氣體探測(cè)器課件

第三章氣體探測(cè)器

§3-1氣體探測(cè)器的基本原理§3-2電離室§3-3正比計(jì)數(shù)器§3-4G-M計(jì)數(shù)器2006-91中國(guó)科大汪曉蓮第三章氣體探測(cè)器§3-1氣體探測(cè)器的基本原理20氣體探測(cè)器入射帶電粒子引起氣體電離。氣體探測(cè)器的特點(diǎn)：1)探測(cè)器的靈敏體積大小和形狀幾乎不受限制；2)沒有輻射損傷或極易恢復(fù)；3)經(jīng)濟(jì)可靠。2006-92中國(guó)科大汪曉蓮氣體探測(cè)器入射帶電粒子引起氣體電離。2006-92中國(guó)科大§3-1氣體探測(cè)器的基本原理

氣體電離：當(dāng)帶電粒子通過氣體時(shí)，與氣體原子的核外電子發(fā)生庫(kù)侖作用，入射粒子損失部分能量，而氣體原子則電離或激發(fā)。軌道電子獲得的能量足以克服原子的束縛成為自由電子，形成電子－離子對(duì)。

入射粒子能產(chǎn)生電離的最小能量：

原初電離：入射粒子和氣體原子直接作用產(chǎn)生的電離對(duì)數(shù)目。

次級(jí)電離：電離的次級(jí)粒子再次和氣體原子作用產(chǎn)生的電離對(duì)數(shù)目。

總電離N0：等于原初電離＋次級(jí)電離

平均電離功：帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一對(duì)電離粒子所需的平均能量。氣體原子的電離電位入射粒子質(zhì)量入射粒子在氣體中損失的能量平均電離功一、氣體的電離2006-93中國(guó)科大汪曉蓮§3-1氣體探測(cè)器的基本原理氣體電離：當(dāng)帶電粒子IonizationofgasesTheactualnumberofprimaryelectron/ionpairsisPoissondistributed.averagenumbermDetectionefficiencyForexamplefor1mmlayerofAr:mprimary=2.5→εdet

=0.92100electron/ionpairscreatedduringionizationprocessisnoteasytodetect.Typicalnoiseoftheamplifier≈1000e-(ENC)→gasamplification.2006-94中國(guó)科大汪曉蓮IonizationofgasesTheactual混合氣體的平均電離功平均電離功與氣體種類有關(guān)（p54表3－1）總電離與入射粒子在氣體中損失能量成正比，這是我們由總電離的測(cè)量來確定入射粒子能量的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得平均電離功是統(tǒng)計(jì)平均值，其統(tǒng)計(jì)漲落會(huì)使單能譜展寬，形成能量測(cè)量的固有分辨。Z：原子序數(shù)P：氣體比分2006-95中國(guó)科大汪曉蓮混合氣體的平均電離功Z：原子序數(shù)2006-95中國(guó)科大汪二、電子和離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)不加外電場(chǎng)時(shí)，電子和離子與氣體分子不斷碰撞，三種運(yùn)動(dòng)狀況：

擴(kuò)散：從密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)域擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)電子吸附：電子被中性氣體原子俘獲形成負(fù)離子復(fù)合：電子和正離子復(fù)合形成中性原子加外電場(chǎng)時(shí)，電子和離子沿電場(chǎng)方向分別向正負(fù)電極做漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)有利于總電離的收集，是我們需要的。前三種運(yùn)動(dòng)不利于總電離的收集，造成能量測(cè)量誤差，應(yīng)設(shè)法減小它們的影響。2006-96中國(guó)科大汪曉蓮二、電子和離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)不加外電場(chǎng)時(shí)，電子和離子與氣體分1.離子的漂移運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)下離子的漂移速度遷移率與氣體性質(zhì)和電離粒子質(zhì)量有關(guān)。對(duì)重離子就每一種氣體而言，其遷移率在相當(dāng)寬范圍內(nèi)與E/P無關(guān)（E/P3103V.cm-1.atm-1），近于常數(shù)。當(dāng)E/P很高時(shí)，值不再是與E/P無關(guān)的常數(shù)。負(fù)離子的值和正離子的值是同數(shù)量級(jí)的，絕大部分－比＋大一些，這與氣體純度有關(guān)。（p56表3－2）電場(chǎng)強(qiáng)度氣體壓力約化場(chǎng)強(qiáng)離子遷移率2006-97中國(guó)科大汪曉蓮1.離子的漂移運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)下離子的漂移速度電場(chǎng)強(qiáng)度氣體壓力2.電子的漂移運(yùn)動(dòng)對(duì)于電子，

