γ射线谱仪：获取全月表元素含量与分布
由于各种物质受激发发出的X/γ射线不同，嫦娥一号卫星通过X/γ射线谱仪，分析月球表面的矿物组成和岩石类型，评估其铁、钛等14种元素含量和物质类型分布特点，初步了解月球的构成和资源。
为什么一项任务要用两个设备来共同完成呢？γ射线谱仪分系统主任设计师常进向《科学时报》记者解释道：“两个设备的探测能量范围不同，γ射线谱仪的能段是300keV～9MeV，而X射线谱仪的能段是1～60keV。能段一高一低，起到互补的作用。”
紫金山天文台承制的γ射线谱仪是嫦娥一号的主要有效载荷之一，其科学使命是获取全月表有用元素的丰度与分布，进而分析各元素和物质类型的富集区域和分布特点等。
常进介绍，月球表面一些元素（如钍、铀）本身就有放射性，发出γ射线；另外一些元素（如硅、镁、铝）在宇宙线轰击下会发出γ射线。不同元素发出γ射线的能量有所不同，或者说各种元素都具有特征能量γ射线。
常进说：“如果γ射线谱仪探测到某一元素的特征能量γ射线，就可以证明这种元素的存在。而这种特征能量的γ射线出现的几率越高，该元素的相对含量也越高。通过统计特征能量的γ射线出现的几率，就可以探测元素的相对含量。利用这种方法，就可以探测到月球上的一些主要元素，如氧、硅、镁、铝、钙、铁、钛、钠、锰、铬、钾、钍、铀及稀土元素等的含量与分布特征。”
常进进一步指出，根据探测的结果，可以绘制各元素的全月球分布图，发现月球表面资源富集区，鉴别新的岩石类型，为月球的开发利用提供有关的资源分布数据，以及对月球地质历史进行深入研究。
γ射线谱仪是如何工作的？
“γ射线谱仪由探测晶体、信号采集和放大电路、指令控制和数据传输电路等主要部分组成。其中主探测器和包裹在外的反符合探测器均为大尺寸的碘化铯晶体。来自月球方向的γ射线进入探测器主晶体，产生荧光，经过多次反射后进入光电倍增管转化为电信号。同样道理，来自其他方向，包括卫星材料被高能粒子激发所产生的荧光，也将会被反符合晶体接收并被经过电子学线路处理和剔除。这样，γ射线谱仪就得到纯粹来自月球表面物质的γ射线信息。此外，指令控制和数据传输电路将按照地面指令对设备工作状态施行控制，并将采集到的数据通过卫星数据传输系统发回地面。”常进介绍。
据了解，在卫星环绕月球飞行约一年的工作期间，γ射线谱仪将反复飞经月球各个区域，将飞经每一个区域的探测数据累加和处理，就可以得到该区域内不同元素含量的准确信息。
同样作为探月有效载荷，我国的γ射线谱仪有着自己的特点。“我们的γ射线谱仪跟当年美国月球勘探者（1998年）比较，通俗地讲，探测器有效面积大，能量分辨本领高，灵敏度高。跟日本月亮女神的γ射线谱仪相比较，虽然它们的能量分辨比我们高很多，但探测器体积较小，有效面积只有我们的1/10，因此，在几个兆电子伏以上的高能波段探测方面，我们稍占优势。
两个仪器的侧重点不同，月亮女神主要研究是否有水，我国的则主要研究全月面元素分布。从γ射线谱仪的工作原理上讲，累计有效探测时间越长，效果就越好。”
月球探测用的γ射线谱仪可以在地球上用么？常进的回答是肯定的：“与月球探测类似，空间探测用的γ射线谱仪完全可以应用到地球资源探查和环境监测上。”
据介绍，从上个世纪60年代开始，世界上的一些大公司已经使用γ射线谱仪来寻找铀矿。美国、欧洲都采用γ射线谱仪进行了全国扫描，以得到铀资源在全国的分布。
20世纪80年代开始，随着技术的进步，γ射线谱仪不仅可以探测铀资源，还可以区分岩石类型，寻找其他矿产资源。其原理与月球探测一样，由于γ射线无法穿过大气进入空间，所以必须采用飞机或地面车辆进行观测。加拿大就采用该方法，发现了许多铀矿和金属矿。
γ射线谱仪还可以监测环境。人类的活动（如开矿、城市建设等）可以改变当地的辐射环境，对该地区的将来影响很大，有的经济活动可以完全改变当地的环境，造成灾难性的后果。另外，核电站周围的环境，也必须用γ射线谱仪进行监测。
