2024年4月20日发(作者：)

三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室）

（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应

是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点

的直线，仅在能量低于几百

keV

（对电子）和（

1~2

）

MeV

（对质子）时才偏离直

线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。因此

测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。

NaI(TI)

烁体的主要优点是密

度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。另外它的发光效率高，因而能量分

辨率也较好。它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。

碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作

激活剂。铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。碘化铯的

密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。与碘化钠相

比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。此外，它不易

潮解，也不易氧化。但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。碘化铯的主要缺点

是光输出比较低，原材料价格较贵。

锗酸铋探头：与碘化钠（

TI

）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。对

0.511MeV

γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的

效率和最好的信噪比。BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。

在低能区（

<<0.5MeV

）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于

0.511MeV

的γ射线，

BGO

的时间分辨为

1.9ns

，而碘化钠

NaI(TI)

的的为

0.75ns

。

BGO

的主要缺点是折射

率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。价格高。

硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合

在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。

laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪

具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。

液体闪烁体：对脉冲形状甄别的性能极好，主要用于强γ场中测量快中子，也常用

于测量低能弱β射线的发射率。

测量β辐射和中子大都选用塑料闪烁体，也可采用有机液体闪烁体；测量α辐射一

般用

ZnS

（

Ag

）闪烁体；

BGO

闪烁体适用于测量低能

x

射线和高能γ射线；

NaI(TI)

主要用于探测γ射线。检测

3

H

和

14

C

等放射源的低能β辐射的微弱放射性活度，经

常使用液体闪烁体。

（半导体）高纯锗探测器：普遍用于γ射线谱仪中。硅探测器对γ射线的探测效率

很低，锗探测器使用时需要在液氮温度下冷却，这是由于他们的原子序数低和禁带

宽度很窄的缘故。

(气体探测器)G-M管特点是制造简单，价格便宜，易于操作，输出脉冲幅度大，对

电子学线路要求简单。缺点是死时间长，不能用于高计数率场合。

碘

131

很不稳定，他要在原子核里放出一个叫β粒子自己变成叫氙（读仙）的无害

的惰性气体。它每周有一半变成氙就是说一周里一克碘131有一半变成了气体跑走

了。只剩下半克碘了。下周就只有四分之一克碘了。而且这个倍它粒子穿透力不算

强。所以福岛的核辐射经过两千公里到上海还有吗？

铯137是个很不好的元素，它放出叫嘎玛射线，这射线穿透力很强，它的寿命是一

个月减少一半。变成没有放射性物质。但是它比碘胖走的慢。要走两千公里也够呛。

电离室与半导体探测器性能比较

【电离室】

ionizationchamber

一种根据带电粒子对气体电离而测量电磁辐射或粒子流强度或测量短射程带电粒子

（如

α

粒子）能量的探测器。电离室是最早的核辐射探测器。

1911

～

1914

年间曾使

用电离室发现宇宙线。其主要结构是在一个充有气体（如氩、空气等）的密封容器

内装两个电极（阳极和阴极），其上加有几百伏特的电压。（

1

）当带电粒子、

X

射线

或γ射线进入容器后，使电极间的气体电离而产生正负离子，这些离子分别向两极运

动而形成电流。用测量仪器测出电流的大小，就可以推知粒子流的强度或物质所受

X

射线或

γ

射线照射的剂量。这种是

“

电流电离室

”

或

“

累积电离室

”

。（

2

）当短射程带

电粒子进入后，将在两极间消耗其全部能量于使气体电离，所产生的正负离子分别

到达两极，使它们间的电势发生改变（“脉冲电压”）。测量出脉冲电压的大小和数目，

就可推知带电粒子的能量和数量。这种是“脉冲电离室”。

电离室的优点是：

1

）能量响应好。可做绝对测量用；

2

）当复合损失可忽略时，输

出与辐照的剂量率无关；3）长期稳定性好（一般可做到小于0.5%/年），使用寿命

长；

4

）密封电离室无需温度、气压修正；

5)

方向性好。

它的缺点是：1）灵敏度差；2）空间分辨率比半导体探头差，近来，由于有尖点电

离室（灵敏体积直径为

2mm

），空间分辨率基本能满足实际测量需求。

【半导体探测器】semiconductordetector

用半导体材料制成的将射线能量转换成电信号的探测器，它是近些年来发展起来的

一种新型核辐射探测器。又称半导体计数器。实质上是一个半导体材料高掺杂的较

大体积的晶体二极管。入射粒子进入半导体探测器后，产生空穴

-

电子对，这些空

穴-电子对被探测器两电极的电场分开，并分别被阴极和阳极收集，产生同射线粒子

交出的能量成正比的输出脉冲信号，从而可探测射线的强度。由于产生一个空穴-

电子对所需的能量约

3

电子伏特（

eV

），半导体探测器的能量分辨率比闪烁计数器

和气体电离探测器的要高得多。

常用的半导体探测器有两种类型：（

1

）金硅面垒型，它是在一块

n

型硅单晶片上喷

涂一层金膜，在金硅交界面附近形成一个高阻区。也就是形成一个非常薄的P型反

型层，接线从底面和靠近交接部分的表面引出。形成一个半导体二极体。如果加上

一个方向偏压，在二极体交接部分的电场使得只有微弱的电流能通过。在靠近交接

部分的两边有一个所谓耗尽层的区域，所有反向偏电压都加在这个区域。耗尽层是

半导体射线探测器的灵敏部分，如果射线穿过这部分，产生载流子，它们就会被收

集，和气体电离室的情形一样。（

2

）锗（或硅）

—

锂漂移型探测器。它是使适量的

锂均匀地漂移进一块P型锗（或硅）单晶，形成高阻区。使用时探测器接上反向电

压，当有射线进入高阻区时，损耗能量产生电子

—

空穴对，在电场作用下，电子、

空穴被收集，就有电信号输出，再用电子仪器记录。其中金硅面垒探测器适用于测

量带电粒子。锗（或硅）—锂漂移探测器测量γ射线、X射线等的能量分辨率特别好，

但必须要在低温（

77K

）真空条件下工作。一般必须用液态氮冷却真空条件下工作。

一般必须用液态氮冷却条件下使用。近代也曾把此种探测器放在火箭中升到太空做

宇宙射线的探测和研究，在化学方面用来做化学分析后的放射性物质的精密测定。

由于半导体探测器的体积小，将来会在医学上得到广泛的应用。

半导体探测器的优点是：

1)

空间分辨率好，分辨时间快。；

2)

灵敏度高；

3)

在同样剂

量辐照下，输出的信号比电离室大。

它的缺点是：

1)

能量响应差，不能做绝对测量用；

2)

输出的信号与辐照的剂量率有

关，即辐射损伤效应（累计剂量达到一定程度后，响应会有很大变化）。如测量PDD

时，当水深为

25cm

时，与正常信号输出可差

4.4%

；

3)

长期稳定性不好；

4)

无需温

度、气压修正，但温度变化会明显增加探测器的暗电流，即输出随温度的漂移大。