伽瑪射線裝置設計年限

㈠ 費米伽瑪射線空間望遠鏡的簡介

費米伽瑪射線空間望遠鏡粗答是台世界上最強大的望遠鏡之一。通過高能伽馬射線觀察宇宙，最初被稱作「伽馬射線廣域空間望遠鏡」(Gamma-ray Large Area Space Telesco pe)，但是當這台望遠鏡建成後開始正常運行時，人們又根據悔悉義大利科學家恩里科·費米的名字給它重新命名。
費米伽瑪射線太空望遠鏡（Fermi Gamma-ray Space Telescope，原名Gamma-ray Large Area Space Telescope, GLAST，大面積伽瑪射線太空望遠鏡）是在地球低軌道的伽馬射線天文學空間望遠鏡。此望遠鏡是用來進行大面積巡天以研究天文物理或宇宙論現象，如活躍星系核、脈沖星岩前慧、其他高能輻射來源和暗物質。另外，該衛星搭載的伽瑪射線爆監視系統（Gamma-ray Burst Monitor, GBM）可用來研究伽瑪射線暴。

㈡ γ射線探傷

鉛板是吸收而不是反射
r射線的穿透力比x射線還厲害 能穿透薄鉛板的版
γ射線探傷 用的都是權功率及其微弱的涉嫌 另外 由於高穿透性和定向性 一般不會直接威脅的健康 但是長期處在這種環境之中 是否有害 要是具體情況定

一般在有在輻射環境下的工作 都有適當的補貼

另外 沒有什麼安全距離的說法 只有當量輻射量
一般補貼標准就是參照這個標準的

㈢ 伽瑪射線是什麼

γ射線，又稱γ粒子流，是原子核能級躍遷蛻變時釋放出的射線，是波長短於0.01埃的電磁波。γ射線有很強的穿透力，工業中可用來探傷或流水線的自動控制。γ射線對細胞有殺傷力，醫療上用來治療腫瘤。γ射線首先由法國科學家P.V.維拉德發現，是繼α、β射線後發現的第三種原子核射線。在20世紀70年代首次被人類觀測到的。美國軍方發射薇拉（Vela）人造衛星用於探測「核閃光」（nukeflash）（未經授權的原子彈爆破的證據）,但是薇拉沒有識別出核閃光，而是發現了來自太空的強烈射線爆發。這一發現最初在五角大樓引起了一陣惶恐：是蘇聯在太空中測試一種新的核武器嗎？稍後這些輻射被判定為均勻地來自空中的各個方向，意味著它們事實上來自銀河系之外。但如果來自銀河系外，它們肯定釋放著真正的天文學數量的能量，足以點亮整個可見的宇宙。起源理論關於γ射線爆發的起源有一種理論——它們是具有無窮能量的「巨超新星」（hypernova），在覺醒時留下巨大的黑洞。看起來γ射線爆發似乎是排成隊列的巨型黑洞。

太空產生在太空中產生的伽馬射線是由恆星核心的核聚變產生的，因為無法穿透地球大氣層，因此無法到達地球的低層大氣層，只能在太空中被探測到。太空中的伽瑪射線是在1967年由一顆名為「維拉斯」的人造衛星首次觀測到。從20世紀70年代初由不同人造衛星所探測到的伽馬射線圖片，提供了關於幾百顆此前並未發現到的恆星及可能的黑洞。於90年代發射的人造衛星（包括康普頓伽馬射線觀測台），提供了關於超新星、年輕星團、類星體等不同的天文信息。

㈣ 伽瑪射線的輻射裝置可以分為幾類

伽瑪射線和X射線都不是物質哦，親。

伽馬射線和X射線都是電磁波。兩者的區別在於波長。伽馬射線的波長小於0.001nm，X射線的波長則在0.001nm~10nm之間。

放射性物質的衰變過程會輻射出伽馬射線。

伽瑪射線是一種基於原子核的衰變，而被釋放的電磁輻射。一個原子含有一個原子核，一個原子核由質子和中子組成。在更多的自然發生的核素中，次原子級粒子的結構是穩定的。

然而，在同一個原子中，使這些粒子在一起的能量並不強大，因此原子核變得不穩定，為了達到穩定的狀態開始失去質子和中子。這一過程伴隨著某種輻射的的產生。伽瑪射線是伴隨這種衰變所產生的輻射之一。

