Bu dedektörlerin çalışması aşağıdakileri prensipleri içerir:
• Fotoelektrik soğurma, Compton saçılması veya çift oluşumuyla foton enerjisinin elektronların (ve pozitronların) kinetik enerjisine dönüşümü.
• Bu elektronlarla, uyarılmış moleküler seviyelerin, elektron-delik çiftlerinin veya elektron iyon çiftlerinin oluşumu.
• Moleküler seviyelerin deekzitasyonu ile yayılan ışığın veya yük
• Bir kaynaktan yayılan bir foton spektrumu genellikle her biri tek enerjili olan foton grupları tarafından oluşturulur. Bir dedektör böyle bir çizgi spektrumunu, çizgi ve sürekli bileşenlerin bir birleşimine dönüştürür.
Çizgiler gözlenebildikçe, dedektörler orijinal fotonların şiddetlerini ve enerjilerini tayin etmede kullanılabilir.
• Tek enerjili fotonlar için çizgiler veya pikler üretmede dedektörün kabiliyeti pik verimi ve pik genişliğiyle karakterize edilir.
• Genişlik genellikle keV biriminde FWHM olarak tanımlanır. Aynı zamanda rezolüsyon (ayırma gücü) olarak ta adlandırılır.
• Dedektörün pik verimi, tüm foton enerjisinin soğurulmasına uygun pikteki (yani tam-enerji pikinde) sayımların sayısının kaynaktan yayılan o enerjideki fotonların sayısına oranıdır.
• Hem pik genişliği hem de pik verimi foton enerjisinin fonksiyonudur.
• Foton enerjisinin elektronların veya pozitronların kinetik enerjisine dönüşümünde dedektör materyalinin yoğunluğu, atom numarası ve hacmi önemlidir. Eğer materyal düşük yoğunluk, düşük Z ve küçük hacimde ise, etkileşme yapacak olan fotonun ihtimaliyeti düşük olacak ve eğer bir etkileşme oluşursa dedektörde tutulan tüm foton enerjisinin ihtimaliyeti de düşük olacaktır. Bundan dolayı bir çizgi spektrumu ölçmek için böyle bir dedektörün kullanımı düşük enerjili fotonlarla sınırlandırılabilir. Yüksek enerjili fotonlar için, tek enerjili çizgiler kaybolabilir ve yalnız bir kontinyum gözlenir. Yani, böyle bir dedektör mevcut fotonların sayısını saymak için kullanılabilir. Fakat bir enerji spektrumu ölçmede sınırlı kalacaktır.
• İyonizasyon odası olarak tanımlanan bir gazlı sayıcı, elektrik alan uygulanmış bir gaz hacminden oluşur. Genellikle gaz hacmi, yüzeyin dışında olan bir elektrotla ve silindir ekseni boyunca olan diğer bir telle silindiriktir. Tipik dedektör çapı 2 veya 3 cm ve dedektör gazı metan veya argon-metan karışımı olabilir. Böylece bu dedektörler düşük yoğunluklu materyallerden oluşur ve makul bir küçük kalınlığa sahiptir. Bunun anlamı, onların fotonları saymak için düşük verime sahip olduğu ve orta bir foton enerjisinde (örneğin 200 keV) spektrumda çizgi bileşenlerini oluşturmada ve tüm foton enerjisini soğurmada ihtimaliyetlerinin çok düşük olduğudur. Bununla birlikte bu sistemler için özel ve kantitatif kullanımlar vardır.
Eğer aynı çekirdeğin iki kaynağının aktivitesini kıyaslama istenirse, bu dedektörlerin bazı biçimleriyle bu iş doğru olarak yapılabilir.
• Gaz dedektörlerine kıyasla NaI(Tl) sintilasyon dedektörleri yüksek yoğunluktaki yüksek Z’li materyallerden oluşur ve genellikle büyük bir kalınlığa sahiptir (tipik olarak 8 cm). Yani bunların fotonları dedekte etme ve tüm foton enerjisini soğurma ihtimaliyetleri daha yüksektir. Gerçekte bu dedektörler birkaç MeV enerjilerde oldukça kullanışlıdır.
• Si ve Ge yarıiletken dedektörleri, NaI(Tl) dedektörleri gibi gaz dedektörleri üzerinde bazı avantajlara sahiptir. Fakat onlar NaI(Tl) dedektörlerinin iyodundan daha düşük Z’ye sahiptirler ve boyut olarak ta küçüktürler. Bundan dolayı NaI(Tl) dedektörlerine kıyasla bazı dezavantajlara sahiptirler. Si ve Ge dedektörlerinin kendi aralarında Ge, hem daha yüksek Z hem de Silisyumunkinin karesi kadar daha fazla yoğunluğa sahip olduğundan daha fazla avantaja sahiptir.
• Işıktan ziyade yükün toplandığı bu dedektörler için en önemli nicelik kaç tane elektron-delik çifti veya yük taşıyıcısının oluşacağıdır. Bu işlemde istatistiksel değişimler olabilecektir. Öyle ki oluşan çiftlerin sayısı ne kadar büyükse bu değişim daha sabit olacaktır. Yani tek enerjili radyasyondan gelen çizgilerin genişliği daha dar olacaktır.
• Yarıiletken dedektörler esasen katıhal iyonizasyon odaları olduğundan, gazlı sayıcılar ve yarıiletken dedektörler direk olarak kıyaslanabilir. Bunlar arasındaki en büyük fark, bir yük taşıyıcı çifti oluşturmak için gerekli ortalama enerjidedir.
• Gazlı dedektörler için bu yaklaşık 30 eV, yarıiletken dedektörler için ise yaklaşık 3 eV’dur. Bu değerlerden yarıiletken dedektörlerde oluşan spektrumların çok daha az istatistiksel genişlemeyle piklere sahip olacağı söylenebilir. Diğer taraftan NaI(Tl) dedektörlerinin çalışması yükten ziyade ışığın toplanmasına bağlı olduğundan direk olarak kıyaslanmayabilir.
Fakat bir ışık fotonu üretmek için gerekli ortalama enerji yaklaşık 100 eV’dur.
• Yük taşıyıcıları veya ışığın ölçümü ve toplanması için önemli özellikler, dedektör tipine bağlı olacaktır ve dedektör materyalinin kalitesinin önemli olacağı hariç genelleştirilmez. Aslında her bir dedektör tipinin gelişimi yüksek kaliteli dedektör materyalinin üretiminde metotların gelişmesini gerektirir.
Dedektör tipleri arasında kıyaslanabilen diğer özellikler vardır fakat onlar daha az sayıdadır. Böyle bir özellik background radyasyonundan olan sayma oranı olabilir. Aynı zamanda dedektör siteminin maliyeti ve onun işlem kolaylığı da kıyaslanabilir.
• Silisyum veya germanyum gibi yarıiletken malzemelerin bir tek kristalinde belirgin şekilde tanımlanan atomik elektron durumları, bir bütün olarak kristalin karakteristiği olan enerji bantlarına genişletilebilir.
• Uyarmanın yokluğunda, dış elektronlar valans bandı olarak adlandırılan bir enerji bandına bağlıdırlar. Sonraki daha yüksek durum, bant aralığı olarak bilinen bir enerjiyle valans bandından ayrılan iletim bandına bağlıdır.