核輻射探測(cè)器碩張.ppt

1、核輻射探測(cè)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(jìn)行核輻射探測(cè)的元器件稱(chēng)為核輻射探測(cè)器 核輻射進(jìn)入探測(cè)器靈敏體積后與探測(cè)介質(zhì)相互作用，探測(cè)器輸出能夠直接或間接的反映核輻射種類(lèi)、強(qiáng)度、能量或核壽命等的信息 常用的有三大類(lèi)：氣體探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器 這三類(lèi)探測(cè)器都是把核輻射轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，再由電信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行分析和處理,探測(cè)器的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),如果按照技術(shù)指標(biāo)和用途的差別來(lái)區(qū)分，三類(lèi)探測(cè)器中每一類(lèi)都有很多種。在此側(cè)重講述在學(xué)習(xí)這三類(lèi)探測(cè)器時(shí)需要了解的三個(gè)方面： 探測(cè)器把核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理過(guò)程 探測(cè)器的輸出回路及其與探測(cè)器輸出電信號(hào)的關(guān)系 探測(cè)器的

2、主要技術(shù)指標(biāo)及其用途,核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的階段,第一階段：入射的粒子射入探測(cè)器的靈敏體積，通過(guò)與探測(cè)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(cè)器的外加電場(chǎng)中作定向移動(dòng)，為探測(cè)器外部負(fù)載電路提供信號(hào),探測(cè)器種類(lèi),氣體探測(cè)器： 電離室：脈沖電離室、電流電離室、累計(jì)電離室； 正比計(jì)數(shù)器、G-M計(jì)數(shù)管； 閃爍探測(cè)器： NaI（Tl）(碘化鈉（鉈激活）單晶譜儀；BGO（鍺酸鉍）探測(cè)器 半導(dǎo)體探測(cè)器： 金硅面壘半導(dǎo)體探測(cè)器、高純鍺（HPGe)探測(cè)器、鋰漂移硅探測(cè)器； 其它探測(cè)器：原子核乳膠、固體徑跡探測(cè)器、氣泡室、火花放電室、多絲正比室、切倫科夫計(jì)數(shù)器、熱釋光探測(cè)器,

3、氣體探測(cè)器,氣體探測(cè)器,氣體探測(cè)器：一個(gè)內(nèi)部充有特定氣體、兩電極間（高壓極和收集極）加有電場(chǎng)的小室型探測(cè)器。 氣體探測(cè)器是最早使用的核輻射探測(cè)器，盡管其他探測(cè)器發(fā)展很快，但是它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，至今仍被廣泛使用。 常用的氣體探測(cè)器有電離室、正比計(jì)數(shù)管和蓋革-米勒計(jì)數(shù)管（Geiger-Mller，簡(jiǎn)稱(chēng)G-M）,工作概況,氣體探測(cè)器通常是由高壓電極和收集電極組成，常見(jiàn)的是兩個(gè)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(chǎng)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(hào)。,氣體原

4、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(duì)的現(xiàn)象叫做氣體的電離，電離出來(lái)的電子稱(chēng)為次級(jí)電子 帶電粒子直接產(chǎn)生的電離叫做原電離，次級(jí)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(duì)所需的平均能量，對(duì)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(shí)，產(chǎn)生的平均離子對(duì)數(shù)為,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(zhǎng)接近紫外光的光子，這些光子又可能在周?chē)橘|(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,電子與離子在

