互动科普

日本福岛第一核电站发生核泄漏事故时相信很多人都曾在报道中见过核电站工作人员接受辐射剂量检查的情景。究竟怎样检测看不见的射线呢？

射线探测器的种类

根据检测方法的不同，可以将射线探测器（survey meter）分为多种类型。经常使用的有“GM”式、“闪烁”式、“电离室”式和“半导体”式这4种方式。每种方式所能检测的射线种类和强度等都各不相同，在测定表面污染和个体所受到的辐射剂量时，通常会将上述方法结合起来使用。

这些射线探测器有一点是共通的，那就是“将射线转变为电流来检测”，只是其转变方法有所不同。GM式和闪烁式外型虽然很相似，但其中的构造却有着很大差别。

在GM式中，射线使检测器中的气体电离，产生的离子形成电流被检测出来。而在闪烁式中，利用的却是闪烁体。这种闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。进入到检测器中的射线，被闪烁体吸收后转变为光，然后又由光转变为电子（光电效应），最终就可作为电流被检测出来。

图1. GM探测器的工作原理

GM式是一种气体离子探测器，由H.盖革和P.弥勒发明，又叫“盖革-弥勒计数器”。射线进入探测器后，会使充满检测器的氩气发生电离，变成阳离子和电子。由于检测器内被施以很高的电压，电子和阳离子就分别会被吸引向阳极和阴极加速运动。加速后的电子碰撞气体后，气体会再次发生电离。这样，增殖后的电子和阳离子就会向电极处聚集，从而产生电流。而电流会作为脉冲（瞬间的电流）被检测出来，通过测量脉冲数，就可测得射线进入的数量。

GM式主要用于检测物体表面的污染。而闪烁式多用于检测某个场所的空气吸收辐射的强度（空气吸收剂量率）。下面就对这几种不同检测方式的区别以及具体的测定方法进行详细介绍。

在此次核事故中，福岛第一核电站释放出了大量放射性物质，由此导致的污染成为媒体连日报道的焦点。避难区的居民、当时曾经回家的人以及核电站的工作人员是否受到了超量辐射，周边的蔬菜等农作物、牛奶等畜产品是否发生放射性物质附着或渗入的情况，受到了广泛关注。

本次福岛核辐射事故发生时，依照“紧急时期测量手册”，污染情况的测定方法和顺序都已确定。原本，为正确测量放射性物质导致的辐射量，需要使用更精密的巨型射线探测器。但是，在紧急情况下，流程则变为先使用方便携带的射线探测器对污染状况进行确认，然后再对可能超标的污染物进行详细的检测。这种情况下，有时对几种探测器的使用情况也会与原设计稍有不同。那么，这些不同到底是怎么回事呢？

图2. 闪烁探测器的工作原理

射线进入探测器后，闪烁体内的物质会被激发或电离。它们在恢复到基态时会释放出光。这个原理叫做“闪烁现象”。发出的光被镜面挡住，在内部聚集，然后通过由特殊的金属制成的“光敏面”。经过光敏面时，光被转换成电子（光电效应）。转换而来的电子，进入电子倍增管后，在接触到倍增器电极（使电子增加的辅助电极）时会成倍增加。增加后的电子在阳极聚集，变成电流。然后作为脉冲被检测出，根据脉冲数及其大小便可测得射线的数量和强度。

根据不同目的，使用不同检测方法

GM探测器能检知β射线（电子等粒子）和γ射线（电磁波），价格便宜且敏感度高（能探测到较低辐射剂量），但其测量的是射线进入的次数。也就是说，无法以常见的希沃特（Sv）这种表示对人体影响的单位来进行准确的测量。而与此相对，闪烁探测器价格较高，能灵敏地测定辐射剂量和能量的大小。并且检测结果可以通过算式转换为以希沃特为单位的结果（机器可进行计算，最终用希沃特单位表示），能检出的主要是γ射线。

