核辐射探测器

1、 核核辐射探测器概述辐射探测器概述 山东省卫生厅卫生监督所 刘 兵 l 提要l一、核辐射探测器概述。l二、核辐射探测器工作原理。l三、核辐射探测器的应用。l四、放射诊疗检测概述。l五、放射诊疗检测技术特点与结果分析。 对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于探测各种辐射，给出辐射的、及等特性。即对辐射进行测量。 辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的、效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为。一、核辐射探测器概述（一）什么是辐射探测器？u1927年，Wilson，发明云室；u1948年，Blackett，发展云室用于辐射研究；u1950年，Powell，发展核乳胶；u196

2、0年，Glaser，发明气泡室；u1968年，Alvarez，发展气泡室；u1992年，Charpak，发明并发展多丝正比室。（三）辐射探测的基本过程 辐射粒子射入探测器的体积； 入射粒子通过、等效应而在探测器中； 探测器通过各种机制将转换成某种形式的。 按材料状态：气体、液体、固体探测器 按记录方式：收集电离电荷的探测器，如气体电离探测器、 半导体探测器； 收集退激荧光的探测器，如闪烁探测器、热释 光探测器； 显示离子集团径迹的探测器，如径迹探测器、 切伦科夫探测器等。 （四）辐射探测的基本分类l气体探测器l闪烁探测器l半导体探测器l径迹探测器l中子探测器 当前，辐射技术应用日益广泛，辐射种

3、类越来越多。辐射检测仪器也相应地不断增加。 但是，大多数检测仪器的基本原理并未改变，只是在仪器性能、加工工艺、仪器精度、仪器功能等方面不断改进。（五）辐射探测器的基本特点 u虽然辐射检测仪器的种类已比较多，但是，仍然没有一台仪器是通用于各种辐射测量的，每一类仪器都有其适用范围和相对适用范围，放射检测工作者必须对辐射探测技术、测量仪器和被检测的辐射样品和辐射场所的辐射性能有比较全面的了解，选择合适的测量仪器和评价方法，才能得出正确的检测结果。 l根据射线与物质相互作用所致原子、分子的电离和激发效应制成的。l通过测量射线在其中产生的脉冲数目、脉冲幅度、平均电离电流或（和）累积的电荷总量等来确定射线

4、量。 辐射探测器工作基本原理要点探测器的；探测器的与；探测器的；探测器的。u核辐射引起的气体电离D初级电离：入射粒子与气体分子或原子直接碰撞而导致的气体电离；D次级电离：直接电离所产生的电子或紫外光及X射线而导致的气体电离。D复合过程：正离子和电子或负离子复合成中性粒子的过程。u电离室D脉冲电离室：记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。D电流电离室：记录大量粒子平均效应，主要用于测量X, g, b 和中子的强度或通量。0d+ + + + + + + +- - - - - - - - 阳极阳极 阴极阴极 -U0z离子和电子在外加电场中的漂移 离子和电子除了与作热运动的气体分子碰撞

5、而杂乱运动和因空间分布不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。 这种运动称为“漂移运动”，定向运动的速度为“漂移速度”。 原理：如果核辐射被电离室中的气体吸收，该气体将发生电离。电离探测器即是通过收集射线在气体中产生的电离电荷进行测量的。 仪器：常用的有电离室、正比计数管、盖革弥勒计数管（G-M管）。 用法：电离室是测量由电离作用而产生的电离电流，适用于测量强放射性；正比计数管和盖革弥勒计数管则是测量由每一入射粒子引起电离作用而产生的脉冲式电压变化，从而对入射粒子逐个计数，这适合于测量弱放射性。l气体探测器的特点：D探测器的灵敏体积大小和形状几乎不受限制；D没有辐射损

6、伤或极易恢复；D经济可靠。高压极高压极收集极收集极保护极保护极0VKCGLR高压高压负载电阻负载电阻外壳外壳灵敏灵敏体积体积绝缘子绝缘子平板型电离室D脉冲波形 CdNeztU)(t0-U-Nez/Cd-Ne/CCwEeCNetU)(l正比计数器：脉冲幅度正比于入射粒子能量。D电场强度：D脉冲电压：D多丝正比计数器：具有很高的空间分辨和时间分辨本领acrrrUrln)(0CNeA/-U02rarcRC0VLRKG圆柱型电离室lG-M计数管：记录粒子个数G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明的一种利用自持放电的气体电离探测器。G-M计数管G-M管的特点是：制造简单、价格便

