核輻射探測器碩張分解

核輻射探測器碩張分解第1頁/共90頁核輻射探測器利用核輻射在氣體、液體或固體中引起的電離效應(yīng)、發(fā)光現(xiàn)象、物理或化學(xué)變化進行核輻射探測的元器件稱為核輻射探測器核輻射進入探測器靈敏體積后與探測介質(zhì)相互作用，探測器輸出能夠直接或間接的反映核輻射種類、強度、能量或核壽命等的信息常用的有三大類：氣體探測器、半導(dǎo)體探測器和閃爍探測器這三類探測器都是把核輻射轉(zhuǎn)變成為電信號，再由電信號處理設(shè)備進行分析和處理第2頁/共90頁探測器的三個關(guān)鍵點如果按照技術(shù)指標(biāo)和用途的差別來區(qū)分，三類探測器中每一類都有很多種。在此側(cè)重講述在學(xué)習(xí)這三類探測器時需要了解的三個方面：探測器把核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕奈锢磉^程探測器的輸出回路及其與探測器輸出電信號的關(guān)系探測器的主要技術(shù)指標(biāo)及其用途第3頁/共90頁核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕碾A段第一階段：入射的粒子射入探測器的靈敏體積，通過與探測器物質(zhì)的相互作用，轉(zhuǎn)變或產(chǎn)生出帶電粒子。第二階段：被電離或激發(fā)的原子，在探測器的外加電場中作定向移動，為探測器外部負載電路提供信號第4頁/共90頁探測器種類氣體探測器：電離室：脈沖電離室、電流電離室、累計電離室；正比計數(shù)器、G-M計數(shù)管；閃爍探測器：NaI（Tl）(碘化鈉（鉈激活））單晶γ譜儀；BGO（鍺酸鉍）探測器半導(dǎo)體探測器：金硅面壘半導(dǎo)體探測器、高純鍺（HPGe)探測器、鋰漂移硅探測器；其它探測器：原子核乳膠、固體徑跡探測器、氣泡室、火花放電室、多絲正比室、切倫科夫計數(shù)器、熱釋光探測器第5頁/共90頁氣體探測器第6頁/共90頁氣體探測器氣體探測器：一個內(nèi)部充有特定氣體、兩電極間（高壓極和收集極）加有電場的小室型探測器。氣體探測器是最早使用的核輻射探測器，盡管其他探測器發(fā)展很快，但是它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等優(yōu)點，至今仍被廣泛使用。常用的氣體探測器有電離室、正比計數(shù)管和蓋革-米勒計數(shù)管（Geiger-Müller，簡稱G-M）第7頁/共90頁工作概況氣體探測器通常是由高壓電極和收集電極組成，常見的是兩個同軸的圓柱形電極，電極間充氣體并外加一定的電壓。輻射使電極間的氣體電離，生成帶電粒子。帶電粒子在電場作用下向兩極漂移。隨著帶電粒子到兩極的距離發(fā)生變化，極板上的感生電荷數(shù)發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生電流信號。第8頁/共90頁氣體原子的電離和激發(fā)帶電粒子使氣體原子電離而形成電子和正離子對的現(xiàn)象叫做氣體的電離，電離出來的電子稱為次級電子帶電粒子直接產(chǎn)生的電離叫做原電離，次級電子產(chǎn)生的電離叫做次電離，原電離和次電離之和為總電離平均電離能W：帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一電子離子對所需的平均能量，對不同的氣體，W大約為30eV若入射粒子的能量為E0，當(dāng)其能量全部損失在氣體介質(zhì)中時，產(chǎn)生的平均離子對數(shù)為第9頁/共90頁激發(fā)和退激帶電粒子使氣體原子激發(fā)，在10-9s內(nèi)退激，釋放光子被激發(fā)原子的退激方式有：輻射光子---發(fā)射波長接近紫外光的光子，這些光子又可能在周圍介質(zhì)中打出光電子，或被某些氣體分子吸收而使分子離解發(fā)射俄歇電子第10頁/共90頁電子與離子在氣體中的運動無外加電場存在時，已產(chǎn)生的電子和正離子與氣體分子一樣，處于一種雜亂運動的狀態(tài)，同時存在著擴散，最終與氣體分子達到熱平衡狀態(tài)，已產(chǎn)生的離子對消失，不能形成電流。擴散：在氣體中電離粒子的密度是不均勻的，原電離處密度大。由于其密度梯度而造成的離子、電子的定向運動叫擴散。電子的平均自由程和雜亂運動的平均速度都比離子的大，因此其擴散系數(shù)比離子的大，因而電子的擴散效應(yīng)比離子的嚴(yán)重。第11頁/共90頁離子對的漂移

