加速器周围 γ 辐射监测仪的研究

加速器周围 γ 辐射监测仪的研究

马展翎

新疆智检汇安环保科技有限公司 乌鲁木齐 830000

摘要：伴随着加速器的快速发展，对其γ辐射环境监测也显得尤为重要.本文主要介绍加速器γ辐射环境监测的仪器、各类仪器的原理、优缺点等，为加速器周围γ辐射监测技术的研究提供一些参考依据。

关键词：加速器；γ辐射监测；探测器

随着粒子科学技术的快速发展，加速器应用越来越广泛。加速器的种类根据其不同的加速粒子分为电子加速器、质子加速器、重离子加速器。不同的加速器由于其不同的特性可以应用到很多方面，如无损检测、粒子注入、医疗卫生等。同样的正因为加速器的多样性其监测仪器也有很多种，如气体探测器、固体探测器、半导体探测器等。本文主要就是通过这几个方面对加速器周围γ辐射监测仪的研究。

一、气体探测器：

1.电离室：电离室是工作在饱和区的气体探测器，原则上它既不存在复合也没有气体放大，在容器内装有电极，电极与容器壁之间加有一定的电压，这样就形成了电场。当带电粒子进入电离室时，入射粒子与电离室内的气体相互作用，气体被电离成许多正负离子对。

电离室是最早的核辐射探测器，属于气体探测器，由于其产生的电流信号大约为10^-7—10^-3A，使得电离室剂量计成为非常普通的一种测量手段。按照工作方式的不同，电离室一般分为两类：一类是记录当个核辐射粒子的脉冲电离室，主要用来测量带电子粒子的辐射量和能量；另一累是记录大量粒子平均电离效应的电流电离室。

2.G-M计数管：正比计数器是工作在气体探测器特性曲线正比区的气体探测器，初级电离产生的电子从电场获得能量足以产生次电离，而且次电离子还可以使气体电离，粒子对数目逐步增加，而且最后形成的总离子对数保持与初电离成正比关系。

二、半导体探测器：

1.金硅面垒：正向以经过适当处理的单晶片表面蒸发上一层薄金而制成。这一金属半导体界面有整流特性，工作时以涂金层作为阴极，以硅基片另一面被蒸发上一薄层铝或镍作为电极接触引线与电源正极相连。使用时需配以电荷灵敏度的放大器始能检测其产生的电脉冲信号。

2.锂漂移硅：当光子进入探测器后，在Si（Li）晶体内激发出一定数目的电子空穴对。电流脉冲经过主放大器转换成电压脉冲进入多到脉冲高度分析器，脉冲高度分析器按其高度把脉冲分类进行技术，这样就可以描出一张X射线按能量大小分布的图谱。

3.高纯锗：高纯锗探测器分为平面型和同轴型。其中平面型的工作原理和结构与硅探测器相同，只不过高纯锗要求一般工作在全耗尽状态，并且在液氮温度下使用。

三、固体探测器

1.热释光：基本原理是固体能带理论。当晶体受到核辐射照射后再对该晶体进行加热，这样会导致被俘获的电子从晶体中获得能量，若此能量足够高时，电子就挣脱陷阱能级或激活能级的束缚而重新被激发到导带中，由导带跳回满带，将激发能以光子的形式辐射，发射的这种光成为热释光。

2.光致光：同样是基于晶体的固体能带理论。光致光区别于热释光的主要是光致光是用光作来照射晶体，使得晶体中沉积的能量以荧光的形式激发出来，再通过光电倍增管收集荧光子的过程，因此OSL过程可以激发更多的俘获电子，这也使得OSL的测量灵敏度要比TL高。

四、加速器周围使用的γ探测器优缺点

加速器周围使用的γ探测器种类繁多，但是他们都有自己的优点和缺点。对于大型的粒子加速器（如高能电子加速器、高能质子加速器、重离子加速器）其粒子束流具有脉冲宽度窄和重复频率低的特性。束流在加速过程中，由于粒子的损失或是打靶，使粒子与加速器周围的结构材料发生相互作用，产生中子、γ辐射。瞬发的中子、γ辐射的时间结构与束流的时间密切相关，形成一个占空比低的中子、γ脉冲辐射场。而传统的γ辐射探测器在窄脉冲辐射场中的剂量响应是不同的，且存在一定的问题如：

1.以脉冲计数作为记录方式的探测器，由于存在一定的分辨时间，在窄脉冲辐射场（ns级）的测量中存在比较严重的漏计数，所以不适合在脉冲辐射场中使用。

2.电流电离类的探测器，在窄脉冲辐射场中，由于瞬时剂量率很高，会导致在电离室内瞬间产生大量的正负离子对，这样在电离室内发生复合使得测量结果失真。

3.对于储能型探测器，如热释光剂量计和中子乳胶等，他们在脉冲辐射场中不存在漏计数，但是他们不能作为一个在线监测器。

4.对窄脉冲辐射场周围的γ辐射监测的仪器大部分都像上面提到的存在一定的缺陷，这样一种新型的探测器就被提了出来，现在国内外都将目光放在了基于OSL（光致发光）原理，研发一种新型的探测器。这种新型的探测器基于OSL原理，用剂量片作为剂量沉积材料，通过光激发将剂量片沉积的剂量激发出来，激发出来的荧光可以直接被光电倍增管接收并很快的给出信号，这种新型的探测器不仅避免了漏计数，也不存在重复计数，同时由于其整个过程时间极短，也可以作为在线监测的探测器，是一种比较新颖有创意的探测器。

无论是加速器的发展，还是其周围γ辐射探测器的研发都是未来高新技术的重要部分，好的探测器能给加速器的使用带来更多的方便和安全。

参考文献

[1]徐建明.加速器原理.北京:科学出版社，1981.240—242。

[2]李建平,刘曙东,汤月里,等著.粒子加速器辐射探测方法及应用[M].北京:原子能出版社,2007。