另一种是利用物质（主要是固体和液体）中电子的激发效应。
前者称为气体探测器，后者称为闪烁探测器。
1. 气体检测仪
在气体检测器中，检测器充满惰性气体或空气等气体，当辐射穿过这种气体时，分子被电离，产生正离子和电子。气体分子的电离用于测量辐射量。期望检测器包括电离室、GM计数器、正比计数器等类型。
电离室
在电离室中，正离子和电子被吸引到电极上并转换成电信号进行测量。由于被放射线的能量电离的正离子和电子的数量直接变成电信号，因此可以获得几乎与放射线的能量成比例的信号强度。换句话说，可以掌握放射线的能量。但缺点是由于直接观察电离，因此灵敏度较低。
GM计数管
GM计数管与电离室一样充满气体，但通过在电极之间施加高电压，电离产生的电子高速移动，进一步电离其他气体分子。这将确保您获得强劲的信号。
结果，一次电离导致电极之间产生一个脉冲。可以获得很强的信号，但缺点是信号是脉冲，因此无法获得有关辐射能量的信息。
在充满正比反相气体的检测器中，如果适当调节电极间施加的电压，其他气体分子在辐射电离后也发生电离，得到强信号，在这些条件下执行测量的类型是正比计数器。
2. 闪烁探测器
闪烁探测器利用一种称为“激发”的效应，其中辐射为核周围轨道上的电子提供能量，然后电子移动到外轨道。设备的一个示例是闪烁测量仪。
受辐射激发后发光的物质称为闪烁体。碘化钠（NaI）晶体用作固体晶体闪烁体。当辐射被闪烁体吸收时，原子由于电子激发而变得不稳定，然后恢复到原来的稳定状态。此时，原子以光的形式发射能量。
这种微弱的光（光子）被光电倍增管放大并转换成电流进行测量。由于发射的光子数量与辐射的能量成正比，因此可以使用闪烁探测器获知辐射的能量。
NaI 晶体具有吸湿性，因此将它们密封以防止其与空气接触。另一方面，设置入口窗作为辐射进入的地方。入射窗由非常薄的低原子序数金属制成，例如厚度约为100μm的铍或铝。
如何选择辐射探测器
选择辐射探测器时，检查以下项目很重要。
1. 辐射类型
辐射有多种类型，包括α射线、β射线、中子射线、伽马射线和X射线。由于辐射探测器可探测的辐射类型和预期灵敏度由其结构和原理决定，因此在选择探测器时了解这些因素非常重要。
2. 显示值
考虑显示值（简单计数、1cm剂量当量等）是否适合使用目的。
3.辐射透明度
了解辐射穿透性可以让您充满信心地进行操作，因为辐射必须到达电离部位（气体或固体闪烁体）才能被检测到。例如，NaI 闪烁测量仪用于伽马射线和 X 射线测量。这是因为吸湿性闪烁体必须被封闭和密封，从而无法检测到无法穿透薄金属窗口的辐射（α和β射线）。
一些 GM 计数器能够测量 β 射线，而另一些则不能。可以使用具有大窗口并使用非常薄的云母作为窗口的类型来测量β射线。贝塔射线可以穿过这个云母窗口。GM计数器管可以测量β射线和γ射线，有一个金属盖，但测量β射线时必须取下金属盖。这是因为 β 射线不能穿透金属盖。
有关辐射探测器的附加信息
1. 辐射测量的目的
辐射测量大致可分为两个目的。
- 为了控制辐射的处理，我们测量特定于辐射场的辐射剂量，例如辐射的类型和能量，或粒子的数量。
- 测量吸收剂量，它是辐射场中的辐射剂量与辐射与物质相互作用产生的系数的乘积，以了解或利用辐射引起的物理、化学和生物效应。
辐射安全管理是后者的延伸。评价辐射对人体的影响，是在后者吸收剂量的基础上，加上各类辐射的生物效应和人体对辐射敏感性的评价，计算出有效剂量。
2. 闪烁式高能X射线探测器
使用固体闪烁体晶体的闪烁探测器用于测量高能 X 射线甚至更高能量的伽马射线。X射线检测器的特点是闪烁体有效地接收和检测X射线，从而能够进行与X射线的能量成比例的检测。
这是与不能接收高能X射线的气体探测器不同的特点。而且，由于从进入探测器到转换成电信号输出的时间很短，因此适合入射X射线光子较多时的测量。在研究领域，还开发了利用闪烁方法获取二维X射线图像的位置敏感高能X射线探测器。