7、宜、使用方便。灵敏度高、输出电荷量大。G-M管的缺点是：死时间长，仅能用于计数。不能鉴别粒子的类型和能量。线性范围一定工作电压下，输出信号的幅度与入射粒子流强度的保持的范围(一般用辐射强度的范围表示) 。只要电离室工作在，则信号电流与入射粒子流强度一定成，即。但是，当入射粒子流强度增大时，饱和电压将提高。一旦当入射粒子流强度大到使饱和电压超过了原来选好的工作电压 V0时，电离室将不再工作于饱和区，信号电流将比预期值小。即出现。响应时间反映当入射粒子流强度发生变化时，输出信号的变化规律。 对电压信号，它跟随辐射强度变化的响应时间主要决定于电离室输出回路的时间常数R0C0值。T就是累计电离室电流信

8、号的响应时间对电流信号，其滞后时间将最大为离子收集时间T。对t = 0时的阶跃变化，输出电压为：)1)(00/120012CRteIIRRIV 一般需要57R0C0才能达到平衡。u工作原理 原理：是利用射线照射在某些闪烁体上而使它发生闪光的原理进行测量的仪器。它具有一个闪烁体，当射线进入其中时产生闪光，然后用光电倍增管将闪光讯号放大、记录下来。 用法：该探测器以其高灵敏度和高计数率的优点而被用作测量、辐射强度。由于它对不同能量的射线具有很高的分辨率，所以又可作谱仪使用。通过能谱测量，鉴别放射性核素，并且在适当的条件下，能够定量的分析几种放射性核素的混合物。此外，这种仪器还能测量照射量和吸收剂量

9、。D闪烁体：u闪烁体的物理特性l光电倍增管l光电倍增管的光谱响应l工作原理原理：是将辐射吸收在固态半导体中，当辐射与半导体晶体相互作用时将产生电子空穴对。由于产生电子空穴对的能量较低，所以该种探测器具有能量分辨率高且线性范围宽等优点。用法：用硅制作的探测器可用于计数、能谱测定；用锗制作的半导体探测器可用于能谱测量，而且探测效率高、分辨能力好。半导体探测器是近年来迅速发展的一类新型核辐射探测仪器。l金硅面垒探测器l高纯锗半导体探测器l原子核乳胶lWilson云室l气泡室l固体径迹探测器l直接探测：l核反应转换：Li),(B710n),(U235fnl辐射强度：单位时间在某一方向上通过的粒子数l带

10、电粒子：电流单位l通量：单位时间通过单位面积上的粒子数l探测器的本征效率：入射的粒子数记录的脉冲数inl原因：A 带电粒子可能只在灵敏体积内损失一部分能量；l B 电离过程是涨落的。l 这样必将有一部分幅度低于甄别阈的信号脉冲未被记录下来。 粒子等中性粒子则取决于与介质作用产生次级带电粒子的相互作用截面，以及次级带电粒子能否进入灵敏体积。l能谱：l绝对分辨率：半峰宽（FWHM)l相对分辨率：%100FWHM%100EEEl辐射剂量：单位体积的物质所接受的辐射能量l剂量当量：描述辐射所产生的实际效应 （1Sv=1J/kg, 1rem=0.01Sv)l剂量率：物质在单位时间内吸收的剂量mEDddN

11、QDH （一）监测分类1.现场监测：对放射性物质生产或应用单位内部工作区域所作的监测；2.实验室检测：采集的样品经处理在实验室进行的测量；3.个人剂量监测：对放射性专业工作人员或公众作内照射和外照射的剂量监测；4.环境监测：天然本底、核试验、核企业、生产和使用放射性核素以及其它场所的监测。 1.现场监测常用仪器l(1)通道式放射性检测仪器l(2)便携式辐射仪l(3)、表面污染监测仪 2. 主要测定的放射性核素为： (1)放射性核素，226Ra、222Rn、235U等； (2)放射性核素，134Cs、137Cs、131I和60Co等 （1）通道式放射性检测仪器主要是用来检测运动中的物体或人员的放

12、射性 ，探测器的灵敏体积很大，灵敏度高。用于货物放射性检测的初筛。（2）便携式放射性检测仪器主要的应用是测量剂量率，有些仪器有测量谱的功能。现场的主要用途：a.准确测量样品的剂量率；b.判断现场所需要的防护水平；c.有能谱功能，现场估计放射性核素。（2）便携式放射性检测仪器主要的应用是测量剂量率，现场的主要用途：、和X射线，内置2英寸的扁平GM探测器对和射线源的灵敏度很高。数字显示器可以根据需要选择mR/hr、 CPS或 m Sv/hr等不同单位。（3）、表面污染监测仪 主要用于测量现场的货物表面有无放射性物质以及强度。主要用于废物表面的、活度的测量或者用于物体表面是否有放射性污染的判定。 （

