氣體探測器8096

1、第三章 氣體探測器氣體探測器是核科學(xué)技術(shù)中最早使用的探測器之一，它在早期的核物理發(fā)展中起了很大作用，由于其它探測器的發(fā)展如半導(dǎo)體探測器等，因而近二十年來氣體探測器特別是測量帶電粒子能量進(jìn)行能譜分析的探測器，如離子脈沖電離室，基本已被半導(dǎo)體探測器所替代，但由于它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可制備成各種各樣較大型的電離室，因此在工業(yè)上的應(yīng)用如料位計(jì)，核子秤、厚度計(jì)等等，仍得到廣泛應(yīng)用。而有的氣體探測器，如氣體閃爍正比計(jì)數(shù)器（GSPC）還有新的發(fā)展，用于安裝在火箭和人造衛(wèi)星上用來探測宇宙X射線。另外還可應(yīng)用于穆斯堡爾譜儀、熒光X射線譜儀測量元素特征X射線，環(huán)境放射性測量，核醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用。此外，球形電

2、離室、重離子電離室等新產(chǎn)品相繼研制成功，倍受人們重視。氣體探測器種類很多，這在第1章第2節(jié)核輻射探測器的發(fā)展中已經(jīng)作了詳細(xì)的介紹，本章節(jié)主要介紹氣體探測器的基本原理和目前仍在廣泛應(yīng)用的三種氣體探測器：電離室、正比計(jì)算管、GM計(jì)數(shù)管的特點(diǎn)、性能及應(yīng)用。3.1 基本原理1、氣體的電離氣體探測器是內(nèi)部充有氣體，兩極加有一定電壓的小室，根據(jù)不同的氣體探測器這加有一定電壓的小室其形狀結(jié)構(gòu)有較大差別。 入射帶電粒子通過氣體時(shí)，使氣體分子電離或激發(fā)，在通過的路徑上生成大量的離子對電子和正離子。入射粒子直接產(chǎn)生的電離叫做初電離或直接電離。電離后產(chǎn)生的電子和正離子叫做次級粒子，如果它們具有的能量較大，足以使氣體

3、產(chǎn)生電離，這種電離叫做次電離。電子只要有很小的能量就能產(chǎn)生電離。所以引起次電離的主要是電子。通常把能夠引起次電離的初電離電子叫“”電子。帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一對離子，所需的平均能量稱平均電離能，以表示。若能量為EO的入射粒子在氣體中總共產(chǎn)生了NO對離子對，則產(chǎn)生一對電子正離子所需的平均能量（電離能）為： 對混合氣體平均電離能i, Pi，Zi；j, Pj，Zj 分別為第i和j種氣體粒子的平均電離能、分氣壓和有效原子序數(shù)。 實(shí)驗(yàn)表明，對于不同能量的同種粒子，或不同類的粒子在同一種氣體中的電離，其粒子電離能都很相似，大多在30eV左右，大于原子的電離電位一倍左右。這是因?yàn)橐徊糠帜芰肯膬H使氣體分子激

4、發(fā)而沒有產(chǎn)生電離的緣故。 在電離碰撞中被激發(fā)的原子，受激原子有三種可能的退激方式： （1）輻射光子。發(fā)射波長接近紫外光的光子，這些光子可能在周圍介質(zhì)中打出光電子或被某些氣體分子吸收而使分子離解。 （2）發(fā)射俄歇電子，原子退激的能量直接轉(zhuǎn)移給自身的內(nèi)層電子，使電子脫出，這種電子稱為俄歇電子。內(nèi)層電子的空位在很短時(shí)間內(nèi)（10-13S）被外層電子所填充，在填充過程中發(fā)射X射線。（3）亞穩(wěn)態(tài)原子，以上兩種輻射方式受激后，在10-9S內(nèi)完成，但某些受激原子處于禁戒的激發(fā)態(tài)，不能自發(fā)地退回基態(tài)，只有當(dāng)它與其它粒子發(fā)生非彈性碰撞才能退激，這種原子的壽命較長，一般約為10-410-2S，稱為亞穩(wěn)態(tài)原子。2、電

5、離生成的電子和正離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)電離產(chǎn)生的電子和正離子從入射粒子俘獲動(dòng)能，它們在氣體中運(yùn)行并和氣體分子碰撞，其結(jié)果會(huì)發(fā)生如下的物理過程。（1）擴(kuò)散在氣體中電離粒子的密度是不均勻的，電離處密度大。電子和正離子從密度大的地方移向密度小的地方，這種現(xiàn)象叫擴(kuò)散，由氣體動(dòng)力學(xué)可知道，若電離粒子的速度遵循麥克斯韋分布，則擴(kuò)散系數(shù)D與電離粒子的雜亂運(yùn)動(dòng)速度U之間的關(guān)系為：，為平均自由程，即連接兩次碰撞之間所經(jīng)過的路程的平均值，溫度越低，氣壓越高，擴(kuò)散進(jìn)行得越慢。電子的質(zhì)量小，所以它的V比正離子的大，電子的平均自由程比正離子的大，所以電子擴(kuò)散的影響比正離子的擴(kuò)散要大得多。（2）吸附電子在運(yùn)動(dòng)過程中與氣體分子

6、碰撞時(shí)可能被分子俘獲形成負(fù)離子，這種現(xiàn)象稱為電子吸附效應(yīng)。每次碰撞中電子被吸附的概率稱為吸附系數(shù)，用h表示，h大（h×10-5）的氣體稱為負(fù)電性氣體，例如O2和水蒸汽h為10-4，鹵素氣體h為10-3，負(fù)離子的速度比電子慢得多，這增加了復(fù)合的可能性。從而導(dǎo)致電子數(shù)減少。所以氣體探測器應(yīng)使用h值小的氣體，并使負(fù)電性氣體的含量減到最低。（3）復(fù)合電子與正電離子相遇或負(fù)離子與正離子相遇能復(fù)合成中性原子或中性分子，電子和正離子復(fù)合稱為電子復(fù)合，負(fù)離子與正離子復(fù)合稱為離子復(fù)合，復(fù)合概率與電子（負(fù)離子）、正離子的密度n，n+成正比。單位體積單位時(shí)間內(nèi)，正負(fù)離子的復(fù)合數(shù)為：式中a為復(fù)合系數(shù)，它與氣

7、體的性質(zhì)、壓力、溫度、正負(fù)離子的相對速度等因素有關(guān)，在一般情況下，只要不含負(fù)電性氣體，復(fù)合效應(yīng)是很小的。（4）漂移表3-1 幾種氣體的電離能w（eV）和最低電離電位I0（eV）1氣體w(a)w(X，g)w(b)I0He46.0±0.541.5±0.424.5Ne35.7±2.636.2±0.428.6±821.6Ar26.3±0.126.2±0.226.4±0.815.8Kr24.0±2.524.3±0.314.0Xe22.8±0.921.9±0.312.1H236.2

