核辐射探测器发展概述

核辐射探测器发展概述

摘要:文章介绍了核辐射探测器的发展，重点是介绍气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器、核辐射成像探测器及其应用在近十多年来的发展情况。

关键词：核辐射探测器；核辐射成像；应用；发展 1 前言

核辐射探测器的物理基础是核辐射和物质的相互作用，利用核辐射在气体、液体、固体中的电离效应、发光现象、物理或化学变化进行核辐射探测与测量的元件称为核辐射探测器。核辐射探测器从核辐射能开始被发现时起，就使用了气体电离室、照相底片和晶体探测器，到现在已有一百多年的历史。随着科学技术的发展、核物理实验和核科学研究的深入、核技术应用领域的扩大，核辐射探测器和探测系统也发生着显著的变化。

目前常用的气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器，它们是随着科学技术的发展和核物理、粒子物理实验和其它应用的需要，在不同的时期开发研制并逐渐完善成目前所具有的探测器系列。它们之间由于各自有各自的优缺点，所以在某一或某些应用中起着主导作用，但它们之间并不存在谁能完全代替谁而将其淘汰，而是随着科学技术的发展，相互共存并都在不断的创新发展，促使核辐射探测器及探测系统跟着发生显著的变化。

当今又是核技术应用范围（领域）不断扩大的时代，核技术在核物理、粒子物理、原子物理、天文学、天体物理、宇宙空间等几大交叉学科中的应用，在核能利用、工业自动化中的应用，以及在国家安全检测（包括反恐、防恐、反毒、缉毒，自动行李包、自动集装箱的检测，人体Χ射线的检查）和核医学成像等领域内的广泛应用都需要不同类型的探测器和探测系统，这就促使气体探测器、闪烁体探测器、

半导体探测器、核辐射成像探测器在近十多年来有了长足的进步和飞速的发展。下面就对气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器、核辐射成像探测器在近十多年来的新进展作一简要的介绍。最后简要展望超导体探测器的发展前景。

2 气体探测器

气体探测器是在19世纪末20世纪初核辐射能被发现时最早被使用的一种探测器，当时使用的是空气电离室，它在早期的核物理和核科学研究中起到了重要的作用。到20世纪60年代末就已研制、生产了一系列的气体核辐射探测器。如G-M（盖革-米勒）计数管，根据淬灭气体的不同又分为有机G-M管和卤素G-M管，还有流气式大面积G-M计数管、端窗管；电离室有：脉冲电离室、屏栅电离室、衬硼电离室、电流电离室、裂变电离室、补偿电离室、自由空气电离室、空气等效电离室；正比计数管有：BF3（三氟化硼）正比

计数管、位置灵敏正比计数管、3He正比计数管、多丝正比管，还有漂移室、平行板雪崩室。

虽然气体探测器在某些应用领域内（如带电粒子能量（能谱）测量）已基本上被半导体探测所取代，但由于它具有结构简单、使用方便、可制作成各种较大型的电离室，因此在工业领域仍得到了广泛的应用，如料位计、核子秤、厚度计、中子水分计等。

到20世纪80年代末，Xe气体纯化技术的提高，促进了Xe闪烁正比计数管的发展，构成了新型的Χ射线Xe气体闪烁正比计数管。与一般的正比计数管相比，GSPC（气体闪烁正比计数管）能量分辨率高。例如：对55Fe 5.9keV X射线，Xe GSPC的FWHM为472eV；对0.15keV的X射线，FWHM为85eV，噪声仅为50eV，可鉴别硼的Kx射线，比一般正比计数管的能量分辨提高了一倍。Xe气体的法诺因子为0.17±0.007，电荷倍增没有产生空间电荷，所以计数率可高达90kcps，并可构成面积为200cm2的大面积探测器。这种探测器也可用于人造卫星上来测量宇宙X射线，并可用于穆斯堡尔实验、荧光X