13、3）、表面污染监测仪 本底的测量实际测量值（ +）实际测量值（）（3）、表面污染监测仪 测量一定面积下的结果（300cm2或500cm2）1cm210Bq/cm2假设污染源为10Bq10cm21Bq/cm2100cm20.1Bq/cm23.监测结果（1）计数率（CPS）每秒探测到粒子的计数，最直接的表达方式。通过各种校刻计数，表示为其它结果。通道式放射性检测结果一般用CPS表示。3.监测结果（2）周围剂量当量率（Sv/h）测量点单位时间内组织吸收的能量。不能代表所测量物体的放射性强度，需要考虑屏蔽、距离、物品量、校正。（3）表面污染水平（Bq/cm2）测量面积上单位面积的、活度值。由于、射程很

14、短，易被其他物质阻挡，一定样品厚度以下的、射线无法测量到。3.监测结果（4）比活度（Bq/kg, Bq/L）单位质量（体积）内某放射性核素或总、的活度值。是样品的固有属性，一般是通过实验室检测得到的结果。用于合格判定，。 首先使用通道式放射性检测仪，最好配有中子检测器； 配有多台便携式剂量率仪，以满足具体剂量率的测量和确定可能的放射性危害程度； 配有一台便携式能谱仪，以满足现场放射性核素定性的要求 ； 配有一台、表面污染监测仪，用于废物和放射性物质污染的测量； 有条件的话，配有个人防护设备，包括个人剂量仪和防护服、眼睛、口罩等。1.能谱检测能谱仪是通过测量分析能谱来对被测物所含的放射性核素和含

15、量。探头材料为高纯锗半导体材料，能量分辨力极好，测量时需要用液氮或电制冷。测量时一般放置在铅室中，能对样品中很低含量的放射性核素进行准确地定性和定量。 2. 能谱分析 该项目主要是对生物、建材样品中放射性元素的分析与的比活度测量。 l137Cs 662 kev; 60Co 1332.5 kevl谱仪、谱仪（多道脉冲幅度分析器）。没有谱仪；lNaI(Tl) 谱仪：l探测效率：与能量、晶体有关，分辨率： 9% - (662 kev)l半导体谱仪：l相对探测效率：20%以上分辨率：2.2 kev (1332.5 kev)4.低本底检测低本底、测量仪和、表面污染监测仪不同，它是用来准确测量样品中总、总

16、比活度的仪器。一般需要样品前处理。 4. 低本底、 测量 该项目主要用于水、土壤、建材、矿石、气溶胶、食品 及生物样品等的总、总放射性测量。 主要检测仪器：低本底、 计数器4.液体闪烁谱仪的使用 饮用水中3H、氡的分析、食品中锶 90 的控制、核能电厂的放射性排放物测量以及放射性碳年代测定等分析。 环境放射性监测的目的是为了掌握环境中的天然、人工放射性核素的水平、动态变化、转移规律、污染特点以及对公众造成的辐射剂量情况. 放射性污染监测的内容包括两大类： (1)辐射剂量的测量，这是对环境辐射的物理测量方法。 (2)放射性核素的测定，这属于放射化学的分析方法。放射源强度、半衰期、射线种类及能量；

17、环境和人体中放射性物质含量、放射性强度、空间照射量或电离辐射剂量。 氡检测 目前主要检测住房内氡、地下建筑氡、土壤氡等项目。 主要检测仪器：氡钍测量仪l1.个人剂量监测概述l2.个人剂量监测方法外照射主要来自天然放射源发射的、辐射对人体外部的照射，约占天然本底照射的80%。个人外照射剂量可用佩戴在身上、能对辐射剂量进行累积的小型、轻便、易使用的个人剂量计测量，常用的个人剂量计有袖珍电离室、胶片剂量计、热释光体和荧光玻璃。个人剂量仪是用于佩带在人体躯干上用来测定佩带者所受X和辐射外照射个人当量剂量。也可以探测佩带位置的当时的剂量当量率，并能设置报警值以声、光或振动进行报警。 个人剂量监测原则个人

18、剂量监测类型 2. 个人剂量监测方法l职业外照射个人剂量监测l个人剂量当量 Hp(d) Hp(0.07) Hp(3) Hp(10) l光子辐射l中子辐射l混合辐射场 鉴别式剂量计l不均匀照射 头箍 腕部 指环l事故与应急照射 主要检测仪器：热释光测量仪 热释光剂量片l在人体表面适当位置的探测器（个人剂量计）测量个人剂量当量，如图。l只对一种或几种辐射响应且不易受外界影响l监测范围l能量响应l灵敏度 探测下线 MDLl能量响应 角响应引入误差l累计损失量 个个 人人 剂剂 量量 计计人人 体体 或或 体体 模模组组 织织 替替 代代 物物l放射防护评价中Hp(10)可用作有效剂量的估计值； Hp