8、77;0.236.6±0.315.6N236.39±0.0434.6±0.336.6±0.515.5O232.3±0.131.8±0.331.5±212.5CO234.1±0.132.9±0.334.9±0.514.4C2H227.3±0.725.7±0.411.6C2H428.03±0.0526.3±0.312.2C2H626.624.6±0.412.8CH429.1±0.127.3±0.314.5BF335.6±

9、0.3空氣34.98±0.0533.73±0.15表3-2 氣體的平均電離能和法諾因子值1，2，3氣體電離電位第一激電位平均電離能0(eV)法諾因子F5.3MeVa粒子b電子氫H215.411.536.336.30.34氦He24.619.842.742.30.17氮N215.56.136.635.00.28氧O212.2632.530.90.37氖Ne21.616.536.836.60.17氬Ar15.811.524.426.40.17氪Kr14.09.924.124.2氙Xe12.18.321.922.0水H2O12.6二氧化碳CO213.734.532.90.32空氣

10、35.534.0甲烷CH413.129.227.30.26乙炔C2H211.427.525.90.27酒精C2H5OH10.732.6乙烯C2H410.828.026.2乙烷C2H611.826.624.8丁烷C4H1010.823.0氯Cl213.223.5三氟化硼B(yǎng)F31736.035.3Ar+CH413.026.0Ar+C2H211.420.30.17Ne+Ar15.825.30.050He+Ar15.830.10.055He+Xe12.128.70.060He+CH413.030.30.075由于探測器外加有一定的電壓，在探測器氣體空間形成了電場，電子和正離子在電場作用下分別向正負(fù)電極

11、方向運(yùn)動(dòng)，這種定向運(yùn)動(dòng)叫做漂移運(yùn)動(dòng)。電子在電場作用下，一方面會(huì)和氣體分子碰撞損失能量，另一方面又能從電場獲取能量，電子的能量低于氣體分子的最低激發(fā)能時(shí)，每次碰撞損失的能量較小，只有電子的能量大于分子的激發(fā)能時(shí)，發(fā)生非彈性碰撞，才能引起較大的能量損失，當(dāng)它損失的能量和它從電場獲得能量相等時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，這電子的平均能量為：Ve為電子在電場中的運(yùn)動(dòng)速度（漂移運(yùn)動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)）為熱運(yùn)動(dòng)能量，K為常數(shù)，T為氣體的絕對溫度，為電子溫度，它是電子在電場中運(yùn)動(dòng)能量和熱運(yùn)動(dòng)能量的比值。3、被收集的離子對數(shù)與外加電場的關(guān)系氣體探測器是利用收集核輻射在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來探測核輻射的，為了有效地收圖3-1 收集的電

12、荷數(shù)與外加電壓的關(guān)系2集電荷，必須在氣體電離空間加電場，即在探測器上設(shè)置二個(gè)電極，在電極上加電壓形成電場使電子，正離子沿電場方向向兩極漂移。設(shè)帶電粒子在氣體探測器的有效氣體空間形成N0個(gè)離子對（電子正離子）（初電離）收集的離子對數(shù)N和外加電壓的關(guān)系如圖5-1，圖中劃分為五個(gè)區(qū)域。區(qū)域I是復(fù)合區(qū)，外加電壓V很小，離子漂移速率很小，擴(kuò)散和復(fù)合效應(yīng)起主要作用，由于復(fù)合，電極上收集到的離子對數(shù)小于初電離數(shù)N0，就是說在這個(gè)區(qū)域，收集到的只是部分電離粒子，因此電荷數(shù)少，a粒子曲線2能量大于b粒子曲線1它所產(chǎn)生的初電離粒子多，所以曲線2高于曲線1。區(qū)域II，飽和區(qū)隨著外加電壓的增加，被收集到的初電離數(shù)N值

13、也增加，當(dāng)外加電壓到某一定值Va時(shí)，復(fù)合效應(yīng)消失，初總電離數(shù)N0被全部收集并達(dá)到飽和，而且在電壓Va和Vb這一范圍被稱為飽和區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)被收集到的電荷飽和值Q0=N0e，它只與入射粒子的種類和能量有關(guān)。電離室工作在這飽和區(qū)。區(qū)域IIIa正比區(qū)，外加電壓超過Vb后，這時(shí)外加電場使電子獲得很大能量，電子能使氣體氣分子電離，即可產(chǎn)生次級離子對，使總離子對數(shù)大于初電離數(shù)N0，因而收集到的電荷Q（Ne）>Q0(N0e)，這種現(xiàn)象叫做氣體放大，其比值叫做氣體放大倍數(shù)，電極上收到的電荷數(shù)Q=Ne=MN0e，正比于初電離數(shù)N0，也就是正比于入射粒子的能量，隨著外加電壓增加，M值變大，保持這一關(guān)系的區(qū)

14、域叫正比區(qū)，工作在這一區(qū)域的探測器稱正比計(jì)數(shù)管。區(qū)域IIIb：有限正比區(qū)。次級離子對數(shù)目的增加，并不是無止境的，當(dāng)氣體放大倍數(shù)M較大時(shí)，由于產(chǎn)生的大量離子對中的正離子漂移速度很慢，滯留在氣體空間而形成空間電荷，它們所產(chǎn)生的電場部分地抵消了外電場，限制了次級電離的增長，這就是所謂的空間電荷效應(yīng)。該效應(yīng)使氣體放大倍數(shù)M隨N0而變化，收集到的電離數(shù)N，偏離與N0成正比的關(guān)系，這個(gè)區(qū)域稱為有限正比區(qū)。區(qū)域IV，G-M計(jì)數(shù)區(qū)：蓋革彌勒區(qū)。外加電壓繼續(xù)增高到某個(gè)值，次電離的作用越來越大，到正離子形成的空間電荷區(qū)足以把整個(gè)探測器有效區(qū)的電場降低到不能再產(chǎn)生電離時(shí)，這時(shí)倍增過程自抑，而初電離僅起一個(gè)點(diǎn)火的作用

15、，電流在電壓加到某一值后開始激增形成自激放電，收集到的總電荷將成為一個(gè)與初電離N0完全無關(guān)的一個(gè)常數(shù)，即與入射粒子的能量無關(guān)。區(qū)域V 連續(xù)放電區(qū)。外加電壓繼續(xù)增加，電極收集到的電離數(shù)N再次急劇增長，這就是氣體連續(xù)放電區(qū)，這個(gè)區(qū)域有光的產(chǎn)生，是閃爍室，火花室，流光室的工作區(qū)。綜上所述，在不同區(qū)域內(nèi)的探測器，電離粒子與氣體分子的作用機(jī)制不同，輸出信號的性質(zhì)也不同，從而可將它們分為電離室，正比計(jì)數(shù)器，G-M和連續(xù)放電型探測器等四類的氣體電離探測器。3.2 電離室電離室是工作在飽和區(qū)的氣體探測器，原則上它既不存在復(fù)合也沒有氣體放大，入射粒子電離產(chǎn)生的全部電子和正離子都被收集到正負(fù)電極上，它的工作電壓必