射线谱的测量、环境放射性的监测等。另外，球形电离室、重离子电离室等新产品的相继研制成功，越来越受到了人们的重视。高压Xe电离室线性阵列探测器，探测器的一致性较好，并可做到很高的排列密度，是近10年来在我国首先应用于集装箱安检成像系统的核辐射线性阵列探测器。缺点是气体对射线的吸收（衰减）效率低，探测效率小于60％，所以一般用于能量较低的场合。

3 闪烁体探测器

闪烁体探测器是指由闪烁体与光敏元件（包括光导、光学耦合剂、集光系统）一起组合成的探测元件称为闪烁体探测器。它早在20世纪40年代问世，20世纪50年代初，（NaI/Tl）闪烁计数器商品化，使γ射线能谱测量成为一般实验室内均能做到的常规实验。随着核物理、粒子物理实验、核科学研究的发展，促进了对闪烁体的研制开发，构成了多种类型闪烁体：如无机闪烁体NaI(Tl)、CsI(Tl)、BaF2、ZnS(Ag)、LiI(Eu)等；有机闪烁体（多属于苯环结构的芳香族碳氢化合物），如蒽晶体、菧晶体、萘晶体、塑料闪烁体、玻璃闪烁体等。到20世纪70年代中期,又开发出适合高能γ射线探测的、可以适用于任何空间有限、而且要对γ阻止本领大的场合的BGO（鍺酸铋Bi4Ge3O12）无机闪烁体，它是一种纯的本征晶体，化学稳定性好、不潮解、机械强度好，闪烁体衰减时间短、余辉小，特别适用于Χ射线断层照相、工业密度计和测井用，因而获得了愈来愈多的应用。另一种是可以配用硅光电二极管（作为光敏器件）的钨酸镉（CdWO4）闪烁晶体，它兼有对γ射线的阻止本领高和较理想的闪烁性能两种优点

，对阻止150keV的γ射线，衰减90％的厚度仅需3mm厚，非常适合于对空间分辨率要求高的场合，如核辐射成像阵列探测器。

由于NaI(Tl)极易潮解，所以它必须密封封装；CsI(Tl)虽在空气中也会潮解，但只是局部表面受损，将表面重新加工处理后一般可使原来的性能恢复。另外它的闪烁光谱性能与硅光电二极管的光谱性能较

匹配，所以CsI(Tl)闪烁体最好与硅光电二极管光敏器件组合。闪烁探测器在测量能量低于5MeV的γ射线能谱时，常出现散射光子或湮灭光子逃逸闪烁体的事件，导致低于光电峰的连续谱的形成，这是工作中不希望的。当γ射线能量增高时，这类逃逸事件产生的机率增大，使对高能谱线的分析变得困难。所以在工作中是选用NaI(Tl)还是CsI(Tl)要根据要求来选择。对同样大小的晶体，要得到大的峰总比，则选用CsI(Tl)；要得到给定的某一能量的峰总比，则选用尺寸较小的CsI(Tl)晶体。

为配合高能物理和Χ、γ射线成像方面的应用，在原来的NaI(Tl)、CsI(Tl)、BGO、CdWO4基础上又研制了LuAP铝酸镥(LuAlO3)、LSO硅酸镥(Lu2SiO3)、SGD硅酸钆(Gd2SiO4)、GOS硫氧化钆(Gd2O2S)和YAP铝酸钇(YAlO3)。

为了提高闪烁体探测器对低能γ射线测量的能量线性度，在闪烁体探测器测量γ射线能量时因为闪烁光的产额随能量变化，所以用闪烁体探测器测量低能γ射线时存在着能量的非线性。241Am和57Co这两种低能γ射线放射源的γ射线能量的比值为0.488，任何实测能谱中对应于这两种γ射线光电峰的峰位比值的偏离都是非线性的表现。为扩展闪烁体在X光安检成像方面的应用，在近一两年内已研发出一种新型的闪烁