5、氣體中的運(yùn)動(dòng),無(wú)外加電場(chǎng)存在時(shí)，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(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，同時(shí)存在著擴(kuò)散，最終與氣體分子達(dá)到熱平衡狀態(tài)，已產(chǎn)生的離子對(duì)消失，不能形成電流。 擴(kuò)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(yùn)動(dòng)叫擴(kuò)散。 電子的平均自由程和雜亂運(yùn)動(dòng)的平均速度都比離子的大，因此其擴(kuò)散系數(shù)比離子的大，因而電子的擴(kuò)散效應(yīng)比離子的嚴(yán)重。,離子對(duì)的漂移,度甚至可增大一個(gè)量級(jí)。,離子對(duì)的漂移,電子在氣體中的飄逸速度,吸附效應(yīng),分,復(fù)合效應(yīng),復(fù)合有兩個(gè)過(guò)程：電子與正離子，或負(fù)離子與正離子，相遇時(shí)可能復(fù)合成中性的原子或分子 復(fù)合引起的離子對(duì)數(shù)目的損失

6、率：為復(fù)合系數(shù) 一旦形成了負(fù)離子，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于電子，正離子與負(fù)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(hào)給復(fù)合掉，使有用的信號(hào)減少。因此，復(fù)合現(xiàn)象在探測(cè)器正常工作中應(yīng)盡量避免,電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng),正離子與中性的氣體分子碰撞時(shí)，正離子與分子中的一個(gè)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,離子對(duì)收集與外加電場(chǎng)的關(guān)系,：復(fù)合區(qū) ：飽和區(qū)（電離室工作區(qū)） ：正比區(qū)（正比計(jì)數(shù)器工作區(qū)） ：有限正比區(qū) ：G-M工作區(qū),外加電場(chǎng)與

7、離子對(duì)收集的關(guān)系,I區(qū)稱(chēng)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(chēng)為飽和區(qū)或電離室區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，生成的離子對(duì)電荷全部收集，輸出信號(hào)的大小反映了入射離子損失在計(jì)數(shù)器靈敏體積內(nèi)的能量。,外加電場(chǎng)與離子對(duì)收集的關(guān)系,III區(qū)稱(chēng)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(duì)數(shù)將比原電離倍增10104。氣體放大系數(shù)隨電壓而增大，但對(duì)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(guò)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(duì)數(shù)不再與入射粒子

8、能量成正比。這種狀態(tài)作為過(guò)渡而無(wú)實(shí)用價(jià)值。,外加電場(chǎng)與離子對(duì)收集的關(guān)系,V區(qū)稱(chēng)為蓋革區(qū)，隨電壓升高形成自持放電，此時(shí)總電離電荷與原電離無(wú)關(guān)，幾條曲線(xiàn)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(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)102s，只能用于計(jì)數(shù)率不高的情況。壽命較短。 當(dāng)電壓繼續(xù)升高，進(jìn)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(cè)器,對(duì)于氣體探測(cè)器來(lái)說(shuō)，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(shí)際上由于結(jié)構(gòu)已定，它只能適合于工作在某個(gè)區(qū)域。 用兩只氣體探測(cè)器來(lái)比較，盡管一只是工作于正比區(qū)的正比計(jì)數(shù)器，而另一只是工作于G-M區(qū)的G-M

9、計(jì)數(shù)器，這并不能斷定加到G-M計(jì)數(shù)器上的工作電壓一定比另一個(gè)要高，這是因?yàn)閮芍粴怏w探測(cè)器的結(jié)構(gòu)不同,電離室(ionization chamber),收集入射粒子在電離室中形成的全部離子對(duì)，外加電場(chǎng)使其既不產(chǎn)生復(fù)合也不發(fā)生氣體放大 記錄單個(gè)入射粒子的電脈沖信號(hào)-脈沖電離室 記錄大量粒子在單位時(shí)間內(nèi)的平均電離電流-電流電離室 記錄一定時(shí)間內(nèi)大量入射粒子產(chǎn)生的總累積電荷量-累計(jì)電離室,電離室,脈沖電離室 記錄單個(gè)輻射粒子，主要用于測(cè)量重帶電粒子的能量和強(qiáng)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(jì)電離室 記錄大量輻射粒子平均效應(yīng)，主要用于測(cè)量X，和中子