16、須在圖中Va和Vb之間，對于不同大小，不同結(jié)構(gòu)和它不同氣體的電離室，為了達(dá)到收集電荷的飽和狀態(tài)，外加電壓值的差別很大，可以從幾十伏到上千伏不等。按工作方式，電離室可分為兩類，一類是記錄單個(gè)核輻射粒子的脈沖電離室，主要用于測量帶電粒子的輻射量和能量。這類電離室按輸出電路的時(shí)間常數(shù)大小又可分為離子脈沖電離室和電子脈沖電離室，另一類是記錄大量粒子平均電離效應(yīng)的電流電離室，其中包括測量單位時(shí)間內(nèi)入射粒子所產(chǎn)生的平均電離電流的電流電離室和測量相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)大量入射粒子的積累電荷的累計(jì)電離室。常見的電離室結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)處于不同電位的電極和保護(hù)環(huán)等組成。兩個(gè)電極中的一個(gè)和高壓電源直接連接，加上所需電壓稱為負(fù)高

17、壓電極（或陰極）用K表示。另一個(gè)電極和記錄電子儀器的連接并通過負(fù)載電阻RL接地稱為收集電極，或陽極，以A表示，兩電極之間用絕緣體隔開，兩電極之間的保護(hù)環(huán)以P表示，它的主要作用是使收集極邊緣的電場保持均勻，這就可使電離室有確定的靈敏體積（入射核輻射與氣體相互作用的有效體積）也可使高壓電極到地的漏電流不通過收集電極。保護(hù)環(huán)保證了靈敏體積內(nèi)形成的離子對被收集電極全部收集。1、脈沖電離室 脈沖電離室是記錄單個(gè)入射粒子的電離室，一定能量的帶電粒子進(jìn)入電離室靈敏體積后，將產(chǎn)生一定數(shù)量的離子對，當(dāng)電離室兩電極加上工作電壓V0后，電子和正離子在電場作用下向兩極漂移，從而在收集電極上產(chǎn)生電流脈沖I（t），如果在

18、電離室的輸出電路中接入負(fù)載RL則電流脈沖在負(fù)載電阻上使形成一個(gè)電壓脈沖V（t），脈沖幅度正比于入射粒子在電離室靈敏體積中損失的能量，通過測量脈沖數(shù)目可以求得入射粒子數(shù)，通過分析脈沖幅度可以知道入射粒子的能量。輸出電壓脈沖的形成和脈沖幅度的大小，以平行極電離室為例來討論脈沖的形成，假定所加電壓V0足夠高，可忽略電子和正離子的復(fù)合，輸出回路的時(shí)間常數(shù)，比正離子的收集時(shí)間長得多。采用負(fù)高壓，陰極為K接負(fù)高壓，而電極A陽極通過-負(fù)載電阻RL接地，收集極對地的電容為C（包括電離室兩極之間的電容和分布電容），工作電壓V0恒定不變（穩(wěn)壓電源）。t=0時(shí)，沒有粒子入射時(shí)，輸出端的電位為地電位，當(dāng)有一個(gè)粒子進(jìn)入

19、電離室，并在距陰極K為X0處產(chǎn)生若干離子對時(shí)，由于電子和正離子相距很近，它們在兩個(gè)電極板上感生電荷相互抵消，輸出端電位無變化，t=t1>0時(shí)，在電場作用下，電子和正離子分別以速度Ve和V+向A極和K極漂移，由于Ve>>V+，在漂移過程中，電子在A電極上感生的正電荷，比正離子在A極上感生的負(fù)電荷增加的快的多，因而在A極內(nèi)側(cè)出現(xiàn)正的感生電荷，同時(shí)，在電容上出現(xiàn)數(shù)目與之相同的負(fù)電荷，這是形成脈沖的開始階段，電子越靠近A極，感生正電荷越多，電容C上積累的負(fù)電荷越多，脈沖繼續(xù)上升，當(dāng)電子到達(dá)極A時(shí)與電子自身感應(yīng)的正電荷中和。這時(shí)，正離子還在漂移，收集極內(nèi)側(cè)還有部分正離子感生的負(fù)電荷。當(dāng)

20、正離子逐漸漂移靠近K極時(shí)，A極上感生的負(fù)電荷逐漸釋放，因而電容上的積累的電荷繼續(xù)增加，當(dāng)正離子到達(dá)K極，A極上的電荷達(dá)到最大值，則在t時(shí)刻產(chǎn)生的電壓脈沖為：由靜電學(xué)基本定理給出，在距收集極Ad-x0處的電荷Q0在收集極上感應(yīng)出并積累在電容C的電荷為：Q0=N0e，U(x)是電離室內(nèi)X處的電位。所以我們可以認(rèn)為，在t=0時(shí)，相應(yīng)于一個(gè)入射帶電粒子在離陰極K X=X0處產(chǎn)生N0個(gè)離子對，電荷為N0e和N0e分別以速V+和Ve向負(fù)高壓極（陰極K）和收集極（陽極A）漂移，在t時(shí)刻正離子和電子分別到達(dá)x+=x0-v+t，x=x0+Vet位置，（X0是指離陰極的位置）在C上感生出的電壓為：平行極電離室二極

21、間距離d小于電極板的尺度且極間距離均勻，電離室就被認(rèn)為是一個(gè)孤立的電容器。所以得出：我們便可得到電離室的脈沖電壓的表達(dá)式：（te為電子的收集時(shí)間，t+為正離子的收集時(shí)間），X0是指離負(fù)高壓電極（陰極K）的位置。分別是對正離子和電子的收集時(shí)間，它們分別是ms和s量級。t<te時(shí)，正離子和電子對輸出脈沖都有貢獻(xiàn)，因ve>vt，主要是電子對脈沖的貢獻(xiàn)。tet<t+，電子漂移到達(dá)收集極，正離子還在漂移，所以輸出脈沖幅度在增加。當(dāng)tt+，正離子也漂移到高壓電極，電子和正離子全部被收集輸出脈沖幅度達(dá)到飽和值：若為圓柱型電離室，電極為中心位置（中心電極）。 則我們可得到：若入射粒子的能量E

22、0全部損失在電離室靈敏體積內(nèi)，則產(chǎn)生的平均離子對數(shù)目N0=E0/。便得到輸出的飽和電壓脈沖幅度為表示脈沖幅度與入射粒子能量成正比，為平均電離能，負(fù)號是陰極加負(fù)高壓時(shí)輸出脈沖是負(fù)極性。由上討論可得到如下結(jié)論：（1）電離室以及所有的氣體探測器的輸出脈沖是電子和正離子分別在收集極上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的，不是電子和正電離子到達(dá)電極后才產(chǎn)生的。電子和正離子一經(jīng)產(chǎn)生并分別向兩電極漂移，脈沖就開始產(chǎn)生，隨著漂移運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，電壓脈沖幅度不斷增大，當(dāng)電子和正離子全部被收集時(shí)則達(dá)到飽和值（最大值）。（2）電離室輸出脈沖幅度很小，而且當(dāng)探測器輸出電路時(shí)，時(shí)間常數(shù)RC>>t+時(shí)，脈沖信號的幅度值達(dá)到最大。與離子