度甚至可增大一個量級。第12頁/共90頁離子對的漂移電子在氣體中的飄逸速度第13頁/共90頁吸附效應(yīng)分第14頁/共90頁復(fù)合效應(yīng)復(fù)合有兩個過程：電子與正離子，或負離子與正離子，相遇時可能復(fù)合成中性的原子或分子復(fù)合引起的離子對數(shù)目的損失率：為復(fù)合系數(shù)一旦形成了負離子，其運動速度遠小于電子，正離子與負離子的復(fù)合系數(shù)要比正離子與電子的復(fù)合系數(shù)大得多復(fù)合的結(jié)果是把許多有用信號給復(fù)合掉，使有用的信號減少。因此，復(fù)合現(xiàn)象在探測器正常工作中應(yīng)盡量避免第15頁/共90頁電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)正離子與中性的氣體分子碰撞時，正離子與分子中的一個電子結(jié)合成中性分子，中性氣體分子成為正離子電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)在混合氣體中比較明顯電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)可以減小離子的遷移率，降低離子的漂移速度復(fù)合效應(yīng)、電子吸附效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)等，都不利于電荷收集第16頁/共90頁離子對收集與外加電場的關(guān)系Ⅰ：復(fù)合區(qū)Ⅱ：飽和區(qū)（電離室工作區(qū)）Ⅲ：正比區(qū)（正比計數(shù)器工作區(qū)）Ⅳ：有限正比區(qū)Ⅴ：G-M工作區(qū)第17頁/共90頁外加電場與離子對收集的關(guān)系I區(qū)稱為復(fù)合區(qū)，工作電壓很低而存在電子-正離子的復(fù)合，隨電壓上升復(fù)合損失減少，電流趨于飽和。II區(qū)稱為飽和區(qū)或電離室區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)，生成的離子對電荷全部收集，輸出信號的大小反映了入射離子損失在計數(shù)器靈敏體積內(nèi)的能量。第18頁/共90頁外加電場與離子對收集的關(guān)系III區(qū)稱為正比區(qū)，由于碰撞電離的發(fā)生而產(chǎn)生氣體放大，離子對數(shù)將比原電離倍增10~104。氣體放大系數(shù)隨電壓而增大，但對一定電壓氣體放大系數(shù)保持恒定，總電荷量仍正比于原電離電荷量。IV區(qū)：有限正比區(qū)。由于氣體放大系數(shù)過大，空間電荷的影響越趨明顯，氣體放大系數(shù)與原電離有關(guān)，而且初始電離越大的入射離子影響越大，總離子對數(shù)不再與入射粒子能量成正比。這種狀態(tài)作為過渡而無實用價值。第19頁/共90頁外加電場與離子對收集的關(guān)系V區(qū)稱為蓋革區(qū)，隨電壓升高形成自持放電，此時總電離電荷與原電離無關(guān)，幾條曲線重合，這就是G-M管的工作區(qū)域。G-M管不能得到入射粒子的能量信息，另外死時間長，可達102μs，只能用于計數(shù)率不高的情況。壽命較短。