α 粒子探測

α粒子探測是通過實驗手段對α粒子進行的探測。探測α粒子的基本原理是依據帶電粒子與物質原子的電離或激發作用，不同粒子有不同電離(和激發)強度與動量的關係曲線。現代的絕大多數探測器都是根據這個原理製成。

基本介紹

• 中文名：α粒子探測
• 外文名：Alpha particle detection

原理

探測α粒子的基本原理是依據帶電粒子與物質原子的電離或激發作用，不同粒子有不同電離(和激發)強度與動量的關係曲線。現代的絕大多數探測器都是根據這個原理製成。

發展現狀

1896年法國物理學家A．H．Becquerel發現鈾鹽具有放射性。隨後，人們經過多年的研究證明鈾鹽具有α、β、γ放射性。1903年英國E．Rutherford將α粒子鑑定為氦離子，由此激發了廣大核科技工作者研製核輻射探測儀器和探測α粒子的極大興趣。經過數十年的努力，先後成功研製了可用於α粒子探測的氣體探測器、閃爍探測器和半導體探測器等多種類型探測器。

常用α探測器

氣體探測器

以氣體為探測介質的探測器統稱為氣體探測器。屬於此類型的探測器主要有電離室、正比計數器和G－M(蓋革－彌勒)計數器，此三種探測器均可用於α粒子探測。其探測原理是：當粒子進入探測器時，入射粒子使氣體電離產生電子－正離子對，電子和正離子在電場中漂移產生電信號，並被電信號處理系統記錄。在核科學發展的早期，氣體探測器是主要的核探測器。20世紀50年代以後，隨著閃爍探測器和半導體探測器的發展，該探測器被逐步取代。但在高能物理、重離子物理、輻射劑量學等領域，套用仍很廣泛。

特種α探測器

在α粒子探測中，除上述最常用的探測器外，還有以下幾種特定場合、特殊用途的α粒子探測器。

（1）原子核乳膠

原子核乳膠出現於20世紀50年代，屬於帶電粒子徑跡探測器。它既適用於探測低能和高能範圍的α粒子徑跡與能量，又可用來研究α粒子與乳膠中的原子核的相互作用。用原子核乳膠作探測器的磁譜儀，其能量解析度可達萬分之一。

（2）固體徑跡探測器

固體徑跡探測器是20世紀60年代初發展起來的帶電粒子徑跡探測器之一。它的探測原理是:當帶電粒子進入探測器靈敏體(固體絕緣材料或固體半導體材料)時，會留下輻射損傷的徑跡，經化學蝕刻處理，用顯微鏡對輻射損傷的徑跡進行觀察和計數，從而測定入射粒子的數目、鑑別入射粒子。這種探測技術主要用於高能物理、核化學、空間科學、地球科學、考古學等學科研究中α等帶電粒子測量。

α粒子探測儀

α粒子測量儀是利用α粒子與探測器介質相互作用特性對α粒子進行測量的核儀器，它可分為α強度測量儀和α能譜測量儀二類。α強度測量儀(如表面α劑量儀、低本底α計數器等)是指用於測量α粒子強度的核儀器，它主要用於記錄單位時間內被探測到的α粒子個數，其結構較為簡單；α能譜測量儀簡稱α譜儀，它是將被探測到的α粒子按其能量的大小進行分類記錄，形成α粒子強度—能量譜圖。α譜儀較α強度測量儀更為複雜、貴重。在α粒子探測裝置中，各種探測儀都由α粒子探測器和信號處理系統兩大部分組成。即根據不同的測量對象和需求，配置不同的α探測器和與其相適應的信號處理系統，構成完整的α探測儀。

（1）α強度測量儀器

（a）閃爍計數儀

它是配以閃爍探測器的α強度測量儀器。從發光效率方面考慮，該探測器一般不採用有機晶體，而採用NaI(Tl)、CsI(Tl)、KI(Tl)等無機晶體。由於它的能量解析度很差，不利於α粒子的能譜測量，通常只用作α粒子強度測量。它的分辨時間小，對快計數及符合測量有利。它的靈敏度極高，主要用於微弱α放射性計數。該儀器的性能穩定可靠、成本低廉、使用方便。

（b）α活度測量儀

α活度測量儀主要用於核工程、輻射防護、核物理實驗以及α放射性樣品測量。利用小立體角法原理設計的α活度測量儀套用最為廣泛，可配以閃爍體或金矽面壘型探測器或薄窗正比計數管，同時配置真空系統和標準源。該儀器要求樣品源製備得薄而均勻，以減小自吸收的影響，樣品源活性區大小應與標準源保持一致。該儀器只適用於微居量級α放射性活度的測量。

（c）α表面污染儀

該儀器是用於放射性表面污染測量的一類儀器，它可同時對α、β、γ進行總計數、計數率、已知核素活度和濃度的測量。可用於核電站污染測量、核設施退役、放射性實驗室測量、環境監測、核醫學以及放射性場所的表面污染測量。該儀器根據測量對象和場所的不同，其形狀各異。新型的儀器均為攜帶型設計，實現了探測器和主機一體化。具有重量輕，便於攜帶，操作方便等特點。

（2）α能譜測量儀

它是由電離室作探測器的α放射性測量裝置。該譜儀可以用於大面積α樣品源的測量，可測量比活度低到10－15Ci/g或半衰期長達～1015年的α樣品。用屏柵電離室組成的α能譜儀的能量解析度一般在0.6%左右，最好的能量解析度可達0.25%。

α 粒子間接探測原理

由於 α 粒子在空氣中產生的離子數與 α粒子的注量和能量之積成正比， 因此在已知能量的情況下測量這些離子對即可得到 α 粒子的注量信息。

由於離子對在空氣中能存在一段時間， 如將其用氣流攜帶一段距離進行測量， 就實現了測量 α 粒子的目的。測量原理如圖所示。

這種新穎的 α 粒子探測技術測量的是流動空氣中的正負離子電流， 這些離子電流與 α輻射源或污染源的活度成正比， 探測器與 α 源的距離遠大於 α 粒子在空氣中的射程， 因而就給設計各種 α 探測器帶來極大的方便。它對監測對象的表面形狀沒有嚴格要求， 可以遠距離測量，克服了傳統 α 探測器必須靠近污染源的嚴重不足，從而解決了許多傳統 α 探測器或測量方法難以解決或無法解決的實際問題。長距 α 探測技術的優點主要體現在：

( 1) 可監測凹凸不平或不規則的表面( 如各種工具表面) ；

( 2) 可監測小空腔的內表面( 如管狀或筒狀物體的內表面)；

( 3) 可監測較大面積的 α 污染物( 如工作服、人體等)；

( 4) 適合監測常規探頭無法接近的表面( 如縫隙等) 。另外， 它在擴大靈敏面積、監測對象種類( 如固體、氣體、液體、土壤) 等方面也有諸多優勢。