23、對在電離室內(nèi)產(chǎn)生的位置無關(guān)。例如C=20×10-12F的空氣電離室。5.3MeV的粒子，粒子能量全部損失在電離室內(nèi)。這樣小的脈沖幅度，必須配用噪聲很小的放大器才能測到。（3）脈沖變化率取決于漂移速度，由于ve>>vt，Ve=106cm/s，Vt=103cm/s。因此電子漂移構(gòu)成脈沖的快成份，正離子漂移構(gòu)成脈沖的慢成份，前者稱為電子脈沖，后者稱為離子脈沖，電子和正離子對輸出脈沖的貢獻(xiàn)與電離室結(jié)構(gòu)及電離地點(diǎn)有關(guān)。對于平板電離室。電子對脈沖幅度的貢獻(xiàn)為對圓柱型電離室電子對輸出脈沖輻度的貢獻(xiàn)在X0=d時(shí)，即電離發(fā)生在靠近收集極（陽極），電子對脈沖的貢獻(xiàn)很小，脈沖主要是正離子的貢獻(xiàn)

24、，電離發(fā)生在X0=0（陰極位置）脈沖主要是電子的貢獻(xiàn)，正離子的貢獻(xiàn)很小。（4）脈沖對一個(gè)入射粒子而言，無論是電壓脈沖還是電流脈沖，均是電子和離子脈沖的總和，脈沖開始于離子對生成并向各自的電極漂移時(shí)，終結(jié)于離子對的全部被收集，但不能認(rèn)為電子和離子對脈沖的貢獻(xiàn)各占一半。2、幾種常用的脈沖電離室（1)離子脈沖電離室：用于測量入射粒子的能量，因?yàn)檩敵雒}沖幅度（飽和值）與初電離N0成正比，且與離子對產(chǎn)生地點(diǎn)x0無關(guān)，入射粒子損耗在電離室內(nèi)的能量產(chǎn)生的正負(fù)離子全部被收集，使電壓脈沖達(dá)到飽和。缺點(diǎn)：脈沖較寬，RC常數(shù)較大（110）×10-3s（110）ms。 當(dāng)計(jì)數(shù)率達(dá)到102/s時(shí)，脈沖就可能重

25、疊，使脈沖幅度變高，影響能量測量的精度。（2）電子脈沖電離室：工作條件te<RC<<t+脈沖幅度主要由電子漂移貢獻(xiàn)，輸出（脈沖）幅度與電離產(chǎn)生地點(diǎn)有關(guān)，不能用于測量粒子的能譜，但可獲得較高的計(jì)數(shù)率。離子脈沖電離室和電子脈沖電離室的主要差別在探測器的輸出電路的RC常數(shù)。（3）屏柵電離室：它又叫柵網(wǎng)狀電離室，在電離室的負(fù)高壓電極K和收集電極A之間放置一個(gè)金屬網(wǎng)狀柵電極G，核輻射在柵極G和陰極K之間電離產(chǎn)生電子正離子對，只有電子通過柵極后才開始形成脈沖，所以輸出脈沖幅度與地點(diǎn)無關(guān)。但要注意脈沖形成起始于第一個(gè)電子穿過柵極的時(shí)刻，因此輸出脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻與發(fā)生電離時(shí)時(shí)刻有一段延時(shí)，延時(shí)

26、與電離地點(diǎn)有關(guān)，所以在符合測量中，使用屏柵電離室時(shí)必須考慮這個(gè)問題。（4）裂變電離室：用來探測中子通量密度的涂裂變物質(zhì)的脈沖電離室，處在收集電子的工作狀態(tài)，裂變物質(zhì)涂在電離室板表面，中子入射后與裂變物質(zhì)發(fā)生裂變反應(yīng)，產(chǎn)生具有很大能量和電荷量的核裂片。裂變碎片在氣體中產(chǎn)生電離，使電離室輸出較大幅度的脈沖信號。3、脈沖電離室的能量分辨FWHM=V=2.355v脈沖幅度與入射能量成正比關(guān)系，所以又可表示為：FWHM=E=2.355E=2.355N=2.355(E0)1/2sE為能譜高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，E為能譜的半高寬，它表示電離室能分開兩種不同能量粒子的能量分辨特性。，表示用百分?jǐn)?shù)來表示的能量分辨。

27、，F(xiàn)為法諾因子。電離室的極限能量分辨率，對0.1MeV約為3%，對5MeV約為0.4%，對實(shí)際測量系統(tǒng)，還要考慮其它漲落因素導(dǎo)致的譜線展寬，以屏柵電離室為例，其譜線的半寬度DE是由下列因素決定。 電離統(tǒng)計(jì)漲落對半寬度的影響，放大器增益漲落對半高寬的影響，探測器及放大器噪聲對半高寬的影響，放射源厚度自吸收對半高寬的影響，為電子脈沖上升時(shí)間漲落對半高寬的影響，多道分器道寬漲落對半高寬的影響對210Po 5.3MeV ,Ei約1 keV；為16.8 keV；為0.53 keV；和En的總和為29.1keV；約2keV。結(jié)合這些結(jié)果，脈沖電離室的能量分辨，=34.1 keV，實(shí)際測量到的最佳值為35

28、keV，對應(yīng)的能量分辨n1%。3.3 電流電離室和累計(jì)電離室由上所述，脈沖電離室所能記錄的帶電粒子數(shù)目不能過大，否則脈沖將重迭，甚至無法分辨。因此，在大量入射粒子的情況下，只能由平均電離電流或積累的總電荷來測定射線的強(qiáng)度，這就是電流電離室和累計(jì)電離室。電流電離室，是通過測定單位時(shí)間內(nèi)入射粒子在電離室內(nèi)產(chǎn)生的平均電離電流來探測核輻射。在單位時(shí)間內(nèi)入射的粒子數(shù)為n，每個(gè)粒子在電離室內(nèi)平均損失的能量為E，而在電離室的工作氣體中產(chǎn)生一對離子的平均電離能為，假定沒有復(fù)合和擴(kuò)散，在恒電離的情況下形成的平均電離電流（飽和電流）為N0為平均一個(gè)入射粒子產(chǎn)生的離子對數(shù)，每個(gè)入射粒子的能量E0，全損耗在電離室內(nèi)，

