固體徑跡探測器

材料包括雲母、石英及各種礦物晶體；玻璃、陶瓷等非晶體；聚碳酸酯、硝酸纖維、醋酸纖維、聚酯等聚合物塑料。固體徑跡探測器是20世紀60年代發展起來的，可探測質子、 α 粒子、重離子、裂變碎片和宇宙線中的原子核等。

當這些帶電粒子通過固體徑跡探測器時，在它們的路徑上材料產生輻射損傷，形成一條連續的輻射損傷徑跡，這種徑跡可用電子顯微鏡觀察到。當把帶有輻射損傷徑跡的材料放入強酸（如氫氟酸、硝酸和鹽酸等）或強鹼（如氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液）等蝕刻劑中時，由於材料受到輻射損傷部分的化學活性強，能以較快速度從探測器表面開始與蝕刻劑反應，並溶入蝕刻劑，沿輻射損傷徑跡出現一條細長的孔洞或蝕錐。同時蝕刻劑也從各種表面腐蝕探測器材料，但速度要慢得多。於是孔洞直徑不斷擴大。以上過程稱為蝕刻，孔洞即為蝕刻后的徑跡。當徑跡直徑擴大到微米數量級時，就可用光學顯微鏡觀察。圖1a和1b分別是用硅酸鹽玻璃和雲母記錄的裂變碎片徑跡的顯微照片。

固體徑跡探測器具有明顯的閾特性，只有當入射粒子在探測器中產生的輻射損傷密度（相應於沿粒子軌跡上單位長度被電離或激發的原子的個數）大於某一閾值時，才能蝕刻出徑跡。這一閾值與探測器材料和蝕刻劑的性質有關，與入射粒子的種類無關，不同材料有不同閾值。如圖2所示。無機固體具有較高閾值，只能記錄較重的粒子。塑料具有較低閾值，可以記錄較輕的重帶電粒子。β、γ和 X射線在各種固體徑跡探測器中的輻射損傷密度都低於其閾值，不能產生徑跡。利用這種閾特性，可以在同時有β、γ、X 射線及較輕粒子的場合無干擾地記錄所需要的重帶電粒子。

固體徑跡探測器具有分辨粒子的能力。同一徑跡上不同位置的輻射損傷物質與蝕刻劑反應的速度不同，輻射損傷密度越大，沿徑跡的蝕刻速度也越大。測量徑跡上某點的蝕刻速度或單位時間產生的蝕錐長度，可以知道該點的輻射損傷密度。輻射損傷密度與入射粒子的電荷數及速度（或能量）有關，測量徑跡上某點的蝕刻速度和剩餘射程，就可以確定粒子的電荷數、質量數和能量。分辨粒子電荷數的另一種方法是測量最大可蝕刻射程，即在固體徑跡探測器中輻射損傷密度大於閾值的一段的長度（即剩餘射程）。對同一種探測器材料，同一種粒子的最大可蝕刻射程相同，不同種類粒子的最大可蝕刻射程不同。最大可蝕刻射程與粒子電荷數一一對應。在電荷解析度方面，對輕原子核，固體徑跡探測器不如核乳膠高；但對重原子核，固體徑跡探測器比核乳膠要好。

在常溫下，固體徑跡探測器中的徑跡很穩定。比如，裂變碎片在白雲母中的輻射損傷徑跡，在145℃可保留45億年以上。因此，組成地球、月岩和隕石的礦物中，保存著自它們生成以來直到目前所記錄的各種重帶電粒子的徑跡，這些礦物，是數億或數萬年以前開始工作的固體徑跡探測器，為現代人類積累了大量古代科學資料。在高溫下，固體徑跡探測器中的徑跡發生衰退或消失（稱為退化）,由礦物中徑跡的退火情況，可以推測地球或天體局部或整體的溫度變化。

由於固體徑跡探測器具有能克服強本底干擾，能測量粒子的電荷、質量和能量，保存古代產生的重帶電粒子徑跡，位置靈敏和材料普遍等優點，已經得到廣泛應用。在原子核物理和粒子物理研究中，利用它不怕強本底干擾的特性，已廣泛用來在強入射束中測量裂變幾率、裂變壽命、裂變碎片角分佈(見核裂變)，尋找裂變同質異能素，鑒定加速器合成的超鈈元素和超重元素，測量核反應截面、分支比和角分佈等，利用阻塞效應測量複合核壽命。利用它分辨電荷和記錄古代徑跡的能力，在自然界尋找超重核和磁單極子。利用它記錄直接或次級重帶電粒子徑跡，進行地面和高空輻射劑量測量。在天體物理中，利用固體徑跡探測器分辨粒子和記錄古代徑跡的能力，通過分析隕石、月岩和塑料中記錄的古代和現代宇宙線中的原子核的成分和能譜、太陽粒子的成分和能譜，正在研究宇宙射線起源、恆星演化、太陽系元素合成和行星演化等方面的問題。在地質學和考古學中，利用地球礦物或物體中積累的U自發裂變徑跡和隕石礦物中積累的U和已絕滅的Pu自發裂變徑跡，可以測定地球物質或天體形成、冷卻或受熱的年代，以及測定考古年代。在分析化學、地球化學、冶金學、結晶學和生物醫學中，可以測定鈾、釷、鈈、硼、鋰、鉛、鉍等多種元素的微小含量和微觀分佈。在鈾礦普查勘探中，通過記錄鈾子體氡的 α徑跡，尋找地下鈾礦。另外，利用蝕刻后徑跡的微孔形狀，可以製作電子工業、化學工業和醫學上需要的微孔過濾器。此外固體徑跡探測器還可用作射線照相的底片。

R.L.Fleischer, et αl., Nuclear TRacks in Solids, Univ. of Cal. Press, Berkeley, 1975.