當(dāng)電壓繼續(xù)升高，進入連續(xù)放電并有光產(chǎn)生，利用這一現(xiàn)象又發(fā)展了火花室、自猝熄流光管（SQS）等探測器第20頁/共90頁對于氣體探測器來說，從原理上講可以改變外加電壓的數(shù)值使其工作在不同區(qū)域，但實際上由于結(jié)構(gòu)已定，它只能適合于工作在某個區(qū)域。用兩只氣體探測器來比較，盡管一只是工作于正比區(qū)的正比計數(shù)器，而另一只是工作于G-M區(qū)的G-M計數(shù)器，這并不能斷定加到G-M計數(shù)器上的工作電壓一定比另一個要高，這是因為兩只氣體探測器的結(jié)構(gòu)不同第21頁/共90頁電離室(ionizationchamber)收集入射粒子在電離室中形成的全部離子對，外加電場使其既不產(chǎn)生復(fù)合也不發(fā)生氣體放大記錄單個入射粒子的電脈沖信號-脈沖電離室記錄大量粒子在單位時間內(nèi)的平均電離電流-電流電離室記錄一定時間內(nèi)大量入射粒子產(chǎn)生的總累積電荷量-累計電離室第22頁/共90頁電離室脈沖電離室記錄單個輻射粒子，主要用于測量重帶電粒子的能量和強度；按輸出回路的參量，脈沖電離室又可區(qū)分為離子脈沖電離室和電子脈沖電離室電流電離室、累計電離室記錄大量輻射粒子平均效應(yīng)，主要用于測量X，γ，β和中子的強度或通量、劑量或劑量率。它是劑量監(jiān)測和反應(yīng)堆控制的主要傳感元件。第23頁/共90頁電離室的基本結(jié)構(gòu)不同類型的電離室在結(jié)構(gòu)上基本相同典型結(jié)構(gòu)有平板型和圓柱型，均包括高壓極(K)：正高壓或負高壓；收集極(C)：與測量儀器相聯(lián)的電極，處于與地接近的電位；保護極(G)：又稱保護環(huán)，處于與收集極相同的電位；負載電阻(RL)：電流流過時形成電壓信號。第24頁/共90頁平板型電離室高壓極收集極保護極負載電阻外殼靈敏體積絕緣子V(t)第25頁/共90頁圓柱型電離室-V0V(t)第26頁/共90頁靈敏體積：由通過收集級邊緣的電力線所包圍的兩電極間的區(qū)域保護環(huán)G的作用：使靈敏體積邊緣處的電場保持均勻若無G，當(dāng)高壓很大時，會有電流通過絕緣子從負載電阻RL上通過，從而產(chǎn)生噪聲，即絕緣子的漏電流外殼的作用：需要保證氣體的成分和壓力，所以一般電離室均需要一個密封外殼將電極系統(tǒng)包起來第27頁/共90頁電離室的大小和形狀，室壁和電極的材料以及所充的氣體成分、壓強都要根據(jù)輻射的性質(zhì)、實驗的要求來確定。測量α粒子能量的電離室，須要足夠大的容積和氣壓，以便使α粒子的徑跡都落在靈敏區(qū)內(nèi)。對γ射線強度作相對測量時，為了提高靈敏度，室壁材料宜用高原子序數(shù)的金屬，其厚度略大于室壁中次級電子的射程。作絕對γ劑量測量時，須用與空氣或生物組織等價的材料作電極和室壁第28頁/共90頁電離室的工作機制第29頁/共90頁x第30頁/共90頁第31頁/共90頁第四步：當(dāng)正電荷快到達極板的前一瞬間，-q1全部由a極板經(jīng)外回路流到b極板，b極板上的感應(yīng)電荷：當(dāng)e+到達b極板，e+與b極板上的感應(yīng)電荷中和。外回路電流結(jié)束，流過外回路的總電荷量為：第32頁/共90頁引入負電荷第33頁/共90頁同一點引入正負電荷當(dāng)同時在同一位置引入一離子對，則在外回路流經(jīng)的電流：i(t)=i+(t)+i

