3 低活度水平条件下活度测量

3.1 测量仪器简介

近30多年来，作为一种新型探测元件，半导体探测器发展迅速。半导体探测器的探测介质是半导体材料，锗和硅是常用的半导体材料。半导体探测器主要有结型、高纯锗、锂漂移型以及面垒型等几种类型。

相对于气体探测器和闪烁探测器，半导体探测器拥有很多优点，其中最突出的是能量分辨率高，脉冲上升时间短，构造简单。相对于气体探测器，它对射线的阻止本领比较大，探测器的体积更小。相对于闪烁探测器，消耗相同能量，在半导体探测器中产生的电子—空穴对要多得多，故而脉冲幅度的相对涨落也比较小，因而半导体探测器的能量分辨率比较高[12-13]。

无论对于γ射线还是带电粒子，半导体探测器所能达到的能量分辨率都要比气体探测器和闪烁探测器提高1至2个量级。根本原因是在Si和Ge半导体材料探测介质中，核辐射产生一对电子—空穴的平均能量损失仅为3—5eV，但是，在气体探测介质中产生一对电子—空穴的平均能量损失为30eV，而在闪烁探测器中，核辐射需在闪烁体中平均损失约300eV，才能在光电倍增管的第一倍增电极上接受一个光电子。另外，半导体探测器具有很好的输出线性响应，使用非常快捷简便，而且对于外界电磁场影响，抗干扰能力强等。几乎在所有涉及核辐射测量的领域中，半导体探测器都有着非常广泛的应用。

但是由于半导体探测器也具有突出的缺点，它并不能完全取代气体探测器和闪烁探测器。半导体探测器主要缺点是，由于它的灵敏体积不能太大（102cm3），使它在探测高能核辐射和需要打探测立体角场合的应用中收到了限制。另外它对核辐射造成的损伤灵敏，在每平方厘米灵敏面积累积接受102快中子或108中离子后，探测器性能会明显下降而且不能自行修复，这是它的使用寿命大大缩短。源:自~优尔-·论`文'网·www.youerw.com/

近些年来，在各个放射性测量领域，半导体探测器都得到了飞速发展，其中硅漂移室、硅微条等新型半导体探测器度过了实验阶段，即将服务于实际测量，

它们的位置分辨率非常高，对于任何气体探测器和闪烁探测器，这都是很难做到的。因而在高能物理实验中作为顶点及径迹探测器应用很广泛[14]，另外在天体物理、核医学、宇宙线科学等领域，新型半导体探测器的应用也有了许多新的发展。

目前，在正在进行商品生产并且被广泛应用的半导体探测器中，绝大一部分都是半导体结型探测器。结型探测器的半导体材料是Si或Ge。实际上，最早使用的结型探测器是用Ge作为半导体材料，后来因为Ge的p—n结探测器必须在低温条件下工作，所以Si结型探测器逐渐取代Ge结型探测器，但是现在研究已经证实：在需要高能量分辨率的测量中，对于灵敏体积较大的半导体探测器，Si材料结型半导体探测器同样也要在低温条件下才能正常工作。而且与Si材料相比，Ge半导体材料还具有一些重要的优点：a）Ge原子具有更高原子序数和更高密度，所以在耗尽层厚度给定的情况下，能够完全阻止的带点粒子的能量大约是Si的3倍。由于γ射线引起的光电效应截面与Z5成正比，因而与Si相比，Ge具有高得多的全能峰效率。所以在目前实际使用的γ射线半导体探测器中，几乎都是用Ge材料制成的。b）在同样77K温度下，对于不同材料的探测器，电离辐射为产生一对电子—空穴对所消耗的平均能量也是不同的，Ge只需2.96eV，而Si则需3.76eV。对于其他能量损失，Ge探测器具有比Si探测器更小的信号电荷涨落。c）Ge中空穴和电子的迁移率分别为1800m2/(V·s)和3800cm2/(V·s)，与Si中的迁移率（分别为480m2/(V·s)和1350m2/(V·s)）相比，显然要高很多，另外，为了使相同能量的电离粒子被完全阻止，Ge所需要的耗尽层厚度要更小，所以与Si探测器相比，Ge探测器的电荷收集时间要明显更短。文献综述