探測器靈敏度

探測器靈敏度是探測器輸入物理量與輸出物理量之間的轉換常數,一般定義為:探測器輸出總量與相應輸入總量的比值。或可表述為:探測器接收到每單位有效輸入總量所對應的輸出總量。對於脈衝輻射探測器,輸入物理量一般為脈衝γ射線、脈衝中子束等脈衝輻射,輸出物理量一般為光、電等信號。

定義

平行脈衝輻射束垂直入射到探測器靈敏體的橫截面時,脈衝輻射探測器的靈敏度一般定義為:

靈敏度=輸出總量/輸入總量

其物理意義是:每單位有效輸入總量所對應輸出總量的大小。或者說,探測器對單位有效輸入量的敏感程度。其量綱由探測器總輸入和總輸出的量綱決定。在某種意義上,探測器的靈敏度同測量系統的靈敏度一樣,都是輸入、輸出間的物理量的轉換常數。

特性

探測器靈敏度反應探測器對單位有效輸入的敏感程度,與探測效率和靈敏體的橫截面積成正比。

靈敏度是探測器的基本屬性,與時間無關,具有時不變性,但通常是入射粒子能量的函式。

在輸出線性範圍內探測器靈敏度不變,用圖形表示時,探測器的靈敏度對應探測器線性輸出的斜率。在非線性和飽和段探測器靈敏度將改變並下降。

分類

根據輸入物理量的量綱(比如,是統計輸入粒子的數量還是能量),探測器靈敏度可分為輻射粒子的數量靈敏度、能量靈敏度等;

根據入射粒子的類型,可分為中子靈敏度、γ靈敏度等。

單位

探測器靈敏度的量綱由總輸入和總輸出的量綱確定,常用的單位有(A/cm·s)或(C·cm)或(C·cm/MeV)等。

測量方法

靈敏度的測量方法通常有穩態電流法、脈衝電荷法、脈衝峰值電流法等。

(1) 穩態電流法

探測器的靈敏度 S可以直接用探測器輸出電流 I與探測器位置處引起探測器電流輸出的入射輻射粒子注量率 Φ的比值來表示,即:

S= I/ Φ.

當入射粒子輻射場是穩態場時,一般直接使用電流儀測量對應的探測器輸出電流 I。

例如,對於閃爍探測器的γ靈敏度標定,一般採用同位素源提供某一能量 E的γ射線,γ射線通過準直後直接照射探測器,用小電流儀測量探測器的輸出電流 I,同時採用γ劑量測量系統檢測探測器靈敏位置處的劑量,並把劑量換算成對應的γ光子注量率 Φ( E),那么,對於此種能量為 E的γ射線,探測器的靈敏度 S( E)為

穩態電流法標定探測器靈敏度示意圖 穩態電流法標定探測器靈敏度示意圖

S( E)= I/ Φ( E).

(2) 脈衝電荷法

採用脈衝輻射源場測量探測器對輻射的靈敏度 S。探測器輸出波形對應的電荷量為 Q,引起探測器波形輸出的入射脈衝輻射注量為 Φ,則探測器的靈敏度為

S= Q/ Φ.

輻射正面入射到探測器端面時,探測器輸出的電荷量為

Q=∫ I( t)d t.

其中,t為探測器輸出波形的時間寬度,I(t)為輸出波形在t時刻的電流幅度值。I(t)可按如下公式計算:

I( t)= K· V( t)· R.

其中, V( t)是示波器顯示的波形電壓幅度, R為示波器的輸入阻抗, K是綜合考慮探測器增益和輸入信號的衰減情況等因素得到的比例因子。

(3) 脈衝峰值電流法

當輻射源場是脈衝情況時,一般是用示波器記錄探測器輸出波形,計算靈敏度所用的探測器輸出電流 I一般使用對應的峰值電流 I。 I可以按下式計算:

I= K· V· R.

其中, V( t)是示波器顯示的波形電壓峰值幅度, R為示波器的輸入阻抗, K是綜合考慮探測器增益和輸入信號的衰減情況等因素得到的比例因子。

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