–(t)流過外回路的總電荷量：△q++△q-

=e第34頁/共90頁只有當(dāng)空間電荷在極板間移動時，在外回路才有電流流過，此時i(t)=i+(t)+i–(t)，正、負電荷的感應(yīng)電流方向相同，在探測器內(nèi)部從陽極流向陰極。電荷漂移過程結(jié)束，外回路感應(yīng)電流消失。當(dāng)負電荷被收集后，外回路中就只有正電荷的感應(yīng)電流當(dāng)+e、e電荷在同一位置產(chǎn)生時，它們在極板上的感應(yīng)電荷量分別相同；+e、e電荷漂移結(jié)束，流過外回路的總電荷量為e；該電荷量與這一對電荷的產(chǎn)生位置無關(guān)。第35頁/共90頁當(dāng)入射粒子在探測器靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生N個離子對，它們均在外加電場作用下漂移，這時，產(chǎn)生的總電流信號是：當(dāng)N個離子對全部被收集時，流過外電路的總電荷量為第36頁/共90頁脈沖電離室脈沖電離用來記錄單個入射核輻射粒子。工作原理是一個帶電粒子進入脈沖電離室靈敏體積后，與氣體原子或分子相互作用，使氣體電離，產(chǎn)生的大量電子和正離子(稱為離子對)在電場作用下向電離室兩電極漂移，從而產(chǎn)生一個電流脈沖，在電離室的RC輸出電路上產(chǎn)生一個電壓脈沖測量單位時間進入電離室?guī)щ娏Ｗ訑?shù)目和能量第37頁/共90頁脈沖電離室假設(shè)入射離子在靈敏體積中產(chǎn)生N個離子對，并忽略擴散和復(fù)合的影響，而且在信號結(jié)束前，探測器靈敏體積內(nèi)不再有其它入射粒子產(chǎn)生電離電離室RC輸出電路上產(chǎn)生的最大電壓脈沖幅度為N0為入射帶電粒子在電離室靈敏體積內(nèi)直接使氣體電離產(chǎn)生的粒子對數(shù)；E為入射帶電粒子在電離室內(nèi)損失的能量；W為電離室內(nèi)所充氣體的平均電離能（產(chǎn)生一個離子對需要入射帶電粒子損失的能量）第38頁/共90頁脈沖電離室的輸出回路電離室結(jié)構(gòu)和輸出電路示意圖

等效電阻等效電容時間常數(shù)第39頁/共90頁脈沖電離室的輸出回路電離室結(jié)構(gòu)和輸出電路示意圖

離子脈沖電離室電子脈沖電離室T-—全部電子的收集時間T+—全部離子的收集時間ms量級μs量級第40頁/共90頁脈沖電離室的輸出回路離子脈沖電離室輸出脈沖較寬（因為正離子漂移速度慢），一般在10-3s量級，這使得它不能用來探測強度很強的放射源電子脈沖電離室脈沖寬度小，為10-6s量級滿足測量強得多的入射粒子流，但是對平板型電子脈沖電離室而言，輸出的脈沖幅度不僅取決于產(chǎn)生的離子對數(shù)，還與離子對產(chǎn)生的位置有關(guān)。需要采用特殊的設(shè)計來解決（圓柱形電子脈沖電離室與屏柵電離室）第41頁/共90頁圓柱形電子脈沖電離室電位分布：電壓脈沖幅度：第42頁/共90頁屏柵電離室G：柵極入射帶電離子+-柵極對電子透明輸出電壓脈沖幅度第43頁/共90頁脈沖電離室輸出信號的測量脈沖電離室的輸出信號所包含的信息入射帶電粒子的數(shù)量：通過對輸出脈沖數(shù)進行測量入射帶電粒子的能量：通過對輸出電壓信號的幅度進行測量確定入射粒子間的時間關(guān)系：通過對輸出電壓信號的時間進行測量第44頁/共90頁脈沖電離室的性能脈沖幅度譜與能量分辨率脈沖電離室常用來測量帶電粒子的能量：對單能帶電粒子，若其全部能量都損耗在靈敏體積內(nèi)，則脈沖電離室輸出電壓脈沖的幅度反映了單個入射帶電粒子能量的大小第45頁/共90頁能量分辨率第46頁/共90頁多道測量的脈沖幅度譜能量分辨率：半高寬度