像其他電磁波一樣，伽瑪射線包含了大量的微型組的能量，即光子。現在，光子產生大范圍的能量。這種包含了最低能量的光子波被稱為無線電波，世界上所有的電信系統都多多少少依賴於它。
伽瑪射線：核爆的主要殘留物之一，也是核輻射的主要組成部分，通常伴隨阿爾法粒子和β射線，因為是短波輻射加之能量巨大，因此能從DNA層面破壞組織，引發人的疾病、變異、死亡。順便說一句用於癌症治療的的放療，用的就是一種伽馬射線，伽瑪刀也是常見的癌症治療方法。

㈤ 放射源和射線裝置1-5類的具體分類標準是什麼

《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》根據放射源、射線裝置對人體健康和環境的潛在危害程度，從高到低將放射源分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類。

Ⅰ類放射源屬極危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾分種到1小時就可致人死亡。

Ⅱ類放射源屬高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時至幾天可以致人死亡。

Ⅲ類放射源屬中危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡。上述三類放射源為危險放射源。

Ⅳ類放射源屬低危險源。基本不會對人造成永久性損傷，但對長時間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復的臨時性損傷。

Ⅴ類放射源屬極低危險源。不會對人造成永久性損傷。

(5)伽瑪射線裝置設計年限擴展閱讀：

放射源是擬用作致電離輻射源的任何量的放射性物質。

射線裝置是指能產生預定水平χ、γ電子束、中子射線等的電器設備或內含放射源的裝置（高能加速器除外）。

放射源按所釋放射線的類型可分為α 放射源、β放射源、γ放射源和中子源等；按照放射源的封裝方式可分為密封放射源（放射性物質密封在符合一定要求的包殼中）和非密封放射源（沒有包殼的放射性物質）絕大多數工、農和醫用放射源是密封放射源，例如：工農業生產中應用的料位計、探傷機等使用的都是密封源,如鈷-60、銫-137、銥-192等。某些供實驗室用的、強度較低的放射源是非密封的，例如：醫院里使用的放射性示蹤劑屬於非密封源,如碘-131、碘-125、鍀-99m等。