19、(0.07)则用作局部皮肤当量剂量 的估计值。罕见情况下，可能用到与 d= 3 mm 相应的个人剂量当量Hp(3) ，以此作为眼晶体当量剂量的估计值。l由于人群中个体差异性较大，入射辐射在各人身体内的散射、吸收情况不尽相同。因此，即使个人剂量计佩在相同部位，受到相同情况的照射，个人剂量计的辐射响应也会因人而异。就是同一个人，个人剂量计佩在身体的不同部位，其辐射响应也有差别；即使人体所处位置不变，佩在同一部位的剂量计，其辐射响应也会因个人相对于辐射源的朝向改变而变化。l因此，给出个人剂量当量数值时，还应说明：个人受照情况及剂量计的佩戴部位。l个人剂量计的刻度，需把它放在合适体模上进行，目前已提出

20、三种体模 :l平板体模 ( 有机玻璃水箱，模拟人的躯干 )，尺寸：30 cm30 cm15 cm ；l柱体模 ( 有机玻璃棒，模拟人的前臂和小腿 )，直径 7.3 cm，高 30 cm ； l棒体模 ( 有机玻璃棒，模拟人的手指 ), 直径 1.9 cm，高 30 cm 。 4.个人剂量计佩戴要求l均匀辐射场l左前胸 背部中间 l非均匀辐射场l需用铅衣的场合l短期临时进入（一）检测概述 1.检测依据放射诊疗管理规定第二十条、第二十一条 2.检测内容 (1)验收检测、设备性能、状态检测 (2)防护监测 (3)个人剂量监测 3.检测主体l技术服务机构服务（资质管理：甲级、乙级）l自主检测 4.检测

21、周期 第二十条 年 第二十一条 定期5.检测设备及方法 (1)技术 (2)标准 非标方法 (3)指标6.检测记录与报告（二）设备性能状态检测 1.放射治疗设备的质控检测 放射治疗设备主要包括医用电子加速器、钴-60治疗机、后装腔内治疗机、伽马刀等。 对此类设备检测主要使用仪器： 剂量仪、电离室、水箱、模体 2.医用X线机质控检测 X线机质控检测项目主要包括：管电压、曝光时间、分辨率、焦点尺寸等 主要检测仪器：多功能X射线测量仪、线对卡、限光桶、光射野一致性铜板、模体等。 3. X射线计算机断层摄影装置（CT机）质控检测 CT机质控检测项目主要包括：剂量、层厚、CT值、高对比、低对比等 主要检测

22、仪器：CT剂量仪、电离室、模体 （三）放射防护检测l1.工作场所辐射水平监测（ X、射线，中子等） 检测设备：巡测仪、中子测量仪l2.表面污染检测（ 、和射线 ） 检测设备：表面污染检测仪l3.环境检测（ 环境地表辐射） 检测设备：环境检测仪 4.检测准备及检测要点 1.工作场所辐射水平监测仪器（1）加压电离室巡测仪451P 探测器类型 容积为230 cc（6个大气压）气体电离室 可监测辐射种类 超过1 keV的射线，超过25 keV的和X射线 测量范围 05Sv/h,050Sv/h,0500Sv/h,05 mSv/h,050 mSv/h 5个档 响应时间能量响应系数（2）中子巡测仪190N

23、探测器装置： 聚乙烯圆柱型装置，内装有BF3比例计数器以及中子能量补偿原料。 可监测辐射种类 0.025eV15MeV的中子射线 测量范围 Rate: 0 0.75Sv/h, 0 2.5106cpm, 0 41660cps Integrate: 0 10Sv 响应时间 3，6，12，和24s可选 （3）表面污染检测仪器 CoMo170探测器尺寸1701001mm3探测器类型涂有ZnS的塑料闪烁体和磁屏蔽光电倍增管测量频道一个道和一个道探测效率对不同核素可自定义测量数据显示使用cps或者对于核素使用Bq或Bq/cm2表面活度响应 :34.25 s-1*Bq-1*cm2(241Am) :58.76

24、 s-1*Bq-1*cm2(204Tl) 2.环境检测仪器 环境地表辐射剂量率的测定应采用高压电离室型，闪烁探测点型和具有能量补偿的计数管型辐射剂量率仪等仪表。（1）便携式X、剂量率仪l量程范围：11000010-8Gy/hl能量响应：25KeV3MeV（2）FD-71闪烁辐射仪测量范围： 、050微伦/小时 、0200微伦/小时 、01000微伦/小时射线能量阈值：35kev探测器：RS-111电离室仪器灵敏阈：不大于2微伦/小时（3）6150AD6/H X、剂量仪内置GM探头：l测量范围 0.01Sv/h-9.99mSv/hl能量范围 60keV-1.3MeV外接b型电离室闪烁体探头探头：l测量范围 1nSv/h-99.99Sv/hl能量范围 20k