能量分辨率反映了譜儀對不同入射粒子能量的分辨能力。E1E2E2E1E2E1E1E2E3E1>

E2>E3第47頁/共90頁電離室的飽和特性曲線脈沖幅度h與電離室工作電壓V0的關(guān)系影響因素：離子和電子的復(fù)合或擴散效應(yīng)飽和特性曲線形成的物理過程：飽和區(qū)斜率的原因：工作電壓的升高使靈敏體積增加及負離子的釋放V0hV1飽和電壓N0第48頁/共90頁探測效率第49頁/共90頁電流電離室

通過測定單位時間內(nèi)入射核輻射粒子在電離室內(nèi)產(chǎn)生的平均電離電流來探測核輻射若單位時間入射的粒子數(shù)為nλ，每個粒子在電離室內(nèi)平均的能量損失為E，則電流電離室輸出的平均電流為角標(biāo)“飽和”的意義是因為電離室電極間加的電場不足以引起氣體放大，但能把核輻射在靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生的電子和正離子全部收集，達到最大電荷收集數(shù)N0，外加電壓增加，收集的電荷數(shù)不再增加，即電離室輸出的I不再增加達到飽和。第50頁/共90頁電流電離室的應(yīng)用測量γ射線（或X射線）照射量測量吸收劑量吸收劑量定義為在給定物質(zhì)中由電離輻射傳遞單位質(zhì)量物質(zhì)的平均能量測量放射性氣體第51頁/共90頁正比計數(shù)器第52頁/共90頁正比計數(shù)器正比區(qū)第53頁/共90頁正比計數(shù)器

氣體探測器工作于正比區(qū)時，在離子收集的過程中將出現(xiàn)氣體放大現(xiàn)象，即被加速的原電離電子在電離碰撞中逐次倍增而形成電子的雪崩。于是，在收集電極上感生的脈沖幅度

將是原電離感生的脈沖幅度的M倍，即處于這種工作狀態(tài)下的氣體探測器就是正比計數(shù)器。第54頁/共90頁正比計數(shù)器1氣體放大機制

設(shè)圓柱形計數(shù)管的陽極半徑為a，電位為Vc；陰極半徑為b，電位為Vk；外加工作電壓

，則沿著徑向位置為r的電場強度

為:第55頁/共90頁強電場下氣體放電雪崩電子在氣體中的電離碰撞過程，發(fā)生雪崩的閾值電場：ET~106V/m氣體放大非自持放電：雪崩從產(chǎn)生到結(jié)束，只發(fā)生一次自持雪崩：通過光子的作用和二次電子發(fā)射，雪崩持續(xù)發(fā)展，也叫自持放電第56頁/共90頁正比計數(shù)器(ProportionalCounter）

正比計數(shù)器中，利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)放大了，使得正比計數(shù)器的輸出信號幅度比脈沖電離室顯著增大。對直接電離效應(yīng)放大的倍數(shù)稱為“氣體放大倍數(shù)”，以M表示，在一定的工作條件下，M保持為常數(shù)。正比計數(shù)器屬于非自持放電的氣體電離探測器第57頁/共90頁工作原理

結(jié)構(gòu)上必須滿足實現(xiàn)碰撞電離的需要，而在強電場下才能實現(xiàn)碰撞電離在一個大氣壓下，電子在氣體中的自由程約10-3～10-4cm，氣體的電離電位～20eV。要使電子在一個自由程就達到電離電位，場強須>104V/cm為達到這一要求，一般采用非均勻電場，以圓柱型為主第58頁/共90頁工作原理中心陽極的電位相對于陰極為正電位，當(dāng)核輻射進入正比計數(shù)管靈敏體積后，使氣體電離產(chǎn)生電子和正離子（稱為初電離）電離電子在向中心電極漂移過程中不斷從電場獲得能量，當(dāng)其能量足夠使氣體電離時，產(chǎn)生新的離子對（稱為次電離）第59頁/共90頁次電離電子在向中心陽極漂移過程中又被加速再使氣體電離，產(chǎn)生更多的離子對。電子越接近陽極，電離氣體的概率越大，于是離子對不斷的增殖，這就是氣體放大，也稱為電子雪崩脈沖電壓近似與入射粒子能量成正比第60頁/共90頁正比計數(shù)器正比計數(shù)管一般為圓柱形結(jié)構(gòu)，和圓柱形電離室一樣，其靈敏體積距中心r處的電場為：a和b分別是中心陽極和圓筒形陰極的半徑；V0為兩電極間所加電壓（稱為工作電壓）放大倍數(shù)M＝N/N0M的大小決定于氣體性質(zhì)、壓強、工作電壓和電極半徑。第61頁/共90頁在r＝b時場強最小，r＝a時場強最大定義:VT稱為正比計數(shù)器的起始電壓(閾壓).對于一個確定的正比計數(shù)器，只有當(dāng)工作電壓V>VT