10、的強(qiáng)度或通量、劑量或劑量率 。它是劑量監(jiān)測(cè)和反應(yīng)堆控制的主要傳感元件。,電離室的基本結(jié)構(gòu),不同類(lèi)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(fù)高壓； 收集極(C)：與測(cè)量?jī)x器相聯(lián)的電極，處于與地接近的電位； 保護(hù)極(G)：又稱(chēng)保護(hù)環(huán)，處于與收集極相同的電位； 負(fù)載電阻(RL)：電流流過(guò)時(shí)形成電壓信號(hào)。,平板型電離室,高壓極,收集極,保護(hù)極,負(fù)載電阻,外殼,靈敏體積,絕緣子,V(t),圓柱型電離室,靈敏體積：由通過(guò)收集級(jí)邊緣的電力線(xiàn)所包圍的兩電極間的區(qū)域 保護(hù)環(huán)G的作用： 使靈敏體積邊緣處的電場(chǎng)保持均勻 若無(wú)G，當(dāng)高壓很大時(shí)，會(huì)有電流通過(guò)絕緣子從負(fù)載電阻R

11、L上通過(guò)，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(gè)密封外殼將電極系統(tǒng)包起來(lái),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(qiáng)都要根據(jù)輻射的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)的要求來(lái)確定。 測(cè)量粒子能量的電離室，須要足夠大的容積和氣壓，以便使粒子的徑跡都落在靈敏區(qū)內(nèi)。 對(duì)射線(xiàn)強(qiáng)度作相對(duì)測(cè)量時(shí)，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(jí)電子的射程。作絕對(duì)劑量測(cè)量時(shí)，須用與空氣或生物組織等價(jià)的材料作電極和室壁,電離室的工作機(jī)制,x,第四步：當(dāng)正電荷快到達(dá)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)

12、e+到達(dá)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(guò)外回路的總電荷量為：,引入負(fù)電荷,同一點(diǎn)引入正負(fù)電荷,當(dāng)同時(shí)在同一位置引入一離子對(duì)，則在外回路流經(jīng)的電流：i(t)= i+(t)+ i (t) 流過(guò)外回路的總電荷量：q+ +q- = e,只有當(dāng)空間電荷在極板間移動(dòng)時(shí)，在外回路才有電流流過(guò)，此時(shí)i(t)= i+(t)+i (t)，正、負(fù)電荷的感應(yīng)電流方向相同，在探測(cè)器內(nèi)部從陽(yáng)極流向陰極。電荷漂移過(guò)程結(jié)束，外回路感應(yīng)電流消失。當(dāng)負(fù)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(shí)，它們?cè)跇O板上的感應(yīng)電荷量分別相同；+e、e電荷漂移結(jié)束，流過(guò)外回路的總電荷量

13、為e；該電荷量與這一對(duì)電荷的產(chǎn)生位置無(wú)關(guān)。,當(dāng)入射粒子在探測(cè)器靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生N個(gè)離子對(duì)，它們均在外加電場(chǎng)作用下漂移，這時(shí)，產(chǎn)生的總電流信號(hào)是： 當(dāng)N個(gè)離子對(duì)全部被收集時(shí)，流過(guò)外電路的總電荷量為,脈沖電離室,脈沖電離用來(lái)記錄單個(gè)入射核輻射粒子。 工作原理是一個(gè)帶電粒子進(jìn)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(chēng)為離子對(duì))在電場(chǎng)作用下向電離室兩電極漂移，從而產(chǎn)生一個(gè)電流脈沖，在電離室的RC輸出電路上產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖 測(cè)量單位時(shí)間進(jìn)入電離室?guī)щ娏Ｗ訑?shù)目和能量,脈沖電離室,假設(shè)入射離子在靈敏體積中產(chǎn)生N 個(gè)離子對(duì)，并忽略擴(kuò)散和復(fù)合的影響，而且在信號(hào)結(jié)束前，