体——氯化镧[LaCl3(Ce)]，它具有引人注目的闪烁性能，LaCl3掺 +3Ce作为激活剂，具有非常高的光输出49000光子/MeV，而且主成分发光衰减的时间很快（26ns），这些性质使得LaCl3(Ce)成为一种很有希望的探测γ射线的材料。另外，对于低能γ射线的能量测量时，在低能端LaCl3(Ce)闪烁体对能量的线性好于NaI(Tl)，这预示了氯化镧[LaCl3(Ce)]闪烁体在Χ射线安检成像方面应用的巨大前景。

作为闪烁体探测器，还有一个重要的组成部件——光敏元件。现在不仅有各种各样的光电倍增管，还研发出了硅光电二极管和MCP-PMT（微通道板光电倍增管）。MCP-PMT是微通道板配以光阴极、阳极组成的光电倍增管。光阴极发射的光电子被拉进微通道板细管内，

碰撞其内壁多次倍增后经阳极输出，MCP-PMT的特点是小型、坚固、增益高、时间响应快（上升时间150ps,下降时间360ps）、抗磁场干扰、功耗低。它与近几年来发展起来的晶体开槽技术，已经构成了新型的闪烁体位置灵敏探测器，明显提高了空间分辨(提高到2.1

mm），提高了闪烁体探测器用于Χ、γ射线成像的排列密度。

4 半导体探测器

利用半导体来探测射线是美国贝尔电话实验室的麦凯（Mckey）在1949年首先提出的。当时他发现，用磷铜丝压在Ge半导体块上构成的耐反向高压点接触二极管，在受到放射性核素(Po)放出的α粒子照射时有脉冲输出，这说明，这种二极管可以构成射线探测器。1951年他又用Ge晶体的P-N结型二极管记录了α粒子。于是，这种探测器很快引起了世界各国的重视。

第一个用于制作核辐射探测器的半导体材料是金刚石，它在1956年就开始被用作α粒子辐射探测器。但这种材料不易获得，而且原子序数太低，能量分辨率不好，所以在1958年前后戴维斯（Davis）等人利用反向偏压的Ge、Si扩散结和面垒型P-N结构成的半导体辐射探测器后，它就被淘汰了。1960年，弗洛尔达(Foielda)等人用Si P-N结测量α粒子能谱，对5MeV的α粒子能量分辨高达0.6％（30keV），比当时所有其它的探测器的性能都好。同期便有美国、加拿大的几家公司生产了Si半导体探测器，并商品化。

1960年，迈耶（Mayer）等人利用锂离子漂移技术成功地研制成了Si(Li)探测器。1962年，半导体探测器已被用来测量电子、质子、α粒子、重离子和裂变碎片，能量分辨率也进一步得到了提高，对241Am 5.486MeV的α粒子，FWHM为22keV（0.4％）。

1962年，弗雷克（Freek）和韦克菲尔德（Wakefield）应用佩尔（Pell）锂离子漂移原理成功地制成了第一个Ge(Li)（锗锂漂移）γ射线探测器。

Si(Li)和Ge(Li)探测器的研发和应用，使Χ、γ射线能谱学在能量分

辨率等方面较20世纪50年代的闪烁γ射线能谱学有了本质的提高，使原先分不清或分不开的谱线可清晰地分辨清楚，为核衰变纲图的的精确测量提供了高分辨的探测器。

从1966年起，人们就开始了化合物半导体核辐射探测器的研制工作，其中包括化合物半导体单晶生长的研究，到20世纪70年代初，研制的用于核辐射探测器的化合物半导体材料除GaAs、CdTe外还有HgI2。这些材料中，除HgI2探测器进展较快之外，其余一直处在实验室研究的试制阶段。不过为20世纪80年代末至今的化合物半导体探测器的突破性进展奠定了基础。