時，才工作于正比計數(shù)器工作區(qū)，否則工作于電離室區(qū)第62頁/共90頁當(dāng)V0>VT

時，僅在r0～a

區(qū)間內(nèi)發(fā)生碰撞電離

一般r0很小，和a是同一量級，這樣入射粒子在r0內(nèi)產(chǎn)生電離的可能性很小，可以忽略。因此，在不同位置射入的入射粒子所產(chǎn)生的電離效應(yīng)在正比計數(shù)器中都經(jīng)受同樣的氣體放大過程，都有同一個氣體放大倍數(shù)。正比計數(shù)器輸出信號主要由正離子漂移貢獻第63頁/共90頁碰撞電離與氣體放大碰撞電離只有電子才能實現(xiàn)。當(dāng)電子到達距絲極一定距離r0

之后，由于電場很強，電子在平均自由程上獲得的能量足以與氣體分子發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生新離子對。而且新的電子又被加速再次產(chǎn)生電離碰撞。漂移電子越接近陽極，電離碰撞概率越大。于是，電子的數(shù)目不斷增殖，這個過程稱為氣體放大過程，又稱電子雪崩(electronavalanche)第64頁/共90頁氣體放大過程中正離子的作用離子漂移速度慢，在電子漂移、碰撞電離等過程中，可以認為正離子基本沒動，形成空間電荷，處于陽極絲附近，會影響附近區(qū)域的電場，使電場強度變?nèi)?，影響電子雪崩過程的進行正離子漂移到達陰極，與陰極表面的感應(yīng)電荷中和時有一定概率產(chǎn)生次電子，發(fā)生新的電子雪崩過程，稱為離子反饋；也可以通過加入少量多原子分子氣體阻斷離子反饋第65頁/共90頁氣體放大過程中的光子作用——光子反饋第66頁/共90頁光子反饋的影響光子反饋的過程(10-9s)遠快于電子的漂移過程(10-6s)，對信號的形成而言，在時間上是同時事件加入少量的多原子分子氣體M，它可以強烈吸收氣體分子退激所發(fā)出的紫外光子而處于激發(fā)態(tài)M*，它不再發(fā)出光子而是分解為幾個小分子(超前分解)退激。這樣可以阻止紫外光子打到陰極而減小光子反饋在正比計數(shù)器中，光子反饋和正離子反饋的作用極微弱，因此，經(jīng)一次雪崩以后增殖過程即行終止，且雪崩只限于局部的區(qū)域，對一個初始電子僅展寬200m左右第67頁/共90頁優(yōu)點脈沖幅度較大；靈敏度較高；脈沖幅度幾乎與原電離的地點無關(guān)；價格便宜，使用條件不苛刻缺點脈沖幅度隨工作電壓變化較大，且容易受外來電磁干擾，因此，對電源的穩(wěn)定度要求也較高（≤0.1%）第68頁/共90頁常用的正比計數(shù)器流氣式4π正比計數(shù)器低能X射線正比計數(shù)器三氟化硼（BF3）正比計數(shù)器球形含氫正比計數(shù)器流氣式4π正比計數(shù)器無窗流氣式2π正比計數(shù)器第69頁/共90頁G-M計數(shù)管第70頁/共90頁正比計數(shù)器G-M區(qū)第71頁/共90頁G-M計數(shù)管蓋革-米勒(Geiger-Müller)計數(shù)管，簡稱G-M管。由蓋革(Geiger)和彌勒(Mueller)發(fā)明的一種利用自持放電的氣體電離探測器通常是一個充氣的圓柱形管，管內(nèi)裝設(shè)一圓筒式金屬陰極和一根位于中心的細絲作陽極。根據(jù)外形主要可分為鐘罩型（或稱端窗式）和圓柱型。根據(jù)所充氣體又分為