14、探測(cè)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(duì)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(gè)離子對(duì)需要入射帶電粒子損失的能量）,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(shí)間常數(shù),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(shí)間,T+全部離子的收集時(shí)間,ms量級(jí),s量級(jí),脈沖電離室的輸出回路,離子脈沖電離室輸出脈沖較寬（因?yàn)檎x子漂移速度慢），一般在10-3s量級(jí)，這使

15、得它不能用來(lái)探測(cè)強(qiáng)度很強(qiáng)的放射源 電子脈沖電離室脈沖寬度小，為10-6s量級(jí)滿(mǎn)足測(cè)量強(qiáng)得多的入射粒子流，但是對(duì)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(duì)數(shù)，還與離子對(duì)產(chǎn)生的位置有關(guān)。需要采用特殊的設(shè)計(jì)來(lái)解決（圓柱形電子脈沖電離室與屏柵電離室）,圓柱形電子脈沖電離室,電位分布：,電壓脈沖幅度：,屏柵電離室,G：柵極,入射帶電離子,+,-,柵極對(duì)電子透明,輸出電壓脈沖幅度,脈沖電離室輸出信號(hào)的測(cè)量,脈沖電離室的輸出信號(hào)所包含的信息 入射帶電粒子的數(shù)量：通過(guò)對(duì)輸出脈沖數(shù)進(jìn)行測(cè)量 入射帶電粒子的能量：通過(guò)對(duì)輸出電壓信號(hào)的幅度進(jìn)行測(cè)量 確定入射粒子間的時(shí)間關(guān)系：通過(guò)對(duì)輸出電壓信號(hào)的時(shí)

16、間進(jìn)行測(cè)量,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(lái)測(cè)量帶電粒子的能量：對(duì)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(gè)入射帶電粒子能量的大小,能量分辨率,多道測(cè)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(duì)不同入射粒子能量的分辨能力。,E1,E2,E2,E1,E2,E1,E1,E2,E3,E1 E2 E3,電離室的飽和特性曲線(xiàn),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(kuò)散效應(yīng) 飽和特性曲線(xiàn)形成的物理過(guò)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(fù)離子的釋放,探測(cè)效率,電流電離室,通過(guò)

17、測(cè)定單位時(shí)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(lái)探測(cè)核輻射 若單位時(shí)間入射的粒子數(shù)為n，每個(gè)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?yàn)殡婋x室電極間加的電場(chǎng)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(dá)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(dá)到飽和。,電流電離室的應(yīng)用,測(cè)量射線(xiàn)（或X射線(xiàn)）照射量 測(cè)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(cè)量放射性氣體,正比計(jì)數(shù)器,正比計(jì)數(shù)器,正比區(qū),正比計(jì)數(shù)器,氣體探測(cè)器工作于正比區(qū)時(shí)，在離子收集的

18、過(guò)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(cè)器就是正比計(jì)數(shù)器。,正比計(jì)數(shù)器,1 氣體放大機(jī)制,設(shè)圓柱形計(jì)數(shù)管的陽(yáng)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(chǎng)強(qiáng)度 為:,強(qiáng)電場(chǎng)下氣體放電,雪崩 電子在氣體中的電離碰撞過(guò)程，發(fā)生雪崩的閾值電場(chǎng)：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(guò)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,正比計(jì)數(shù)器(Proporti

19、onal Counter）,正比計(jì)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(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)幅度比脈沖電離室顯著增大。 對(duì)直接電離效應(yīng)放大的倍數(shù)稱(chēng)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(jì)數(shù)器屬于非自持放電的氣體電離探測(cè)器,工作原理,結(jié)構(gòu)上必須滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)碰撞電離的需要，而在強(qiáng)電場(chǎng)下才能實(shí)現(xiàn)碰撞電離 在一個(gè)大氣壓下，電子在氣體中的自由程約 10-310-4cm，氣體的電離電位20eV。要使電子在一個(gè)自由程就達(dá)到電離電位，場(chǎng)強(qiáng)須104V/cm 為達(dá)到這一要求，一般采用非均勻電場(chǎng)，以圓柱型為主,工作原理,中心陽(yáng)極的電位相對(duì)于陰極為正電位，當(dāng)核輻射進(jìn)入