20世纪70年代，为了解决Ge(Li)探测器工艺周期长，存放时一旦液氮被干粘，就会对Ge(Li)探测器有严重的影响，60年代末期就开始了对HP-Ge材料的研究。到70年代，HP-Ge探测器的研制成功是γ射线探测器的又一大进展，它在γ射线和高能带电粒子领域开辟了新的应用。在近十几年中开展了探测器技术的智能化、网络化、小型化的研究，研制成便携的HP-Ge Χ、γ射线谱仪系统。

前面说到硅P-N结探测器在1960年 就有几

家公司生产并作为商品销售，但真正实现硅探测器系列化、商品化是在60年代末70年代初。其中有硅面垒探测器、全耗尽探测器、dE/dX探测器、PSD（位置灵敏）探测器等系列。另外，采用离子注入技术，研制成功探测脉冲辐射的探测器，提供了波形响应好、时间响应快、线性输出电流大、动态变化范围宽的探测器。到20世纪80年代，硅平面工艺应用到硅探测器的制备工艺中，使硅探测器增加了新的系列——硅PIP（钝化离子注入平面工艺）探测器系列，用这种工艺制备的硅PIN光电二极管探测器，不仅可单独的作为硅核辐射探测器，还可作为光敏元件与CsI(Tl)、CdWO4等闪烁体耦合在一起构成闪烁体探测器和闪烁体阵列探测器，其线性阵列探测器已用于安检成像系统。目前由PIP工艺制备的硅光二极管和CsI(Tl)或CdWO4闪烁体一起构成的探测器线性阵列是安检成像系统中主要使用的探测器阵列之一。另外还开发出被称为新的探测器概念的硅漂移室探测器，

这种探测器有很好的能量分辨和空间分辨。20世纪90年代又在Si PIN光电二极管探测器的基础上开发出了硅光电二极管阵列探测器和Si APD（雪崩倍增光电二极管）以及Si APD阵列（APD:Avalanch

photo diode）。采用硅平面工艺不仅可制备出 高质量的对低能X射线有较高能量分辨的

Si APD，而且也可根据应用要求制备成大面积的Si APD阵列，用于宇宙空间的X射线的检测。硅探测器制造技术的发展，研制出了Si APD和Si CCD（Charge Couple Detector），为空间粒

子辐射的探测、空间低能X射线的探测、空间Χ、γ射线的探测提供了十分重要的探测器，并都在空间辐射的探测中取得了很好的结果。

Si(Li)探测器自20世纪70年代构成高分辨的X射线探测器后，在X射线的能谱分析、X射线的荧光分析、中子活化分析中一直是一枝独秀的奇葩，但它也必须用液氮致冷到77K，所以很难实现真正的便携式的X射能谱仪和X射线荧光分析谱仪系统。在20世纪90年代，研制了用半导体制冷（制冷到 －90oC）的便携式的X射线荧光分析系统，这是一种全新的Si(Li)探测器的应用研究。它要求探测器有较高的计数率、良好的能量分辨，不用液氮制冷而采用半导体温差制冷，这样既可实现低温冷却探测器，又可实现装置小型化，从而实现可在野外或在恶劣环境下工作的便携式Χ、γ射线谱仪和X射线荧光分析谱仪系统。主要应用领域有：对核燃料进行非破坏性分析；确定核燃料同位素的组成；浓缩铀的测量；乏燃料的能谱测量；包括贫铀弹的环境污染测量；燃耗的测量和冷却时间的确定；武器级钚的鉴定等。

化合物半导体探测器，上面也提及在1966年就进行了相 关的研究，但由于材料的原因一直没有很大的进展。直到20世纪90年代，在科学技术不断进步和国防上对红外探测器材料的重视，CdZnTe化合物半导体材料作为HgCdTe红外探测器的外延衬底材料，在研究经费上得到了保障。随着CdZnTe材料生长技术的改进，生长出了符合HgCdTe衬底材料要求的高阻、高完整性的CdTe、CdZnTe单晶，工艺稳定、重复性好，CdZnTe电阻率ρ：1010～1011Ωcm；CdTe电阻率ρ：108～109Ωcm，这也为核辐射探测器提供了合适的

