请问 核辐射检测器 的工作原理

能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。

计数器 以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。

气体电离探测器 通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。

多丝室和漂移室 这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒子经过的区域。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录仪器连接。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目，可从测量离子漂移到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信号并大致规定了事件发生的部位，根据这种原理制成的计数装置称为漂移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多丝室高。

半导体探测器 辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗做半导体材料，主要有三种类型：①在n型单晶上喷涂一层金膜的面垒型②在电阻率较高的 p型硅片上扩散进一层能提供电子的杂质的扩散结型③在p型锗（或硅）的表面喷涂一薄层金属锂后并进行漂移的锂漂移型。高纯锗探测器有较高的能量分辨率，对γ辐射探测效率高，可在室温下保存，应用广泛。砷化镓、碲化镉、碘化汞等材料也有应用。

闪烁计数器 通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成可测的电信号来测量核辐射。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分三大类：①无机闪烁体，常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体，它们对电子、γ辐射灵敏，发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十分有效。其他如用银 (Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射，加入载体后可测量中子；氟化钡 (BaF2)密度大，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。②有机闪烁体，包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等)，前两种使用普遍。由于它们的光衰减时间短(2～3纳秒，快塑料闪烁体可小于1纳秒)，常用在时间测量中。它们对带电粒子的探测效率将近百分之百。③气体闪烁体，包括氙、氦等惰性气体，发光效率不高，但光衰减时间较短（＜10纳秒）。

切伦科夫计数器 高速带电粒子在透明介质中的运动速度超过光在该介质中的运动速度时，则会产生切伦科夫辐射，其辐射角与粒子速度有关，因此提供了一种测量带电粒子速度的探测器。此类探测器常和光电倍增管配合使用；可分为阈式(只记录大于某一速度的粒子)和微分式（只选择某一确定速度的粒子）两种。

除上述常用的几种计数器外，还有气体正比闪烁室、自猝灭流光计数器，都是近期出现的气体探测器，输出脉冲幅度大，时间特性好。电磁量能器(或簇射计数器)及强子量能器可分别测量高能电子、γ辐射或强子（见基本粒子）的能量。穿越辐射计数器为极高能带电粒子的鉴别提供了途径。

径迹室 通过记录、分析辐射产生的径迹图象测量核辐射。主要种类有核乳胶、云室和泡室、火花室和流光室、固体径迹探测器。

核乳胶 能记录带电粒子单个径迹的照相乳胶。入射粒子在乳胶中形成潜影中心，经过化学处理后记录下粒子径迹，可在显微镜下观察。它有极佳的位置分辨本领（1微米），阻止本领大，功用连续而灵敏。

云室和泡室 使入射粒子产生的离子集团在过饱和蒸气中形成冷凝中心而结成液滴（云室），在过热液体中形成气化中心而变成气泡（泡室），用照相方法记录，使带电粒子的径迹可见。泡室有较好的位置分辨率（好的可达10微米），本身又是靶，目前常以泡室为顶点探测器配合计数器一起使用。

火花室和流光室 这些装置都需要较高的电压，当粒子进入装置产生电离时，离子在强电场下运动，形成多次电离，增殖很快，多次电离过程中先产生流光，后产生火花，使带电粒子的径迹成为可见。流光室具有较好的时间特性。它们都具有较好的空间分辨率（约 200微米）。除了可用照相记录粒子径迹外，还可记录电脉冲信号，作为计数器用。

固体径迹探测器 重带电粒子打在诸如云母、塑料一类材料上，沿路径产生损伤，经过化学处理（蚀刻）后，将损伤扩大成可在显微镜下观察的空洞，适于探测重核。

由许多类型的探测器、磁铁、电子仪器、计算机等组成的辐射谱仪，可获得多种物理信息，是近代核物理及粒子探测的发展趋势。

说实话这个问题还是比较复杂的，简单说，就是辐射能量使探测器的某些原子电离，电离放出的电子或者光子，通过探测器，如光电倍增管等接受，传给外面的电路形成脉冲，然后根据这些脉冲进行某些计算。下面是某教材里面的一些总结性的东西，不知道能不能帮到你：

探测器把核辐射转变为电信号的物理过程在很大程度上决定了探测器的主要技术性能和用途。就这三类探测器而言，核辐射转变为电信号的过程不管多么复杂和不同，概括地讲总是分为两个阶段。第一阶段：入射的粒子如果不是带电的，如γ光子和中子，则通过与探测器物质的相互作用，转变或产生出带电粒子，这些带电粒子在探测器内的一个特定区域使原子或分子电离和激发；第二阶段：被电离和激发的原子，在探测器的外加电场中作定向移动，因而在探测器外部负载电路中给出一个电流信号，称为探测器的本征电流信号。这个本征电流信号的特点完全取决于核辐射在探测器内转变为电信号的物理过程，而与探测器的外部负载电路无关。

为了使探测器内部产生一定电场，需供给探测器以一定数值的直流电压。在探测器与提供直流电压的电源之间还有若干个电子元件。为了把本征电流信号改造成为适合测量任务需要的电信号，在探测器与电信号处理仪器之间也需要一些电子线路和元件。所有这些元件组成了探测器的外部负载电路。对大多数测量任务来说，这三类探测器可以把本征电流信号改造成为慢变化的电流信号，也可以改造成脉冲信号，然后再被送到电信号处理仪器中。输出慢变化的电流信号的状况通常称为探测器的电流型工作状况，而输出脉冲信号的状况称为探测器的脉冲型工作状况。大多数探测器可以工作在这两种状况中的任何一种。

以伽玛射线的测量为例，目前比较常用的是高纯锗伽玛谱仪，是通过半导体探测的，实际使用的半导体有两种，一种叫做N型，另一种叫做P型。它们都是在纯半导体材料中掺入不同杂质而构成的。掺有第三族元素如硼（称受主）的硅或锗叫做P型，其中有许多空穴。掺有第五族元素如磷（称施主）的硅或锗叫做N型，其中有许多自由电子。通常的半导体计数器材料并不是纯的半导体，而是利用所谓这种P-N结型半导体。P-N结型半导体探测器就是指P型半导体与N型半导体直接接触（接触距离小于10-7cm）组成的一种元件。在接触的交界处由于剩余电子和剩余空穴互相补充，故在交界处电子和空穴的密度特别小，即相当于电阻特别大。在工作时加上反向电压（即P型加负压，N型处加正压），电子和空穴背向运动，造成了无自由载流子的耗尽层，又称半导体探测器的灵敏体积。当带电粒子进入此灵敏体积后，由于电离产生了电子-空穴对，电子和空穴受电场的作用，分别向二个电极运动，并被电极收集，从而产生脉冲信号。此脉冲信号被低噪声的电荷灵敏放大器和主放大器放大后，由多道分析器或计数器记录。

导读

参考资料

【1】Paul Johns and Juan Nino. Room temperature semiconductor detectors for nuclear security . Journal of Applied Physics, 2019 DOI: 10.1063/1.5091805

【2】https://publishing.aip.org/publications/latest-content/technological-developments-in-radiation-detectors-enhance-global-nuclear-security/

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