㈥ 什麼是伽馬輻照裝置

伽馬輻照裝置是利用電離輻射加工處理食品，以控制食源性致病菌、減少食物的微生物數量和蟲害、抑制塊根類農作物發芽，以及延長易腐壞農產品的保質期。輻照技術已獲准用於約５０種不同種類的食物，並最少有３３個國家在商業上應用這項技術。盡管業界數十年來一直使用輻照技術為食物進行消毒，以符合檢疫規定，但食用輻照食物對健康的影響仍是備受關注。這項研究概述了食物輻照技術的基本原理、應用范圍，以及食用輻照食物對消費者構成的潛在健康風險。現有證據顯示，雖然輻照加工會令食物產生化學變化，導致營養素流失，但如按照建議的方法進行輻照加工食物，而且加工過程符合良好製造規范，輻照食物的安全性和營養素質量，與用其他傳統食物加工方法（例如加熱、巴士德消毒和裝罐）處理的食物相若。
食物輻照技術是利用電離輻射加工處理食品，以控制食源性致病菌、減少食物的微生物數量和蟲害、抑制塊根類農作物發芽，以及延長易腐壞農產品的保質期。根據國際原子能機構的資料，超過50個國家已批准使用輻照技術處理約50種不同種類的食物，並有33個國家在商業上應用各國准許進行輻照加工的食品不盡相同，但一般只限於香料、香草、調味料、某些新鮮水果或乾果和蔬菜、海產、肉類及肉類製品、家禽，以及蛋類製品。盡管業界數十年來一直使用輻照技術為食物進行消毒，以符合檢疫規定，但食用輻照食物對健康的影響仍是備受爭議的問題。食品經輻照後產生的化學物是否具有毒性，以及輻照處理會否改變食品的營養價值，都是令人關注的事宜。根據食品法典委員會《輻照食品通用標准》，建議用於食品加工的電離輻射是∶(I)放射性核素鈷-60(60Co)或銫-137(137Cs)產生的伽瑪射線；以及(II)由機械源產生的電子束(最高能量為10兆電子伏特)和X射線(最高能量為５兆電子伏特)。
(I) 放射性核素鈷-60和銫-137產生的伽瑪射線鈷-60由高度精製的鈷-59(59Co)顆粒在核反應堆中經中子撞擊而成，銫-137則由鈾裂變產生。鈷-60和銫-137發出穿透力強的伽瑪射線，可用以處理大件或已包裝食物。目前，鈷-60是最廣泛應用於食物輻照的放射性同位素。 (II) 由機械源產生的電子束和X射線機械源產生的電離輻射的主要優點是，整個處理系統都不涉及放射性物質。產生電子束的電器裝置由電力驅動，以直線加速器將電子加速至接近光速。但這些高能電子束的穿透力有限，只適用於較薄的食物。以電子束撞擊金屬靶，可把電子轉化為不同能量的X射線。雖然X射線的穿透力較由鈷-60和銫-137產生的伽瑪射線強4，但由於電子轉化為X射線的效率一般低於10%，以致機械源輻射的應用一直難以推廣。 當電離輻射穿過如食物等物質時，能量會被吸收，食物成分的原子和分子會被離子化或激發，引起輻照食物中出現的化學和生物學變化。食物輻照的化學效應食物進行輻照時所產生的化學效應，是由於處於激發態的分子及離子分解後，與相鄰分子發生反應，而引發的連串相互反應。主要的化學反應包括分子內部出現異構化和分裂，並與相鄰分子發生反應，產生連串新化學產物(包括高反應自由基)。食物經輻照後而產生的自由基，通常存在時間很短。不過，在一些干制、冷藏或含堅硬部分(例如骨頭)的食物，由於產生的自由基的活動性有限，因此會存留一段較長時間。由電離輻射引起的另一個重要化學反應是水輻射分解。水分子經輻照後產生的羥基自由基和過氧化氫屬高反應性，容易與大部分芳香族化合物、羧酸、酮、醛和硫醇等發生反應。這些化學變化對消除食物的微生物具有重要作用。不過，如輻照環境條件控制不善，這些化學變化難免會對某些食品造成不良影響(例如失去原有風味)。在輻照過程中，利用鈷-60產生的伽馬射線作能量源，以提供電離輻射。商用輻照設施的共通之處是設有輻照室，以及用以運送食物進出輻照室的輸送系統。輻照廠房跟其他工業設施在結構上的主要分別是，輻照室四周建有混凝土防護圍牆(厚度一般為1.5至1.8米)，以防止電離輻射的泄漏。 放射性核素源會持續發出輻射。當輻射源不用作處理食物時，會貯存在一個水深約6米的水池內。水可吸收輻射能量，是其中一種最佳的阻隔輻射防護物質之一，將輻射源貯存在水裡，可保護須要進入輻照室的工作人員免受輻射照射。輻照設施的輸送系統採用路軌設計，用以運送食物通過輻照室進行輻照處理。通過控制輻照的時間和輻照源的能量，就可以調節食品接受電離輻射照射的劑量，以達致特定的目的。
在國內，工業用的食物輻照設施必須領取許可證，並受國家輻射安全及衛生當局的規管及監察。他們亦有參考其他主管當局制定的輻照標准 和實務守則 。國際原子能機構和聯合國糧食及農業組織合作建立了一個食物輻照設施資料庫，臚列各國的認可食物輻照設施，供公眾參考。

㈦ 伽馬射線

我說過了，那要看你是什麼源，不過據我所知，探傷用的一般是銥Ir-192(m2)源。半衰期241年，γ射線能坦咐量是168KeV(實際上兩條譜線，能量分伏亂別是12.984KeV和155.16KeV)。【http://atom.kaeri.re.kr/cgi-bin/decay?Ir-192 IT數據來源於這個韓國網站。】

空氣對這個能量段的γ射線基本上無屏蔽作用，所以可取屏蔽系數Γ=1；γ射線的輻射權重因子Q=1。另外，你問的是有效劑量，那麼需要對你全身組織進行分攤平均，因為不同組織的權重因子不同，就拿一般人最關心的性腺組織而言，其權重因子是0.2，而其它組織的權重因子都小於這個值。可以給出一個近似的答案，【關於這點，我沒做過相關的平均計算，因為不是學醫的，所以不曉得各個組織在全身的質量分布情況，採取一個可能接近的平均值W=0.1。另假設你體重70Kg，站立時正向剖面積S=bh≈0.3m×1.7m=0.51m²(面向探測源的時候，身高取1.7米，剖面平均寬30cm。)。】