晶体。由于在Χ、γ射线探测和应用领域内，闪烁体与PMT或闪烁体与SiPD的组合，虽然可在室温下工作，并有高的探测效率，但是能量分辨差；而Si探测器由于Si的原子序数Z小，所以只能限于在低能区的应用；Ge探测器，由于Ge的Eg窄，虽然它对γ射线有高的能量分辨率，但它必须在77K的低温下工作等各自的缺点。CdZnTe探测器正好克服了上述缺点而具备了可以在室温下工作，又有较高的探测效率和较好的能量分辨，填补了闪烁体探测器和Ge探测器之间的空隙，从而使许多应用领域发生了明显的变化CdZnTe探测器从20世纪90年代末到今天，经过了不到10年的时间，它的发展非常快，为得到更好的能量分辨率和满足各种应用的要求，在探测器电极结构上进行了研究，开发出了多种电极结构的CdZnTe探测器。如平面（planar）结构，单电荷载流子结构（把影响能量分辨的空穴俘获的尾巴效应去掉，只计及电子的收集）的CdZnTe探测器，如Capture型、Co-Planar

Grid共平栅电极(CPG)，Capative Friesch

Grid 电容弗里希电极结构（CFG）和不同成像要求（像素面积从1mm2到数mm2，像素元探测器之间的间距从0.1到0.5mm）的一维线性阵列和二维（X-Y）阵列的探测器类型和系列。在电子学方面也研发出了专门为CdZnTe探测器提高能量分辨率性能和阵列结构成像用的专用电子学模块,如RTD(Rise Time Discriminator)上升时间甑别器、CPP(Charge Pules Procssor)电荷脉冲处理器进行电荷补偿，以及带有前置放大器和成形放大器的8通道和16通道、64通道的专用集成模块ASIC。

CdZnTe探测器作为对γ射线的探测和相应的应用，它可在室温下工作，并具有一定的探测效率，因此它有广阔的应用领域。如：它可构成对上百种元素进行探查识别的便携式（掌上）谱仪系统；对有特殊作用的放射性核素（钚、铀）进行监控侦查的探测系统；用于反恐、防恐的核保障探测系统；用于工业CT和安全检查的核成像系统（如集装箱、行李包的自动监测系统，用于反毒和缉毒等对人体进行的X射线成像系统）；用于环境保护的对有毒有害物质（元素）的探测鉴定

系统；对稀有、贵重金属的真假探测鉴定系统；对放射

性铀提炼、加工过程的监控探测系统；在核辐射剂量测量方面有望突破过去常用的剂量报警而不能真正成为公认的像热释光剂量计所提供的剂量数据，因为它对Χ、γ射线的灵敏度高，只要选用合适的能量补偿修正用的金属膜组合和降低功耗，便有可能构成代替目前常用的在线剂量测量的个人剂量报警仪，变成在线剂量测量的个人剂量计，而且这剂量是公认正确的，而不是作为一个参考的个人剂量报警仪。

在核医学上，由于CdZnTe阵列探测器可构成人体X射线成像，特别是胸部和乳房的X射线照相，口腔的X射线照相。另外可构成便携式小视野γ相机，单光子发射（SPE）CT和正电子湮没CT（PET）；以及用CdZnTe探测器构成的骨密