20、正比計(jì)數(shù)管靈敏體積后，使氣體電離產(chǎn)生電子和正離子（稱(chēng)為初電離） 電離電子在向中心電極漂移過(guò)程中不斷從電場(chǎng)獲得能量，當(dāng)其能量足夠使氣體電離時(shí)，產(chǎn)生新的離子對(duì)（稱(chēng)為次電離）,次電離電子在向中心陽(yáng)極漂移過(guò)程中又被加速再使氣體電離，產(chǎn)生更多的離子對(duì)。電子越接近陽(yáng)極，電離氣體的概率越大，于是離子對(duì)不斷的增殖，這就是氣體放大，也稱(chēng)為電子雪崩 脈沖電壓近似與入射粒子能量成正比,正比計(jì)數(shù)器,正比計(jì)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(chǎng)為： a和b分別是中心陽(yáng)極和圓筒形陰極的半徑；V0為兩電極間所加電壓（稱(chēng)為工作電壓） 放大倍數(shù)MN/N0 M的大小決定于氣體性質(zhì)、壓強(qiáng)、工作電壓和電

21、極半徑。,在rb時(shí)場(chǎng)強(qiáng)最小，ra時(shí)場(chǎng)強(qiáng)最大 定義: VT 稱(chēng)為正比計(jì)數(shù)器的起始電壓(閾壓). 對(duì)于一個(gè)確定的正比計(jì)數(shù)器，只有當(dāng)工作電壓V VT 時(shí)，才工作于正比計(jì)數(shù)器工作區(qū)，否則工作于電離室區(qū),當(dāng)V 0 VT 時(shí)，僅在 r0a 區(qū)間內(nèi)發(fā)生碰撞電離 一般r0很小，和a是同一量級(jí)，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(jì)數(shù)器中都經(jīng)受同樣的氣體放大過(guò)程，都有同一個(gè)氣體放大倍數(shù)。 正比計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)主要由正離子漂移貢獻(xiàn),碰撞電離與氣體放大,碰撞電離只有電子才能實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)電子到達(dá)距絲極一定距離 r0 之后，由于電場(chǎng)很強(qiáng)，電子在平均自由

22、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(duì)。 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(yáng)極，電離碰撞概率越大。 于是，電子的數(shù)目不斷增殖，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為氣體放大過(guò)程，又稱(chēng)電子雪崩(electron avalanche),氣體放大過(guò)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(guò)程中，可以認(rèn)為正離子基本沒(méi)動(dòng)，形成空間電荷，處于陽(yáng)極絲附近，會(huì)影響附近區(qū)域的電場(chǎng)，使電場(chǎng)強(qiáng)度變?nèi)?，影響電子雪崩過(guò)程的進(jìn)行 正離子漂移到達(dá)陰極，與陰極表面的感應(yīng)電荷中和時(shí)有一定概率產(chǎn)生次電子，發(fā)生新的電子雪崩過(guò)程，稱(chēng)為離子反饋；也可以通過(guò)加入少量多原子分子氣體阻斷離子反饋,氣體放大過(guò)程中的光

23、子作用光子反饋,光子反饋的影響,光子反饋的過(guò)程(10-9s)遠(yuǎn)快于電子的漂移過(guò)程(10-6s)，對(duì)信號(hào)的形成而言，在時(shí)間上是同時(shí)事件 加入少量的多原子分子氣體M，它可以強(qiáng)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(gè)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(jì)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(guò)程即行終止，且雪崩只限于局部的區(qū)域，對(duì)一個(gè)初始電子僅展寬 200m左右,優(yōu)點(diǎn) 脈沖幅度較大； 靈敏度較高； 脈沖幅度幾乎與原電離的地點(diǎn)無(wú)關(guān)； 價(jià)格便宜，使用條件不苛刻 缺點(diǎn) 脈沖幅度隨工作電壓變化較大，且容

