核辐射探测器的现状及其展望

摘 要：文章主要阐述了核辐射探测仪器的发展历史和国内外发展现状，并介绍了几款探测仪器及其相关技术，最后阐述了其技术的改进与发展趋势。

关键词：核辐射探测；研究现状；展望

中图分类号：TL81文献标识码：A收稿日期：2017-04-19

一、核辐射探测器的发展历史

核辐射探测器是通过使核辐射在气体、液体或者固体中发生电离效应、发光现象、物理变化或者化学变化来监测核辐射的仪器。1896年法国科学家A.H.贝可勒尔研究含铀矿物质的荧光现象时，偶然发现铀盐能放射出穿透力很强可使照相底片感光的不可见射线。不久人们在加有磁场的云室中研究这种射线时，证明它是由3种射线成分组成：α射线、β射线和γ射线。贝可勒尔在发现放射性现象的同时使用照相底片（最初的核乳胶）实现了人类历史上的第一次核辐射探测。云室、核乳胶等成为了最早的核辐射探测方法。1908年，出现了气体电离探测器，但是还存在快速计数的问题。而1931年由于脉冲计数器的出现，解决了快速计数问题。1947年出现的闪烁计数器，利用物质密度远大于气体而提高了对粒子的探测效率。例如使用的碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线具有较高的能量分辨能力。到了60年代初，半导体探测器的发明，促使能谱测量技术的发展。对于现代用于核物理、高能物理等其他科学技术领域的各种探测器件和装置，都是以上面三种类型探测器件为基础经过不断改进创新而实现的。现如今人们对核能利用的日益广泛，促进核监测能力不断发展。

迄今为止，核辐射探测仪器衍生了很多种类，所运用的原理也不尽相同，其与核辐射探测技术共同发展，相辅相成，都经历了计数、测谱以及图像显示等发展阶段。能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。

二、核辐射探测器的研究现状

目前国内外针对不同场合、不同辐射种类、不同能量范围的辐射探测器有很多，其主要是利用粒子与物质之间的相互作用来进行工作，下面就对以下五大类探测器加以介绍。

（1）气体探测器：气体探测器作为一种核辐射探测器，其中最常用的比如有正比计数器（Proportional Counter）、盖革-弥勒（G-M）计数管等。它的工作原理是通过电极将气体分子原子产生电离电荷信息收集起来，用以探测粒子，获取粒子信息，从而实现探测作用。

（2）闪烁探测器：应用在脉冲辐射的测量当中，某些透明物质在带电离子的电离、激发作用下会发光。这里先将电离辐射转换成光辐射，在光敏层中由光转换为电信号，打出光电子。由这些光电子形成的电脉冲获得粒子信息。

（3）半导体探测器：将半导体材料电离产生电子和空穴，在外加电场的作用下，移向收集电极应出电荷，产生输出信息。例如现在的硅微条探测器SMD（Silicon MicrocStrip Detector）、像素探测器（Pixel Detector）和 CCD图像探测器。

（4）基于CCD图像传感器的辐射探测器：例如CT（Computed Tomography）机，它利用了计算机 X 射线断层扫描技术，用X射线束对人体某部分具有一定厚度的层面进行扫描。

（5）基于CMOS图像传感器的辐射探测器：CMOS图像传感器比CCD传感器具有更好的抗辐射性能，所以在辐射相关的探测当中应用更加广泛。如，2013年，Bo Kyung Cha等人提出，基于CMOS图像传感器的 X 射线的图像传感器。2014年，Joshua J.Cogliati等人提出，CMOS图像的像素与γ射线的能量相关，并制造了能够探测γ射线剂量的智能手机。

三、核辐射探测的應用领域

核能作为一种新型能源，具有清洁、安全等特点，随着的技术成熟，在工业和农业生产领域、医疗和卫生领域的应用越来越广泛；由于核能巨量释放的危险性，核能在科学研究和国防等领域的应用也十分广泛。总之，核能离我们的生活越来越近。然而，核能应用过程中释放的放射性物质对人体危害很大，因此，我们需要及时有效地探测到核辐射，以进一步作出防护措施。这样一来，核辐射探测的应用领域也就和核能的应用邻域一样，十分广阔，为我们的社会带来便利。

四、核辐射探测器的发展趋势

经历了计数、测谱以及图像显示等发展阶段，我们对核辐射探测器的研制呈现出以下几个趋势：

1.虚拟化

通过引入虚拟模型作为操控处理平台，来对核辐射过程中的图像进行研究，避免实际探测过程中方法不正确而引起的数据结果错误。研究具有多种信息组合的探测器或探测装置，使其能够同时给出入射粒子的能量、剂量、照射量率、放射性活度和位置等信息。

2.精确化

虚拟模型为用户所提供的平台，实质上并不是正式的核辐射探测操作，而是在虚拟环境的条件下的图像处理。所以，核辐射探测采用虚拟模型具有精确化的特点，防止在正式的操作中出现失误，提高了核辐射图像的质量。

3.智能化

微电子技术的发展不断促进微型化探测器的进步，使其更加智能。核辐射探测是我国在发展核能的过程中必不可少的一部分，必须要使用最高端的科学技术对核辐射进行探测，才能保证工作能够正常且安全的进行下去。通过图像模型来探测核辐射，可以得到更加清晰、形象的图像结果，从根本上解决以前对核辐射探测的不足。寻求探索更为理想的探测介质及探测机制，利用不同介质的特性研制应用于不同领域的、性能更优良的辐射探测器，超导探测器的研制是今后努力的一个很重要的方向，不容忽视。

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