29、則所以，E0，已知，則測出I飽和就可知道n，即根據(jù)探測效率求得粒子輻射量。電離電流很弱，而它的強(qiáng)弱與入射粒子流的強(qiáng)弱有關(guān)。對充氦氣的電離室，5.3MeV的a粒子，n為5×104/s，能量全部損失在電離室中，則電離電流為而用于反應(yīng)堆控制的電離室，I飽和可達(dá)到10-6A，即1mA。飽和電流在10-6A可用電流計(jì)測量，對<10-7A的弱電流一般可用動(dòng)電容靜電計(jì)來測量。用于測量個(gè)人劑量用的電離室，I飽和可達(dá)到10-16A。累計(jì)電離室，是測量某段時(shí)間內(nèi)大量入射粒子所積累的電荷來探測核輻射。若收集極上的感應(yīng)電荷不漏掉，那么經(jīng)過t時(shí)間后累積的電荷Q=N0etn，測量極上的電壓變化DVA。即可

30、求得Q，C0是K、A兩極的極間電容。即累計(jì)電離室的電容。1、電流電離室的工作特性。特性指標(biāo)有：飽和特性，靈敏度，線性電流，時(shí)間響應(yīng)，能量響應(yīng)。（1）飽和特性：輸出電流與工作電壓的關(guān)系 即V-I（伏安）特性電流電離室工作在飽和區(qū)。影響飽和特性的因素有：1）射線種類和注量率（單位1/cm2·s）。2）電離室內(nèi)充入氣體的種類、壓力和純度。3）電離室自身結(jié)構(gòu)。（2）靈敏度：對于給定能量的粒子，電流電離室的靈敏度定義為： A/cm2·s，I為輸出電流單位（A）安培，f為探測器所在位置上粒子的注量率（單位為cm-2s-1）。 靈敏度與電離室的壁材料，氣壓，結(jié)構(gòu)等有關(guān)。（3）線性電流：在

31、一定的工作電壓下，電離室輸出的電離電流與輻射注量率（或粒子通量密度）保持線性關(guān)系，相應(yīng)的最大線性電流為在這個(gè)工作電壓下的線性電流I線，所以有時(shí)又稱最大線性電流。一個(gè)好的電流電離室應(yīng)該在相當(dāng)寬的粒子注量率范圍內(nèi)，其飽和電流與入射粒子注量率保持線性關(guān)系。（4）時(shí)間響應(yīng)：時(shí)間響應(yīng)是指輻射注量率改變時(shí)，整個(gè)測量系統(tǒng)的反應(yīng)速度。整個(gè)測量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)主要決定于探測器的時(shí)間響應(yīng)，而探測器的時(shí)間響應(yīng)由射線作用產(chǎn)生電荷的過程和電荷收集過程決定。（5）能量響應(yīng)特性：在使用電流電離室用于劑量測量時(shí)，必須考慮它的能量響應(yīng)特性。靈敏度與輻射的能量有關(guān)，它隨能量的變化稱為能量響應(yīng)。因此，電離室的靈敏度指標(biāo)均指特定能量下

32、（例如1MeV的g或中子的數(shù)值。2、電流電離室的應(yīng)用電流電離室具有線性范圍寬，能量響應(yīng)好，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于g射線照射測量，放射性氣體測量和輻射監(jiān)測。（1）測量g射線或X射線照射量射線照射量定義為：g射線在單位質(zhì)量的干燥空氣中釋放出來的全部正電子或電子，完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中所產(chǎn)生的任一種符號的離子的總電荷的絕對值，充空氣的電離室®（自由空氣電離室）特別適用于這種應(yīng)用。測量其電離電荷可以給出照射量，而測量其電離電流則給出照射量率。照射量率的定義為單位時(shí)間內(nèi)照射量的增量。圖3-2 中子電離室的能量響應(yīng)（2）測量吸收劑量充氣電離室可用于測量任意物質(zhì)的吸收劑量，吸收劑量定義

33、為在給定物質(zhì)中由電離輻射授予單位質(zhì)量的平均能量，用Dm表示，Dm=Smp（Gy）。為氣體中生成每個(gè)離子對的平均能量損失，單位J/離子對，Sm為該物質(zhì)相對于氣體的相對質(zhì)量阻止本領(lǐng)，即單位密度的能量損失；P為單位質(zhì)量氣體生成的離子對數(shù)，單位為對/kg。測量吸收劑量常用的電離室為空腔電離室。（3）測量放射性氣體把放射性氣體作為電離室填充氣體的一種成份，電離室設(shè)有進(jìn)口和出口，采用流氣方式引入待測氣體，可以很方便地對放射性氣體進(jìn)行測量。（4）中子電離室，它的能量響應(yīng)見圖3-25，6。3.4 正比計(jì)數(shù)管及其應(yīng)用工作在氣體探測器特性曲線正比區(qū)的氣體探測器叫正比計(jì)數(shù)管。初電離產(chǎn)生的電子從電場獲得能量足以產(chǎn)生次

34、電離，而且次電離電子還可以使氣體電離，離子對數(shù)目逐步增加，而且最后形成的總離子對數(shù)保持與初電離成正比關(guān)系。于是在收集極上感生的脈沖幅度將是原初電離感生的脈沖幅度的M倍。正比計(jì)數(shù)管大多是陰極半徑b比陽極半徑a比值較大的圓柱形結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谝话汶妷合拢s1kV）圓柱形電極比平行板電極容易獲得引起氣體放大的強(qiáng)電場。圓柱形結(jié)構(gòu)的電場分布為，電場分布不均勻，電場強(qiáng)度與到中心陽極的距離r成反比，在中心陽極附近有很強(qiáng)的電場，電子很容易獲得足夠的能量（20eV以上）而產(chǎn)生氣體放大。1、放大倍數(shù)從氣體放大機(jī)制來分析，說明正比計(jì)數(shù)管要采用陽極絲極細(xì)的圓柱筒形結(jié)構(gòu)。當(dāng)射線通過正比計(jì)數(shù)管內(nèi)的氣體時(shí)，電離產(chǎn)生的電子和正離

35、子，在電場作用下分別向陽極和陰極漂移，正離子的質(zhì)量大，且沿漂移方向的電場又是由強(qiáng)到弱，因此，電場的加速不足以使它與氣體發(fā)生電離碰撞。而電子不一樣，電子漂移越接近陽極，電場越大，到達(dá)某一距離以后，電子在平均自由程內(nèi)獲得的能量足以與氣體氣子發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生更多的新離子對，電子漂移越接近陽極，電離碰撞的概率越大，于是不斷增殖，增殖的結(jié)果將產(chǎn)生大量的電子和正離子，這就是氣體放大過程。有時(shí)也稱氣體放大為雪崩7。DV相應(yīng)于電子在相鄰兩次電離事件之間運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過的電位差，k表示能產(chǎn)生倍增的最低的E/P值，實(shí)驗(yàn)上通過對不同氣體作出一系列壓強(qiáng)和半徑值下的M和V0的關(guān)系曲線，從而定出DV和k值，充不同的氣體，k和