H≈QWAΓtES/m(4πmr²)=0.1×1×33Ci×1×6min×168KeV×0.51m²÷70Kg÷4π(m)²=0.1×33Ci×3.7×10^(10)Bq×6min×60s/min×168KeV×1.6×10^(-16)J/KeV×0.51m²÷70Kgm²÷4π=33×3.7×3.6×1.68×1.6×0.51÷280π≈0.685mSv=0.0685rem。[現在學術上用的是國際單位希伏(Sv)，工程實踐中也有用老單位雷姆(rem)的，1Sv=100rem。]

由於輻射防護中沒有這樣的公式，所以這是按照裸源推導的計算公式。當然，如果你的探傷裝置有聚焦的特性，也就是說可以把原本應該四散開來γ射線定向匯聚發射，那麼這個結果要乘以立體角4π，也就是最後的劑量應該是0.861rem。

【這個劑量段的照射足夠引起「極重度的骨髓型急性放射病」，初期症狀一般體現為：多次嘔吐、腹瀉、休克、白細胞急劇下降。★建議你可以去做個血檢，如果證實你的白細胞下降的話，可以要求你公司做工傷賠償的。另外，你可以自己多吃一些雞蛋、肉類等蛋白質含量高的食品，注意休息。】

組織器官□□組織權重因子W

性腺□□□□□□0.20
紅骨髓□□□□0.12
結腸□□□□□□0.12
肺□□□□□□□□0.12
胃□□□□□□□□0.12
膀胱□□□□□□0.05
乳腺□□□□□□0.05
肝□□□□□□讓廳純□□0.05
食道□□□□□□0.05
甲狀腺□□□□0.05
皮膚□□□□□□0.01
骨表面□□□□0.01
其它組織□□□0.05

★我剛看了，有的公司是用的硒(Se-75)源，其γ射線能量可以代400KeV，而如果是鈷(Co-60)源，γ射線能量就達1.33MeV，約是上述計算結果的10倍，如果是鈷源，那就得考慮是否是腸型急性放射性病。這個階段的症狀主要是頻繁嘔吐、腹瀉嚴重、腹疼、血紅蛋白升高；不過，通過血檢還是能夠看出來的。

㈧ 伽馬射線探測器是

本章主要講述伽馬射線探測器。第一節講述半導體探測器的基本原理，半導體探測器的主要優點是能量解析度比目前測井中應用的碘化鈉、鍺酸鉍、過氧硅酸釓、碘化銫等晶體高一個數量級以上。但其缺點是其靈敏體積目前還做不大，測井計數率低只能點測，必須在零下190℃左右溫度環境中工作。溫度性能最好的半導體探測器高純鍺也只能做到常溫保存低溫使用。如果在測井中應用半導體探測器，還必須建立一套製造液態氮的設備。
半導體探測器盡管有這些缺點，但其1%以上的γ射線能量解析度定會吸引眾多的學者對其下大工夫進行研究，發揮其優點，克服其缺點，適合實際測井需要的半導體探測器一定會研究成功。由於目前實際測井應用的是碘化鈉、碘化銫、鍺酸鉍、過氧硅酸釓等閃爍體，所以第二節中對它們的性能、技術指標，特別是對鍺酸鉍做了較為詳細的講述。第三節講述光電倍增管的基本知識和結構、性能參數，電阻分壓器的設計、儀器克服磁場影響的辦法、高壓電源，γ射線能量譜線性放大器及井下儀器如何選擇光電倍增管等。由於在中子壽命、補償中子、碳氧比與中子壽命同次測量綜合(N、γ全譜)測井儀要用氦三計數管，所以第四節對氦三計數管的基本原理和結構、高壓電源、信號放大器也做了簡單介紹。
探測器高壓電源在探測信號模擬傳輸階段，一般採用井下穩壓式高壓電源；在目前探測器信號數字傳輸階段，一般採用井下調整式高壓電源，用單片機調整控制高壓電源。調整高壓電源輸出電壓高低，進行峰位修正。探測器放大器分為射線強度放大器和射線能量譜測量線性放大器。有關半導體探測器的基礎知識，來源於筆者聽吉林大學丁肇忠教授講課時所做筆記的整理。