要检测某个场所空气吸收的辐射程度（空气吸收剂量率），通常要对穿透物质能力很强的γ射线进行测量。因此，检测时主要使用对γ射线敏感度更高的闪烁探测器。而测量表面污染时，测量的主要是γ射线（如果测量γ射线，则很难与空间中的γ射线量区分开来），因此主要使用GM探测器。

电离室式探测器可测量射线在空气中产生的电流，因而可更精确地测得某场所的辐射剂量。并且，虽不适用于检测辐射剂量较低的情况，但可测得GM式和闪烁式无法测得的较高辐射剂量。一般来说，在核电站和各个市区的观测点（放射线监视柱），都配备有闪烁式和电离室式两种探测器。据说，本次日本福岛第一核电站事故中，当核电站内的辐射剂量暂时升高，超出了闪烁探测器的测量范围时，就由电离室式对其数值进行测定。半导体式探测器虽然对射线的敏感度很低，但是可制成小型探测器，因此可作为供个人使用的便携式测量仪使用。便携式测量仪可对累计辐射剂量，即个人所受到的辐射总量进行测定。

图3. 测量较高辐射剂量的“电离室”式

射线接触到充满箱子的空气，会使空气中的分子发生电离，以电流形式被检测出来。辐射剂量是以“射线使空间发生了多少电离”的量为标准确定的。因此，电离室式可像定义所描述的那样进行测量，得到更为精确的数值。GM式等是对脉冲的数量进行测定。但是，当辐射剂量增加时，脉冲数也会增加并发生叠加，因此便无法计量（无法测定）。而电离室式是对电流本身进行测量，因此也可测量较高辐射剂量。

闪烁探测器本来是用于测量空气吸收剂量率的。但是由于其对γ射线的敏感度很高，因此在日本厚生劳动省发布的《紧急时期食品辐射测量手册》中，记载着使用“NaI（碘化钠）闪烁式”探测器对食品进行检测的方法。其他的探测器，例如电离室式并不适用于检测像食品这种吸收辐射强度较低的物质。此外，由于GM式对γ射线的敏感度也很低，因此也不适合检测食品。

检测蔬菜时要切碎，检测牛奶时要将检测器浸入

那么，一般人能使用这些探测器对蔬菜进行检测么？想要正确地进行测量，认真地校正很重要。测量前，必须使用标准的放射性物质（放射性碘或铯），对机器的测定值进行调整（校正）。但是，这种操作对一般人来说还是有一定难度的。

此外，《紧急时期测量手册》中，对检测方法也有着详细的规定。例如，叶菜类蔬菜要切碎然后填满容器，不能有空隙，而检测牛奶时要将检测器顶端浸入到牛奶中10厘米深的部位等等。由于辐射剂量会随着距放射性物质的远近而不同，因此如果不使用相同的测定方法，测定结果很容易有误差。

图4. 测量个人受辐射程度的“便携式测量仪”。

射线通过半导体后，内部会产生带有正电荷的“空穴”和电子。它们的移动可作为电流被检测出来。虽然可被小型化，但其敏感度并不太高。用于个人随身携带，对随时产生的辐射剂量进行测量。

即使紧贴表面，也无法得知内部的情况

那么，常常在电视中看到的“对蔬菜表面进行检测”是不是就没有意义了呢？当然不是，检测蔬菜表面可知道放射性物质含量大致有多高。特别是在判断是否存在放射性物质时很有帮助。但是当放射性物质进入到根菜类蔬菜时，对其表面进行检测是无法获知放射性物质的量的。对牛奶等液体的检测也是一样的道理。

比如本次核事故，对于表面附着放射性物质的东西，使用表面测定的方法，或许能大致了解其情况。但随着时间的推移，对于植物所吸收的放射性物质的量，只检测表面是无法得到正确数据的。

官方公布的食品的辐射水平，是依照手册进行测定后，对可能受到污染的物质再进行精确测定所获得的。在进行这样的测定后，就可参照标准值，评价其受污染程度。对于我们常听到的“核辐射测定值”，希望大家注意这是否是经过正确方法测得的结果，不要被蒙骗。

（本文发表于《科学世界》2011年第8期）