24、易受外來(lái)電磁干擾，因此，對(duì)電源的穩(wěn)定度要求也較高（ 0.1% ）,常用的正比計(jì)數(shù)器,流氣式4正比計(jì)數(shù)器 低能X射線(xiàn)正比計(jì)數(shù)器 三氟化硼（BF3）正比計(jì)數(shù)器 球形含氫正比計(jì)數(shù)器,流氣式4正比計(jì)數(shù)器 無(wú)窗流氣式2正比計(jì)數(shù)器,G-M計(jì)數(shù)管,正比計(jì)數(shù)器,G-M區(qū),G-M計(jì)數(shù)管,蓋革-米勒(Geiger-Mller)計(jì)數(shù)管，簡(jiǎn)稱(chēng)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(cè)器 通常是一個(gè)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(xì)絲作陽(yáng)極。 根據(jù)外形主要可分為鐘罩型（或稱(chēng)端窗式）和圓柱型。 根據(jù)所充氣體又分為有機(jī)管和鹵素管。,G-M計(jì)數(shù)管,靈

25、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(duì)帶電粒子如和粒子的探測(cè)效率幾乎可達(dá)到100%，但對(duì)射線(xiàn)的探測(cè)效率較低，只有1%左右。 在一定電壓下，其輸出脈沖幅度對(duì)不同能量、不同種類(lèi)的射線(xiàn)均相同，不能直接用以鑒別射線(xiàn)的種類(lèi)和測(cè)定能量的大小,工作原理,入射核輻射在G-M計(jì)數(shù)管靈敏體積內(nèi)只要產(chǎn)生一對(duì)以上的初電離（即N01），則初電離電子在電場(chǎng)作用下向中心陽(yáng)極漂移過(guò)程中，除了有正比計(jì)數(shù)管類(lèi)似的次電離引起的電子雪崩（稱(chēng)為湯姆遜雪崩）以外，電子在向陽(yáng)極漂移過(guò)程中還會(huì)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(zhǎng)在可見(jiàn)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

26、，這些光電子在電場(chǎng)作用下也向陽(yáng)極漂移，并至少會(huì)再能觸發(fā)一個(gè)新的次級(jí)雪崩。,正離子鞘,由于受激分子或原子退激可以向各個(gè)方向發(fā)射光子，因此氣體放大不像正比計(jì)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(gè)G-M計(jì)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(huì)逐漸包圍整個(gè)陽(yáng)極絲。 在陽(yáng)極絲附近的大量電子很快漂移到陽(yáng)極而留下大量的正離子包圍著陽(yáng)極絲，形成一個(gè)“正離子鞘”。,輸出信號(hào),正離子鞘使G-M計(jì)數(shù)管中心陽(yáng)極周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)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(guò)程：形成“離子電流”，是形成輸出脈沖的主要貢獻(xiàn)，G-M計(jì)數(shù)管輸出一個(gè)電脈沖。正離子在陰極表面的電荷中和過(guò)程 G-M計(jì)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(jì)數(shù)管輸出的脈沖幅度都是相同的。 G-M管僅能用來(lái)記錄入射粒子的數(shù)目，不能用于測(cè)量入射粒子的能量 。,G-M管主要有圓柱型和鐘罩型兩種。 圓柱型主要用于射線(xiàn)測(cè)量，而鐘罩型由于有入射窗，主要用于，射線(xiàn)的測(cè)量 GM管的性能由計(jì)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,探測(cè)效率,對(duì)用于帶電粒子探測(cè)的鐘罩型GM管，只要入射粒子進(jìn)入靈敏體積，其探測(cè)效率可接近100 對(duì)用于探測(cè)