㈨ γ射線探測器

常用的γ核輻射探測器有正比計數管、蓋革-彌勒計數管、閃爍計數器、半導體探測器。

(一)氣漏舉謹體探測器

主要包括電離室、正比計數管、蓋革-彌勒計數管。電離室的主體由一對電極構成，兩極間充以空氣或其他氣體(空氣或氪、氖等情性氣體)，電極設計有各種形狀，如平行板式、同軸圓柱筒式。在電極間加上電壓，當射線射入後，氣體被電離，正離子和電子被不同電極收集，產生電流。

外加電壓與電離電流的關系如圖2-15所示，曲線α和曲線β分別為α粒子和β粒子通過氣體物質產生電離作用後，在外電場作用下形成的電離電流隨外加電壓的變化規律。由工作電壓分布在不同的工作區特點，可以作成電離室探測器(V_a～V_b)、正比計數管(V_b～V_c)、蓋革-彌勒計數管(V_d～V_e)。

圖2-15 電離電流與外加電壓的關系

1—飽和電流區V_a～V_b；2—正比區V_b～V_c；3—准正比區V_c～V_d；4—自激放電計數區V_d～V_e；5—連續放電區>V_e

電離室工作在第一個區域，當加在電離室電極上的電壓增加時，探測器體積內電流強度不再增加，這個電流稱為飽和電流。在該區域相應的電壓下，電離電流的強度只取決於外界的射線強度。根據工作方式又分為積分電離室及脈沖電離室。前者測量由射線電離產生的總電離電流；後者測量單個粒子產生的電流。電離室可以做得很大，這樣可以使得探測α射線靈敏度較高。

正比計數管工作在第二個區域。在電場作用下，靠近陽極的電子獲得了能量，引起二次電離，由於已經存在比較大的電場梯度，新形成的電子同樣也能引起次級電離。這樣就發生了電離電流的氣體放大雪崩過程。在雪崩過程中產生的離子對的數量比初始的離子對數量大K倍，稱K為氣體放大倍數，數值可以達到10⁵～10⁶。因此，在探測器的輸出端，脈沖具有很大的幅度。在此區K值是個常數，因而，記錄的脈沖幅度正比於初始電離，即正比於入射光量子的能量。正比計數管由於有較好的能量解析度，常用於對X射線及軟γ射線進行能譜測量。

三氟化硼(BF₃)正比計數管能有效地區分γ射線和中子，而去掉γ本底的影響。3He中子計數管適於記錄超熱中子。

第三區稱為准正比區，由於空間電荷效應，K值不再是一個常數，本區並不能用於射線探測。

第四個區稱為自激放電計數區，又稱為蓋革-彌勒區。在這個區域里，電極間的場強很大，氣體放大作用急劇上升，以致一對離子對就能引起雪崩過程，導致自激放電的發生。具有自激放電的計數管分為兩種類型：自猝滅和非自猝滅。蓋革-彌勒計數管屬於後者，主要用於記錄β射線和γ射線，輸出信號較大，但輸出脈沖幅度與入射粒子的能量無關，所以不能用它來探測入射射線的能量。此外，這類計數管形成的脈沖的延續時間比正比計數管要大。例如，如果正比計數管每秒最大計數為10⁴個脈沖，那麼蓋革-彌勒計數管每秒只有10³個脈沖。

第五個區是連續放電區，它不能用來作探測器。

(二)閃爍探測器

它由閃爍體(熒光體)和光電倍增管兩部分組成。閃爍體有固態、液態、氣態三種，可分為有機閃爍體和無機閃爍體。常用閃爍體列於表2-6。

表2-6 常用閃爍體

NaI(Tl)型閃爍體是一種廣泛應用的無機晶體，它以微量鉈作為激活劑，它的單晶具有非常好的透明度，NaI(Tl)晶體密度大，約3.67g/cm³；平均原子答穗序數較高，為32左右。所以它對γ射線或X射線的阻止本領大，是對γ射線或X射線探測效率極大的一種閃爍體。對於大晶體，若記錄能量為1MeV的γ光子，效率可達百分之幾十。它的發光時間極短，僅為10^-7s。因而最大計數率可達10⁵脈沖/s，常用於測量γ射線。當用於測量X射線時，可將NaI(Tl)做成薄晶體。