36、V的參數(shù)是不同的。M為氣體倍增數(shù)，V外加電壓，a陽極半徑，b陰極半徑，p氣體壓力要注意的是lnM的表示式中 這一項(xiàng)實(shí)際上表示著沿著半徑在位置g處的電場強(qiáng)度E(r)。在圓柱形計(jì)數(shù)管陽極半徑為a，電位為Va，陰極半徑b電位為VK，外加工作電壓V0=Va-Vk的情況下，沿著徑向位置到r處的電場，r為該點(diǎn)與軸心（陽極中心）之間的距離。（1）氣體倍增要求高的電場強(qiáng)度對圓柱形結(jié)構(gòu)，V是加在陽極與陰極之間的電壓，a是陽極絲半徑，b為陰極圓柱的內(nèi)半徑，在臨近陽極絲的半徑周圍的一個(gè)很小的圓柱體內(nèi)出現(xiàn)高電場強(qiáng)度，電子被陽極吸引拉向高電場區(qū)，在進(jìn)入高電場區(qū)以前的電子所具備的能量不足以與其它氣體分子碰撞產(chǎn)生新的電子，

37、即不能倍增。為了便于說明，假設(shè)在圓柱形計(jì)數(shù)管上加2000伏電壓，a=0.008cm，b=1.0cm，此時(shí)陽極表面的電場為5.18×106V/cm。對平行板結(jié)構(gòu)來說，平板電極間的電場是均勻的，間距為1.0cm時(shí)要達(dá)到同樣的電場需5.18×106伏，使用這樣的高壓，實(shí)際上是很困難，所以正比計(jì)數(shù)管要采用圓柱形結(jié)構(gòu)，或采用平行板電極，則極間間距縮短到0.5mm甚至0.2mm左右。（2）為使輻射產(chǎn)生的初電離的電子離子對的倍增都一致，就是要使探測器輸出的飽和脈沖幅度與電離產(chǎn)生的地點(diǎn)無關(guān)。要求把氣體倍增區(qū)限制在比總的氣體體積小得多的區(qū)域內(nèi)，這就要求所有的初級離子對都產(chǎn)生在倍增區(qū)以外，只有

38、初電離的電子漂移到倍增區(qū)才能發(fā)生倍增，這樣每一個(gè)電子都經(jīng)歷著相同的倍增過程，與最初的生成位置無關(guān)，從而得到與電離產(chǎn)生的地點(diǎn)無關(guān)的飽和脈沖幅度。 例如a=0.008cm，b=1.0cm加2000伏，E=5.18×104伏/cm，若所充氣體的倍增電場的閾值為104v/cm，則由，我們可計(jì)算得到只有半徑小于0.041cm，即離陽極表面0.041cm處，即為陽極半徑5倍的區(qū)域內(nèi)的電場才達(dá)到這一閾值，這半徑范圍內(nèi)的體積大約占計(jì)數(shù)管靈敏體積0.17%2、輸出脈沖正比計(jì)數(shù)管中氣體放大是在陽極絲附近發(fā)生的，所以它的輸出脈沖主要是氣體放大后增殖產(chǎn)生的大量電子和正離子漂移運(yùn)動(dòng)感生電荷形成，初電離電子由電

39、離地點(diǎn)到倍增區(qū)前漂移產(chǎn)生的感生電荷對脈沖的貢獻(xiàn)很小，這就決定了正比計(jì)數(shù)管輸出脈沖的一些特性。輸出脈沖幅度脈沖達(dá)到飽和的時(shí)間所以使用正比計(jì)數(shù)器應(yīng)取較小的時(shí)間常數(shù)。若取RCt1/2時(shí)，雖然脈沖幅度損失一些，但脈沖寬度大大減小。當(dāng)RC確定后輸出脈沖幅度V（t）仍和初電離N0成正比，所以RC小對能量測量沒有影響。 初電離對輸出電壓脈沖幅度貢獻(xiàn)不大，電壓脈沖幅度主要由增殖后的大量離子對的貢獻(xiàn)，而這些離子對又是集中在陽極附近，因此可以認(rèn)為電壓脈沖幅度與初電離產(chǎn)生地點(diǎn)無關(guān)，這對能量測量很有利。另外，上面分析講到，初電離集中在室內(nèi)同樣半徑處電子漂移時(shí)間相同，實(shí)際上沿入射粒子的徑跡都有離子對產(chǎn)生，電子到達(dá)陽極的

40、漂移時(shí)間的離散會(huì)引起輸出脈沖上升時(shí)間的離數(shù)，所以實(shí)際觀測到的脈沖上升時(shí)間，比離子對在半徑相同地方生成的情況要長得多。3、正比計(jì)數(shù)器的特性（1）計(jì)數(shù)曲線和坪特性計(jì)數(shù)曲線：在放射源確定的情況下探測器輸出脈沖計(jì)數(shù)率隨所加工作電壓的變化曲線稱為探測器的計(jì)數(shù)曲線，計(jì)數(shù)曲線上具有明顯的計(jì)數(shù)坪區(qū)，故又稱為坪曲線，對于一個(gè)計(jì)數(shù)管，必須知道它的坪特性，以便確定其工作電壓，坪特性是衡量計(jì)數(shù)管質(zhì)量好壞的主要參量，坪長越長，坪斜越小，工作電壓越低，則它受工作電壓的影響也就越小，壽命也越長。坪特性有三個(gè)參量：1）坪長，隨著外加工作電壓的升高，計(jì)數(shù)率在一段范圍內(nèi)變化不大，出現(xiàn)一個(gè)比較平坦的區(qū)域，即所謂坪，坪區(qū)電壓范圍叫坪

41、長，正比計(jì)數(shù)管的坪長一般大于300伏；2）坪斜，在坪區(qū)實(shí)際上計(jì)數(shù)率仍隨工作電壓升高而增加，表現(xiàn)出坪有坡度，稱為坪斜，指每升高1伏或100伏時(shí)計(jì)數(shù)率增加的百分比，一般小于0.01%/V；3）起始電壓VS和工作電壓V0，VS是記錄脈沖的計(jì)數(shù)系統(tǒng)開始計(jì)數(shù)時(shí)計(jì)數(shù)管上所加電壓，V0是計(jì)數(shù)管正常工作時(shí)所加的電壓，一般V0都選在坪區(qū)前半部這樣既工作在坪區(qū)，又能延長使用壽命。計(jì)數(shù)管的坪特性與所充氣體類型，氣體的混合比，氣壓及管子尺寸有關(guān)，氣體雜質(zhì)含量，清潔處理，封接工藝也影響坪特性，陽極絲粗細(xì)不均勻，陰陽極不同心，邊緣效應(yīng)等是造成坪斜的原因。（2）能量分辨F是法諾因子，f是修正因子，與氣體性質(zhì)，充氣壓力，計(jì)數(shù)