度仪，γ-CBF（Regional Cerebra Blood

Flow），和用于肿瘤前哨淋巴结探测的γ射线探针等。

GaAs探测器在20世纪60年代中期，它是第一个用于核辐射探测器的化合物半导体材料，也是在室温下成功呈现有较好能量分辨的第一种化合物半导体探测器。但由于探测器的厚度仅为60～80μm，要进一步增加厚度困难较大；生长高阻或半绝缘GaAs单晶，具有很强的复合中心， 积太小，仅为10-5～10-7cm2/V，若用外延材料，外延层也不能太厚，在外延层和衬底之间还存有不规则的的过度层（界面层），它影响探测器的性能，所以至今GaAs核辐射探测器的发展和应用仍远不如CdZnTe核辐射探测器。不过作为光电导探测器，GaAs探测器的时间响应要比CdZnTe探测器快。另外，最近采用GaAs外延材料制备的小像素阵列用于低能X射线的成像方面已取得了较好的结果，并有较好的应用前景。

GsAs探测器有3种类型，它们应用在不同的场合：P-N结型GsAs探测器，由于性能不是很好，所以用得不多，它的优点是具有较强的抗辐照性能。光电导GsAs探测器，用于X射线闪光脉冲形状的甑别，构成X射线闪光辐照照相；构成高速强流脉冲辐射探测器，峰值电流高达10A，时间分辨为10ps，用于同步辐射装置惯性约束聚变实验对X射线和中子脉冲的诊断、核爆炸的物理诊断等各种脉冲辐射粒

子流的测量。光电导型和P-I-N结型构成的小像素阵列探测器，可构成多道成像器件并用于X射线成像。

5 辐射成像探测器

核辐射像素构成的阵列探测器是辐射成像系统的核心部件，成像探测器的性能对图像质量的影响很大，如像素探测器尺寸大小，探测器对X、γ射线强度和能量测量的线性度，探测器的稳定性、响应时间，计数率（电流）的动态范围、均匀性、一致性、通道数量（像素数量）等。

成像技术的不断发展，对图像清晰度（空间分辨、密度分辨）的要求，即对成像探测器性能的要求不断提

高，成像技术和成像探测器得到了不断地发展。

成像技术自1895年伦琴发现X射线至今已一百多年，在暗室的X射线荧光屏上构成X射线投影成像技术，观察图像，逐渐形成了医学放射科诊断学即俗称X光透视和X光拍片（照相），至今仍占有很重要的地位。20世纪50年代开发了图像增强器代替一般的荧光屏，增强了图像的亮度，大大提高了透视体的图像的清晰度。到70年代，计算机和信息处理技术迅速发展，1973年研制成X-CT，大大提高了人体脏器图像的清晰度，克服了过去透视中存在的脏器影像的重迭和干扰，使放射医学诊断出现了质的突破。

20世纪80年代，出现了核磁共振成像、单光子发射CT(SPECT)、正电子湮灭断层扫描（PET）。核磁共振成像突破了人体组织解剖学为基础的传统框架，进入了人体分子结构水平的生化病理信息。而PET它直接提供了有关组织的化学成分信息，利用被标记的葡萄糖及其药物来研究人体脏器的代谢功能，这样用11C、13N、18F等来标记与特定代谢功能有关的不同药物，从而构成体内不同的器官的图像，并对器官进行动态的观察，为心脑血管等脏器的生理研究提供了有力的诊断手段。

80年代末，出现二极管线性阵列的实时X射线投影成像。90年代

把医学成像技术的成果用到工业无损检测（NDT）领域，出现了工业CT。

工业CT无损检测技术主要用于航空航天、钢铁机械制造、电子工业和石油工业等领域，它在这些领域有着广阔的应用前景。随着工业CT的不断发展开发，又出现了新的辐射成像器件和辐射成像技术。如a-Se(非晶硒)直接转换X射线探测器数字辐射成像技术；C-MOS X射线阵列探测器数字辐射成像技术；a-Si（非晶硅）间接转换型平板X射线探测器数字辐射成像技术和像素探测器阵列（线性阵列、X-Y焦平面阵列）的X、γ射线成像技术。