碘化銫(CsI(Tl))晶體的密度及有效原子序數比NaI(Tl)大，故其探測效率較NaI(Tl)高，它的發光返基持續時間比NaI(Tl)長，也是一種探測γ射線(X射線)的閃爍體。它的最大特點是不怕潮解，很適合地質工作，由於CsI(Tl)成本高，實際應用還不普遍。

塑料閃爍體是在一定溫度下使用有機閃爍體作溶質、塑料作溶劑聚合而成的。它既具有無機晶體的特點(發光時間短，在空氣中不潮解，可探測中子等)，又易製造，易做成各種形狀。在射線照射下轉換效率穩定。故在多數情況下有機晶體均可用塑料閃爍體代替。因此，它廣泛用於探測重粒子及部分γ射線。

液體閃爍體是有機閃爍體溶於甲苯等有機溶液中製成的。它的體積可做得很大，因此其探測靈敏度很高。

鍺酸鉍閃爍體BGO，密度大，對γ射線的探測靈敏度很高，對於天然放射性核素放射出的1～3MeV的γ射線有特別高的探測效率。對於²¹⁴Bi的1.76MeVγ射線比相同尺寸的NaI(Tl)高6.6倍；對於釷的2.62MeV高7.5倍。化學穩定性好，不潮解，易加工成型，最大熒光波長為480nm。光輸出較低，相當於相同尺寸NaI(Tl)的8%～16%。對於0.661MeV能量的γ射線能量解析度為13%，NaI(Tl)為9%。受溫度影響較大，溫度系數為-0.01～0.015/℃。

溴化鑭LaBr₃(Ce)閃爍體探測器是近幾年研製的一種探測器，它對662KeV¹³⁷Cs的全能峰的能量解析度約為3%，優於LaCl₃3.3%的能量解析度，更遠遠優於NaI(Tl)晶體6%～7%的能量解析度；同時相對於傳統閃爍體探測器，LaBr₃(Ce)閃爍體具有更高的光效率和更好的能量解析度等優點，是γ能譜儀發展的一個方向。

光電倍增管是閃爍探測器的最重要部件之一。其組成部分是光陰極和倍增電極，光陰極的作用是將閃爍體的光信號轉換成電信號，倍增電極則充當一個放大倍數大於10⁶的放大器。光陰極上產生的電子經加速作用飛到倍增電極上，每個倍增電極上均發生電子的倍增現象，倍增極的倍增系數與所加電壓成正比例，所以光電倍增管的供電電源必須非常穩定，保證倍增系數的變化最小。在沒有入射的射線時，光電倍增管自身由於熱發射而產生的電子倍增稱為暗電流。用光電倍增管探測低能核輻射時，必須減小暗電流。保持測量空間環境內較低的室溫，是減小光電倍增管暗電流的有效方法。

(三)半導體探測器

半導體探測器具有解析度高、脈沖上升時間短、結構簡單等優點。半導體探測器按結構可以分為PN結型、PIN結型；按工藝可以分為面壘型、擴散型、離子注入型、鋰漂移型；按材料可分為鍺、硅和化合物型；按外形可分平面型、同軸型。

從原理上講，半導體探測器可以看作是一個電壓反接的PN結。PN結的結區就是半導體探測器的靈敏區。當帶電粒子或電磁輻射與探測器物質相互作用，產生的次級電子進入靈敏區時，在其內形成電子和空穴對。在高的反向電場作用下，電子、空穴分別向正、負極運動，並被電極收集，而得到一個電脈沖。

目前常用的半導體探測器主要有三種：

1)在鍺或硅單晶中製造成PN結，它在反向電壓作用下，使PN結形成「耗盡層」，自由載流子流度很低。被探測的射線進入靈敏區(耗盡區)，產生電離，生成大量的電子、空穴對；在電場作用下，電子和空穴分別迅速向正、負兩極漂移、被收集，在輸出電路中形成脈沖信號。