42、管幾何尺寸及倍增的平均放大倍數(shù)M有關(guān)，M>102時(shí)，f值約為0.60.8。顯然要提高能量分辯，必須設(shè)法減小F，f，目前正比計(jì)數(shù)管對55Fe 5·9keV X射線的能量分辨率可達(dá)14%左右826eV，使用Ar+0.5 C2H2和Ne+0.5%Ar能量分辨可達(dá)到12%左右。8在做能測量時(shí)，還要求正比計(jì)數(shù)管輸出脈沖幅度與入射粒子的能量成正比關(guān)系（即能量線性）的能量范圍寬，或它的正比工作區(qū)寬。正比計(jì)數(shù)管的能量線性范圍主要受空間電荷的限制，因?yàn)榭臻g電荷會(huì)抵消一部分外電場的作用，從而影響放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。影響正比計(jì)數(shù)管能量分辨的因素有：1）統(tǒng)計(jì)漲落。探測器輸出的脈沖幅度正比于電荷Q，Q=n

43、0eM，n0和M都有某種固有的變化，即使入射輻射所積存的能量相等的情況下，脈沖幅度也有漲落：離子對數(shù)n0的漲落，F(xiàn)值為0.050.2；雪崩倍增系數(shù)A足夠大，則單電子雪崩的漲落A，b=（1+）-1，是一個(gè)參數(shù)，與能量越過電離閾能的電子份額有關(guān)，其變化范圍為0<<1；只要n0值大，則脈沖幅度U的分布都接近高斯分布形狀。2）正比計(jì)數(shù)管的幾何因素，其中最關(guān)鍵的是，陽極絲的均勻性和光潔度，若絲直徑只有0.5%的微小變化，它影響到電場的均勻性，其它還有陽極絲安裝的偏心度，圓柱形陰極的不均勻性，正比計(jì)數(shù)管兩端在陽極絲進(jìn)入絕緣子的地方，圓柱形管子端壁和其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的存在，都可能發(fā)生電場的嚴(yán)重畸變，

44、導(dǎo)致離子對的倍增程度不同。3）氣體純度。氣體壓力以及加到計(jì)數(shù)管上的高壓的穩(wěn)定性4）痕量的負(fù)電性氣體的存在就可能明顯地降低氣體倍增從而引進(jìn)額外的脈沖幅度的漲落。（3）正比計(jì)數(shù)管的壽命壽命包括兩種，計(jì)數(shù)壽命和自然壽命，計(jì)數(shù)壽命是指計(jì)數(shù)管的性能變壞所累積的計(jì)數(shù)數(shù)目，影響計(jì)數(shù)壽命的主要因素是：（1）多原子分了猝滅氣體的分解，即每次氣體放大都會(huì)有一部分多原子分子由于與電子或光子的非電離碰撞而分解，因此隨計(jì)數(shù)次數(shù)的增加，多原子分子成份減少，例如當(dāng)M=100，N0=100時(shí)，一般一次放電要消耗104個(gè)多原子分子，一個(gè)計(jì)數(shù)管一般含10191020個(gè)多原子分子，因此計(jì)數(shù)器壽命上限為1012計(jì)數(shù)。（2）氣體分解會(huì)

45、沉積在陽極絲和陰極上，這就要改變陽極絲直徑和電場，減少材料的脫出功。（3）氣體放電使陽極絲逐漸損傷而變得不均勻 自然壽命是指計(jì)數(shù)管制成后其性能變壞所放置的時(shí)間。4、幾種常用的正比計(jì)數(shù)管及其應(yīng)用正比計(jì)數(shù)管既可以作計(jì)數(shù)器測量核輻射的注量率，又可以在很寬的能量范圍內(nèi)測量入射粒子的能量。與其它探測器比較，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）它有氣體放大作用，輸出脈沖較電離室的大得多；（2）正比計(jì)數(shù)管產(chǎn)生一對離子所需的平均電離能量比閃爍探測器的小很多，而且它只放大信號而不放大噪聲，因此，輸出脈沖的信噪比較大，（3）價(jià)格便宜使用條件不苛刻；（4）正比計(jì)數(shù)管有能量甄別能力，因而能有效地在強(qiáng)g本底下測量中子或強(qiáng)b本底下測量

46、粒子。它在中子，X射線，低能射線，電子的探測以及精確的放射性活度絕對測量中得廣泛應(yīng)用。幾種常用的正比計(jì)數(shù)管：1）流氣室，4p正比計(jì)數(shù)管，流氣式是指工作氣體以一定速度不斷流入管內(nèi)通過出氣口不斷流出，這就保證了管內(nèi)氣體成份不變，避免了密閉式正比計(jì)數(shù)管在氣體放大過程中由于多原子氣體分子分解影響其性能，測量樣品可以直接放在管內(nèi)，既增加了立體角提高了探測效率，又避免了正比計(jì)數(shù)管窗對被測射線的吸收；2）低能X射線正比計(jì)數(shù)器管，Be（鈹）做薄窗；3）球形含H2正比計(jì)數(shù)管，為了克服圓柱形含H2正比計(jì)數(shù)管測量快中子能譜時(shí)存在嚴(yán)重的各向異性的缺點(diǎn)，球形結(jié)構(gòu)尺寸最佳時(shí)，管內(nèi)任何地方的氣體放大倍數(shù)保持相同，并且具有各

47、向同性和較好的能量分辨；4）BF3正比計(jì)數(shù)管 圓柱形狀 中心陽極絲用鎢絲做成，主要用于探測中子，中子穿透力強(qiáng)不需要特殊的窗。反應(yīng)能Q，2.792 MeV和2.31 MeV由和7Li核分配，對大多數(shù)情況下，。3.5 G-M計(jì)數(shù)管蓋革Geiger和彌勒Muller發(fā)明的一種計(jì)數(shù)管，特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，價(jià)格便宜，易于操作，輸出脈沖輻度大，對電子學(xué)線路要求簡單。是放射性同位素應(yīng)用和測量劑量工作中常用的探測器，缺點(diǎn)是死時(shí)間長，因此它不能用于高計(jì)數(shù)率場合。工作原理：利用氣體放大，大量地增加收集電荷，它工作在IV區(qū)（G-M區(qū)），G-M管內(nèi)的電場比正比計(jì)數(shù)管內(nèi)的要高得多，在適當(dāng)?shù)臈l件下除電離電子增殖產(chǎn)生

48、雪崩外，還有光子引起的光電子產(chǎn)生新的雪崩，它與正比計(jì)數(shù)管最根本的區(qū)別是它的電荷增殖主要是由光電子引起的雪崩倍增，而正比計(jì)數(shù)器主要是由電離電子引起的倍增，而且發(fā)生倍增的區(qū)域是局限在陽極附近的一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，而G-M管，光子是各個(gè)方向發(fā)射的，所以雪崩是在整個(gè)管子范圍內(nèi)，不管初始電離發(fā)生在管內(nèi)何處，雪崩放電卻包圍整個(gè)陽極絲，在雪崩過程中除產(chǎn)生電子外，還要產(chǎn)生正離子，正離子遷移率比電子低得多，在電子被陽極全部收集的時(shí)間內(nèi)，正離子幾乎不動(dòng)地包圍著陽極，構(gòu)成正離子鞘，陽極附近的電場隨著正離子鞘的形成而減弱以至于抑制電子增殖最終使雪崩放電結(jié)束。由此可以看出，不論入射粒子產(chǎn)生多少初始離子對，每次放電都是以管