随着成像技术在医学、工业领域应用的不断发展和深入，成像探测器作为成像系统的关键组成部分也得到了相应的重视和发展。随着成像系统的不断完善和性能的不断提高，成像技术进入了国家的安检领域，出现了安检成像系统，如APIS（自动集装箱安检），ABIS（自动行李包安检）和用于反毒、缉毒的人体X射线成像安检系统以及用于反恐、防恐中对有特殊用途的放射性物质（钚、铀）的核安全保障检查系统。

用于核辐射成像的辐射射线源和目前常用并正在发展的成像用核辐射探测器的优缺点：

核辐射成像对辐射射线源的要求包括：射线能量、射线强度、输出能量的稳定性。射线能量决定了射线的穿透能力，即决定了被检测件的大小、厚度（几何尺寸）；射线强度决定了单位时间内被采集

到的光子数，被采集到的光子数越多，信号噪声比就越高。信号噪声比的大小，影响成像系统对被检测物质的密度分辨能力；输出能量的稳定性，影响到采集到的数据的一致性，输出能量的不稳定将会产生伪像，影响成像的质量和真实性。

常用的辐射射线源有两种：γ射线源和X射线源。γ射线源常用的为60Co（1.33MeV、1.17MeV，平均值为1.25MeV）。它的优点是产生的光子具有特定的能量，有利于图像的重建。缺点是强度（活度）小，采集足够的光子需要较长的时间。若加大放射源的尺寸，虽可增

加活度，但必定会降低空间分辨率。另外，给安全防护环保带来一些麻烦，能量固定对不同的成像要求不利于工艺参数的优选。

X射线源：一是X射线管，能量可高到450keV，可穿透100mm的钢件或300mm的铝材。二是直线加速器，能量范围1～25MeV，可以用于高密度大型测试件的检测。它们的优点是强度高，可以在短时间内得到高质量的图像；缺点是它们所产生的X射线是连续谱，穿透不同的材料时，由于X射线能量的变化可能导致数据的不一致，所以对投影的数据处理要用复杂的评估和修正软件。

成像信号采集的方法有两种：采用电流积分即电流型、采用光子计数即计数型。计数型成像适用于射线强度较低的场合。当射线强度增加到光子计数不能区分射线光子产生的单个脉冲的时候，则必须采用电流积分方法，即电流型成像。对于成像探测器的输出信号较弱时，一般只能采用电流积分方法（即电流型成像）。

成像用核辐射探测器，在上面叙述的成像技术发展中，已提及了成像用核辐射探测器。所以这里着重说一下近十多年来常用的成像辐射探测器及它们的优缺点，并介绍采用计数型成像的优点。

在目前核辐射成像中，数据的采集基本上是采用电流积分（即电流型）成像，常采用的探测器有：

1）气体电离室

一般采用高原子序数的Xe，充十多个气压，密度达1.9g/cm3。它的优点是可以做到很高的排列密度，探测器之间的性能的一致性较好；缺点是气体对射线的吸收率低（探测效率小于60％），所以一般选用能量较低的辐射源。

2）闪烁体+PMT(光电倍增管)

输出信号大，可采用光子计数成像，特别是用于γ-CT。另外，若采用电流型成像，也可获得高的信噪比。缺点：受PMT的形状、尺寸的限制，很难达到高密度的组装（即空间分辨不够理想），几何效率小于50％，难以形成高性能的探测器阵列。当然也可采用微通道板——PMT来代替普通的PMT提高组装密度，但成本较高。

3）闪烁体+SiPD二极管（或SiPINPD二极管）

优点：构成的探测器的有效区与死区尺寸的比可达到9∶ 1，探测器的宽度可小到0.13mm（像素探测器小），空间分辨率高。高密度的组合可以使几何效率达到90％以上，获取数据的通道多，最多可达到4096个通道。这是目前核辐射成像中较先进的成像探测器，也是目前用于安检中最常用的成像阵列探测器。

在核医学成像中主要是闪烁体+PMT 构成的光子计数型成像。 目前正在开发闪烁体+Si PIN PD光子计数型成像和利用CdTe、CdZnTe小像素探测器构成的线性阵列和X-Y 面阵列来构成的空间分辨率高、所需辐射源强度弱的光子计数型成像。它与电流型辐射成像技术相比更利于辐射防护和环保。