2)在P型和N型的鍺或硅單晶之間形成一層PIN型本徵區，電阻率很高，作為探測器的靈敏區。在PIN結兩端加上反向電壓，內電場將得到增強，本徵區即為探測射線產生電離的靈敏區，厚度較大，可以探測高能射線。

3)利用高純鍺材料，其中受主和施主原子的濃度已可降低至10^-10個/cm³，即平均每10¹²個鍺原子中僅有雜質原子1個。HPGe(高純鍺)是一種用高純度鍺製成的PN探測器，在一定的工作電壓下PN結的耗盡層厚度與材料的電阻率的平方成正比。目前的工藝水平已經能製造體積比較大的探測器，可以分別滿足低能X射線和高能γ射線的能譜測量的要求。優點是解析度高，可在常溫下工作。

探測γ射線的半導體主要是硅和鍺加上鋰作為漂移材料製成鍺鋰漂移探測器——Ge(Li)或硅鋰漂移探測器——Si(Li)。它們是以把高濃度的鋰擴散到晶體中，形成很厚的Ⅰ區(即靈敏區)的PIN結探測器。為了穩定Si(Li)和Ge(Li)探測器的PIN結，須將探測器放置在液氮中，在低溫下保存及工作。

除常用的Si(Li)或Ge(Li)、高純鍺(HPGe)外，還有CdTe、HgI₂等，而且可在常溫使用，不用低溫，如Amptek生產的CdZnTe型探測器。但總的來講，使用這些材料的固體探測器應用並不普遍。

㈩ 嫦娥二號探寶神器：γ射線譜儀

2010年10月1日18時59分57秒，嫦娥二號衛星成功發射。在約為200千米的繞月軌道高度運行8個月，完成了一系列工程與科學目標，獲得了解析度優於10米月球表面三維影像、月球物質成分分布圖等資料之後，嫦娥二號進入日地拉格朗日L2點環繞軌道進行深空探測等試驗，並飛越圖塔蒂斯小行星，成功開展了再拓展試驗。最終，在燃料耗盡後，嫦娥二號成為一顆環繞太陽軌道的人造小天體。本文回顧嫦娥二號的探寶神器——伽馬射線譜儀，以及月表物質成分分布的探測。

月球表面的伽馬射線

月球表面一些元素（如釷、鈾、鉀等）本身就有放射性，發出伽馬射線；另外一些元素（如硅、鎂、鋁等）在宇宙線轟擊下會發出伽馬射線。但無論成因為何，每種元素發出的伽馬射線均不相同，探測到某一元素的特徵能量伽馬射線仿鋒，就可以證明這種元素的存在。而這種特徵能量的伽馬射線出現的幾率越高，該元素的相對含量也越高。通過統計特徵能量的伽馬射線出現的幾率，就可以探測元素的相對含量。利用這種方法，就可以探備坦晌測到月球上的一些主要元素，如氧、硅、鎂、鋁、鈣、鐵、鈦、鈉、鉀、釷、鈾及稀土元素等的含量與分布特徵。

「嫦娥」之前

過去，美國阿波羅登月任務從月球表面的6個地方採回樣品。為了更全面地了解全月面化學組成，需要可以進行飛越測量的探測器，而伽馬射線譜儀正是遠程測量行星表面化學元素分布的強有力的工具，已經被多項太空探測任務所驗證。美國早在阿波羅登月計劃及「月球勘探者號」(Lunar Prospector，簡稱LP)的探月任務中都搭載不同的伽馬射線譜儀實現了繞月探測，測量月表成分與分布。

1971年和1972年的阿波羅15/16號搭載的伽馬射線譜儀對月表的大約20%進行了探測，開辟了利用伽馬射線譜儀對行星表面物質成分探測的時代。1998年的LP任務伽馬射線譜儀則實現了全月面探測。之後，中國、日本、歐洲空間局、印度等國也紛紛開展了探月計劃，並且都實現了繞月伽馬射線能譜測量。