49、內(nèi)產(chǎn)生大致相同的總電荷結(jié)束，所以所有的輸出脈沖幅度是相同的。G-M管的種類：根據(jù)猝滅氣體的種類，可以把G-M管分為有機(jī)管和鹵素管，惰性氣體與有機(jī)氣體的最佳比例為9:1，與鹵素氣體的比例為99：1，99.9：0.1，充入的工作氣體和猝滅氣體純度要求高，要光譜純，氣體總壓為（10200）×133.32Pd。幾種常用的G-M計(jì)數(shù)管：（1）計(jì)數(shù)管：主要是射線在作陰極用的管壁上打出電子，然后電子在管內(nèi)引起雪崩倍增而被記錄。（2）鐘罩形和計(jì)數(shù)管。（3）強(qiáng)流管是一種用于測量高強(qiáng)度輻射的鹵素計(jì)數(shù)管。輸出脈沖，G-M管輸出脈沖波形有以下幾個(gè)特點(diǎn)；1）由于G-M管是全管雪崩，氣體放大倍數(shù)很大，可達(dá)1V數(shù)

50、量級；2）產(chǎn)生的總電荷Q為常數(shù)，輸出脈沖幅度與入射輻射能量和種類無關(guān)；3）輸出脈沖形狀與輸出電路有關(guān)，幅度達(dá)到最大值的時(shí)間，理論上等于全部離子被收集的時(shí)間。G-M管的特性參數(shù)：（1）計(jì)數(shù)曲線與坪特性：前面已講到，計(jì)數(shù)曲線是指計(jì)數(shù)管在注量率不變的核輻射照射下，計(jì)數(shù)率隨外加電壓變化的曲線稱計(jì)數(shù)曲線。在工作電壓超過VS時(shí)開始有計(jì)數(shù)，在VSV1區(qū)，隨著外加工作電壓的增加計(jì)數(shù)率上升很快，此時(shí)工作尚未進(jìn)入G-M區(qū)，當(dāng)外加工作電壓越過V1時(shí)，隨著外加工作電壓的增加計(jì)數(shù)率增加不顯著，出現(xiàn)坪區(qū)V2-V1稱為坪長，G-M管的工作電壓一般選在坪區(qū)的1/3到1/2的范圍內(nèi)，外加電壓越過V2，計(jì)數(shù)管進(jìn)入多次或連續(xù)放電區(qū)

51、，計(jì)數(shù)率急驟增加，此時(shí)猝滅氣體大量消耗，計(jì)數(shù)管極易損壞，使用時(shí)盡量防止這種情況。（2）死時(shí)間（失效時(shí)間）：從脈沖的形成到計(jì)數(shù)管內(nèi)電場恢復(fù)到能維持放電的電場，這一段時(shí)間稱為計(jì)數(shù)管的死時(shí)間或失效時(shí)間，用td表示，在td以后雖然入射粒子又能產(chǎn)生脈沖信號，但是由于電場尚未恢復(fù)到初始的強(qiáng)度，故脈沖的幅度較小，隨著電場的逐漸恢復(fù)，脈沖幅度也逐漸增大，直至正離子到達(dá)陰極時(shí)電場完全恢復(fù)脈沖幅度才恢復(fù)到正常值，從td到脈沖恢復(fù)到正常的脈沖幅度所需的時(shí)間稱恢復(fù)時(shí)間tr。 G-M計(jì)數(shù)管的死時(shí)間與工作電壓，工作氣體的成份和壓力，管子的幾何形狀等因素有關(guān)，它決定于正離子鞘的運(yùn)動(dòng)速度和輸出電路的時(shí)間常數(shù)RC。（3）探測效

52、率：探測器輸出脈沖數(shù)與入射到探測器靈敏體積內(nèi)粒子數(shù)之比定義為探測效率，有時(shí)也稱為探測器的本征探測效率。1）對帶電粒子的探測效率計(jì)數(shù)一個(gè)帶電粒子在靈敏體積內(nèi)到產(chǎn)生一個(gè)初電離離子對的幾率。要獲得高的探測效率，必須選擇高的比電離氣體，增大氣壓或加大尺寸，G-M管對a，b等帶電粒子探測效率近100%。2）對光子的探測效率是以光子在計(jì)數(shù)管管壁上至少打出一個(gè)能進(jìn)入靈敏體積內(nèi)的次級電子的幾率，除低能和X射線外，要選擇高Z材料作陰極管壁，即使是這樣其效率仍很低，一般約為1%。3）壽命，G-M計(jì)數(shù)管的壽命取決于猝滅氣體的耗損，有機(jī)管的壽命約為108計(jì)數(shù)，鹵素管的壽命可達(dá)1010計(jì)數(shù)。3.6 氣體位置靈敏探測器氣

53、體多絲正比室和漂移室9，10氣體多絲正比室（WMPC）相當(dāng)于許多平行排列的正比計(jì)數(shù)管，陽極絲處在高電場區(qū)，因此要求其表面光潔度要高，粗細(xì)要均勻，機(jī)械強(qiáng)度要大，常采用鍍金的鎢絲或不銹鋼絲。1、多絲正比室的特性9，10（1）探測效率 對帶電粒子 99.5%以上（2）能量分辨 對55Fe 5.9kev的X射線為20%左右，最好可達(dá)14% 低于一般的單個(gè)正比探測器。（3）位置分辯多絲正比室作為位置靈敏探測器獲得了廣泛應(yīng)用，位置分辨（或稱空間分辨）是它的重要特性參數(shù)。位置分辯 ，要提高位置分辨就應(yīng)減小絲距S。（4）時(shí)間分辨它的時(shí)間分辨一般在2050ns，例如一個(gè)=3mm的充Ar和 S=1.2mm時(shí)，時(shí)間

54、分辨 t=18ns，S=2mm，t=36ns。多絲正比室有許多優(yōu)點(diǎn)，對帶電粒子探測效率>99.5%（近100%），空間分辨和時(shí)間分辨都較好，可用于高計(jì)數(shù)率條件下，在正比區(qū)工作時(shí)輸出信號幅度和入射粒子能量損失成正比，并可在強(qiáng)磁場中工作，在2×107A/M磁場下電子橫向漂移小于1mm，對空間分辨和探測效率無明顯影響。2、漂移室利用測量電子在電場中漂移時(shí)間的大小來確定入射粒子空間位置的多絲結(jié)構(gòu)室稱為漂移室，它比多絲正比室結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，而且價(jià)格便宜，所以凡是能用漂移室代替多絲正比室的場合，都用漂移室。從核輻射入射進(jìn)漂移室起，到陽極絲上明顯地出現(xiàn)電脈沖信號止這段時(shí)間稱為電子的漂移時(shí)間，其大小與核輻射的入射點(diǎn)到陽極絲的距離有關(guān)，通過測量漂移時(shí)間就可以確定入射的位置。在漂移室中，被測核輻射入射到室的