另外要说的是，要求空间分辨成像如NDT-CT（无损检测），则要求成像探测器的面积要小，高密度组装（空间分辨率高）。而采用密度分辨成像，如石油工业油、气、水三相流CT，则要求探测器探测效率要高（探测器的灵敏度要求），这就是说成像用的像素探测器的面积要适当大些，这时候牺牲了空间分辨。

6 AlSb（锑化铝）和超导体核辐射探测器

新的核辐射探测器的研制与材料的研制是紧密相关的。随着科学技术的发展，这两种材料很可能被研发成为新一代的核辐射探测器。

AlSb的Eg为1.62eV，比Ge、Si、GaAs、CdTe、CdZnTe都大，平均原子序数比Si高，与Ge、GaAs相同。另外它还具有很高的电子、空穴迁移率，μe＝1100cm2/s.V；μh＝700cm2/s.V少子寿命较长（理论值可达到1μs）。所以它是有很大潜力和希望的，一种在室温工作的Χ、γ射线探测器的材料。由于要生长出纯度高、净杂质浓度低（1012～1014原子/cm2）、完整性好的晶体非常困难，所以进展很缓慢。现在已有少数技术先进国家开始了这项研究工作，虽然还没有完全生长出合适制造探测器的AlSb晶体，但已用这种晶体作了核辐射探测器，并已取得了一些结果。虽然效果不好，但发现了一些问题，为今后的AlSb晶体的生长和探测器制备奠定了基础。

1949年麦凯（Mckay）在发现耐高压点接触Ge二极管受放射性Po照射时有脉冲信号输出，提出了用半导体来探测射线。在同一年安德鲁斯（Andrews）等人提出了使用超导体作为α粒子探测器的可能性，并用氮化铌（NbN）论证了这一可能性。经过十多年的努力，舍曼（Sherman）在1961年的实验中观测到，当致电离粒子通过超导薄膜时，超导薄膜发生由超导态向正常态转变，通过的电流减少。1977年伍德和怀特用STJ(超导隧道结)探测α粒子，观测到了比均方根噪声高出19倍的信号脉冲。1984年仓门雅彦等人用Sn/SnO/Sn STJ测量了α粒子能谱，计算出了拆散一个超导电子对所需的阈能仅为1.6MeV，法诺因子为0.195。1986年德国慕尼黑大学用Sn/SnOX/Sn STJ，工作在0.32K

温度下，测量55Fe 5.9keV的X射线FWHM为250eV。瑞士核子所用Sn/SnO/Sn GiaeVer结工作在0.32K，测量了55Fe 5.9keV的X射线的能谱，FWHM为90eV，其结果已好于最好的Si(Li) X射线探测器的性能（FWHM为130～140eV），自此至今，国外有条件的一些研究单位一直在进行研究，从没有放弃对超导探测器的研究开发。因为自20世纪80年代中期开始，中微子质量的测量，太阳中微子能量分布的测量，宇宙X射线的高精度测量，暗物质和磁单极子的探测，这些粒子物理、核物理、原子物理和天体物理等几大学科交叉性前沿领域的探测和测量，对它的研究，都需要一种能量分辨极高的探测器，对核辐射探测器提出了新的要求，这一新的要求对现在大家都比较清楚的这些探测器（气体、闪烁体、半导体探测器）都不能满足这些探测和测量的要求。超导探测器不仅对致电离辐射的探测和测量具有极高的能量分辨，而且能探测和测量极小的致电离甚至不致电离的核辐射和事件。因此，随着科学技术的不断发展和进步，超导探测器（其中包括低温量热核辐射探测器）将成为一种新型的探测器，在几大交叉性学科的前沿领域的研究中，将会使探测和测量的结果具有一质的突破性进展。