「嫦娥」的伽馬射線儀

我國嫦娥一號和嫦娥二號衛星都搭載了伽馬射線譜儀，並實現了全月面元素分布的測量。中國科學院紫金山天文台承擔了伽馬射線譜儀的研製和部分數據分析工作。

嫦娥二號伽馬射線譜儀外觀 | 圖源：紫金山天文台

〇 工作原理

伽馬射線譜儀工作能段是300keV 9MeV，由探測晶體、信號採集和放大電路、指令控制和數據傳輸電路等主要部分組成。探測晶體有包括主探測器晶體和包裹在外的反符合探測器晶體。嫦娥一號伽馬射線譜儀採用碘化銫（CsI）閃爍體探測器，而 嫦娥二號伽馬射線譜儀在世界上首次採用先進的溴化瀾(LaBr3)閃爍晶體作為主探測器 ，碘化銫作為反符合晶體成功抑制空間及衛星本底。

嫦娥二號伽馬射線譜儀內部結構示意

來自月球方向的伽馬射線進入探測器主晶體，產生熒光，經過多次反射後進入光電倍增管轉化為電信號。而來自其他方向，包括衛星本身的材料被高能粒子激發所產生的熒光，將會被反符合晶體接收，並信仔經過電子學線路處理後予以剔除。這樣，伽馬射線譜儀就得到純粹來自月球表面物質的伽馬射線信息。

嫦娥二號伽馬射線譜儀的能量分辨和探測效率都顯著高於嫦娥一號伽馬射線譜儀，靈敏度遠高於世界同類探測器，能敏感地區分月球表面元素的細微差別。

〇 科學使命

獲取全月表主要元素的豐度與分布，分析各元素和物質類型的富集區域和分布特點等，進而深入研究月球地質 歷史 ，並為月球的開發利用提供有關的資源分布數據。

研究成果舉例

從嫦娥二號伽馬射線譜儀的全月面 178天 的累積譜中可以識別月面主要元素的信息，包括鉀-K、硅-Si、釷-Th、氧-O、鈣-Ca、鈦-Ti、鐵-Fe、鋁-Al、鎂-Mg等9種元素，其中放射性元素K、Th等和Fe元素的特徵分布明顯。

嫦娥二號伽馬射線譜儀累積178天觀測的全月面元素信息 | 圖源：1

嫦娥二號伽馬射線譜儀的其中一項研究成果是通過 月海 周圍放射性元素的觀測推斷相關撞擊事件的性質。

月海 是指月球上比周圍低窪的平原。迄今已知的月海有22個，絕大多數月海分布在月球的正面，背面僅有3個。目前普遍認為小天體撞擊月球，月殼被撞破，月幔流出，玄武岩岩漿覆蓋了窪地，形成了月海。

嫦娥一號拍攝的月球全圖 | 圖源：網路

危海 和 東海 是月球上兩個較大（直徑數百公里）且較為年輕（三、四十億年）的多環月海，前者在月球正面，後者在背面。

嫦娥二號伽馬射線譜儀探測到的鉀元素全月面分布圖 | 圖源：1

嫦娥二號伽馬射線譜儀探測到的月球東海（左）和危海（右）鉀元素分布圖 | 圖源：1

目前國際上對於月球東海和危海盆地形成時的撞擊深度存在較大的爭議。以危海盆地為例，早期的研究認為危海撞擊事件僅僅到達上月殼。但日本「月亮女神Kaguya」在危海盆地邊緣發現一些區域富含橄欖石，暗示危海撞擊事件可能擊穿了月殼，導致月幔物質流出。

嫦娥二號伽馬射線譜儀對月球東海和危海盆地及其周圍濺射物放射性元素含量觀測表明，導致這兩個盆地形成的撞擊深度到達了下月殼，月球深層的物質被挖掘出來。

研究首次發現危海和東海盆地內平地的鉀含量明顯高於盆地邊緣，但總體豐度不高。這說明，危海盆地在形成時撞擊事件穿透 克里普岩層 （KREEP，是一種含有鉀-K、稀土元素-REE、磷-P的礦物，KREEP岩層是月殼與月幔之間的過渡層，包含了月球形成時的岩漿海洋留下的化學線索）的可能性較小。根據月球 岩漿洋模型 及鉀元素豐度的分析，推斷危海撞擊事件可能僅僅撞擊到月殼的 侵入岩層 ，而東海盆地形成時的撞擊事件則可能穿透到下月殼的放射性元素富集區。

基於伽馬射線譜儀觀測，關於月球表面大型撞擊坑的類似研究，對理解月球岩漿洋的形成和撞擊事件的穿透深度等至關重要。

主編：毛瑞青

撰文：暗物質與空間天文實驗室