有機管和鹵素管。第72頁/共90頁G-M計數(shù)管靈敏度高，輸出脈沖幅度大，可以不經(jīng)放大而直接記錄，使用方便。對帶電粒子如α和β粒子的探測效率幾乎可達到100%，但對γ射線的探測效率較低，只有1%左右。在一定電壓下，其輸出脈沖幅度對不同能量、不同種類的射線均相同，不能直接用以鑒別射線的種類和測定能量的大小第73頁/共90頁工作原理入射核輻射在G-M計數(shù)管靈敏體積內(nèi)只要產(chǎn)生一對以上的初電離（即N0≥1），則初電離電子在電場作用下向中心陽極漂移過程中，除了有正比計數(shù)管類似的次電離引起的電子雪崩（稱為湯姆遜雪崩）以外，電子在向陽極漂移過程中還會使許多氣體分子或原子激發(fā)。處于激發(fā)態(tài)的分子或原子退激發(fā)射波長在可見光或紫外光區(qū)的光子，光子與氣體或陰極發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子，這些光電子在電場作用下也向陽極漂移，并至少會再能觸發(fā)一個新的次級雪崩。第74頁/共90頁正離子鞘由于受激分子或原子退激可以向各個方向發(fā)射光子，因此氣體放大不像正比計數(shù)管那樣只局限在初電離那一側(cè)的局部區(qū)域發(fā)生，而是在整個G-M計數(shù)管內(nèi)發(fā)生。不管初電離發(fā)生在管內(nèi)何處，雪崩放電都會逐漸包圍整個陽極絲。在陽極絲附近的大量電子很快漂移到陽極而留下大量的正離子包圍著陽極絲，形成一個“正離子鞘”。第75頁/共90頁輸出信號正離子鞘使G-M計數(shù)管中心陽極周圍的電場強度減弱，以至于抑制電子增殖，最終使雪崩放電結(jié)束，電子完全被收集，“電子電流”消失。放電結(jié)束后，正離子鞘向陰極漂移過程：形成“離子電流”，是形成輸出脈沖的主要貢獻，G-M計數(shù)管輸出一個電脈沖。正離子在陰極表面的電荷中和過程G-M計數(shù)管內(nèi)每次放電都以管內(nèi)產(chǎn)生大致相同的總電荷數(shù)而結(jié)束，所以G-M計數(shù)管輸出的脈沖幅度都是相同的。G-M管僅能用來記錄入射粒子的數(shù)目，不能用于測量入射粒子的能量。第76頁/共90頁G-M管主要有圓柱型和鐘罩型兩種。圓柱型主要用于射線測量，而鐘罩型由于有入射窗，主要用于，射線的測量GM管的性能由計數(shù)管

的絲極a，陰極與絲極

之比b/a、工作氣體的

組成與壓力等因素決

定第77頁/共90頁探測效率對用于帶電粒子探測的鐘罩型GM管，只要入射粒子進入靈敏體積，其探測效率可接近100％對用于探測射線的圓柱型GM管，僅當(dāng)次電子進入靈敏體積才能引起計數(shù)，其探測效率僅～1％第78頁/共90頁G-M管工作特性-坪特性曲線第79頁/共90頁G-M管工作特性-坪特性曲線坪特性曲線——入射粒子流強度一定的條件下，計數(shù)率隨工作電壓的變化關(guān)系坪特性曲線可用三個指標(biāo)衡量坪起始電壓——VA坪長

——VB－VA坪斜

——第80頁/共90頁坪區(qū)當(dāng)工作電壓加到一定數(shù)值后，核輻射產(chǎn)生的脈沖大部分超過閾電平的幅度，噪聲也只有極少超過閾電平，此時被記錄的脈沖數(shù)目基本趨于飽和