美国科学家研制出室温半导体核辐射探测器

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/

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。

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