值只在E/P很窄一段范圍內(nèi)近似于常數(shù)，在其他范圍主要取決于E/P(p56fig.3-2)。E/P較小時(shí)，電子漂移速度比離子漂移速度大三個(gè)數(shù)量級(jí)，約為106cm/s。電子的漂移速度對(duì)氣體成分非常靈敏。在惰性氣體（如Ar等）中加入多原子分子氣體（如CO2和CH4等），可大大增加電子漂移速度。2006-98中國(guó)科大汪曉蓮2.電子的漂移運(yùn)動(dòng)對(duì)于電子，值只在E/P很窄一段范圍3.電子和離子的擴(kuò)散電子和離子因空間密度不均勻而由密度大的空間向密度小的空間擴(kuò)散。根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)，粒子速度遵從麥克斯韋分布，則擴(kuò)散常數(shù)與氣體性質(zhì)、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。電子的擴(kuò)散常數(shù)大于離子的擴(kuò)散常數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)通過空間一點(diǎn)單位面積的粒子流數(shù)目擴(kuò)散常數(shù)粒子密度梯度負(fù)號(hào)表示粒子流方向與粒子密度梯度方向相反。粒子雜亂運(yùn)動(dòng)速度平均自由程2006-99中國(guó)科大汪曉蓮3.電子和離子的擴(kuò)散電子和離子因空間密度不均勻而由密度大在擴(kuò)散過程中，電子和離子與氣體分子發(fā)生多次碰撞，損失能量，最終達(dá)到氣體的熱運(yùn)動(dòng)平衡能量分布。通常條件下并遵從麥克斯韋能量分布規(guī)律：若不存在其他因素的影響，則由于多次碰撞引起的電荷擴(kuò)散的空間分布遵從高斯分布

經(jīng)時(shí)間t后在距離原點(diǎn)x處的單元dx中發(fā)現(xiàn)電荷的量這個(gè)分布的均方根偏差線擴(kuò)散：體擴(kuò)散：2006-910中國(guó)科大汪曉蓮在擴(kuò)散過程中，電子和離子與氣體分子發(fā)生多次碰撞，損失能量，最4.電子的吸附電子與氣體分子碰撞時(shí)被捕獲而形成負(fù)離子的現(xiàn)象稱作電子吸附效應(yīng)。電子吸附系數(shù)用h表示，定義為在一次碰撞時(shí)電子被中性分子吸附的幾率。它與氣體性質(zhì)有關(guān)，不同的氣體有不同的h值。h值較大的氣體稱作負(fù)電性氣體。如鹵素氣體、氧氣、水蒸氣等。電子被捕獲形成負(fù)離子后，其漂移速度大大減小，增加了離子復(fù)合的可能性，不利于電離數(shù)的收集。減少電子被捕獲的方法：1）使用h值小的氣體如惰性氣體；2）純化氣體；3）在單原子分子氣體中摻加少量的雙原子或多原子分子氣體，提高電子漂移速度，減少電子被捕獲幾率。2006-911中國(guó)科大汪曉蓮4.電子的吸附電子與氣體分子碰撞時(shí)被捕獲而形成負(fù)離子的現(xiàn)5.復(fù)合電子和正離子碰撞或負(fù)離子和正離子碰撞時(shí)發(fā)生與電離相反的過程，即復(fù)合成中性分子或中性原子。

電子復(fù)合：電子＋正離子

復(fù)合

離子復(fù)合：負(fù)離子＋正離子復(fù)合幾率與正負(fù)離子密度成正比，則復(fù)合率，即單位時(shí)間單位體積內(nèi)正負(fù)離子復(fù)合的數(shù)目：離子的復(fù)合系數(shù)比電子的復(fù)合系數(shù)大幾個(gè)量級(jí)（p56,表3－2）復(fù)合系數(shù)2006-912中國(guó)科大汪曉蓮5.復(fù)合電子和正離子碰撞或負(fù)離子和正離子碰撞時(shí)發(fā)生與電離三、外加電場(chǎng)對(duì)電離粒子運(yùn)動(dòng)的影響0d++++++++--------

-U0z外加電場(chǎng)使電離產(chǎn)生的電子和離子沿電場(chǎng)方向作漂移運(yùn)動(dòng)，有利于電荷的有效收集。2006-913中國(guó)科大汪曉蓮三、外加電場(chǎng)對(duì)電離粒子運(yùn)動(dòng)的影響0d++++++第一區(qū)段：復(fù)合區(qū)外加電壓很低，離子漂移速度很小，電子吸附效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)和復(fù)合效應(yīng)起主要作用。復(fù)合的結(jié)果，電子離子數(shù)目減少，所以電極收集到的離子對(duì)數(shù)目小于總電離數(shù)目。第二區(qū)段：飽和區(qū)（電離室區(qū)）隨著外加電壓增大，離子漂移速度增大，電子吸附、擴(kuò)散效應(yīng)的影響減小，發(fā)生復(fù)合的機(jī)會(huì)減小，被收集的電荷數(shù)逐漸增加。當(dāng)電壓達(dá)到某一定值Va時(shí)，基本不存在復(fù)合，總電離數(shù)N0全部被電極收集，達(dá)到飽和。在一定電壓范圍內(nèi)(Va-Vb)，被收集電荷不再增加，達(dá)到飽和。2006-914中國(guó)科大汪曉蓮第一區(qū)段：復(fù)合區(qū)外加電壓很低，離子漂移速度很小，電子吸附效應(yīng)第三段區(qū)：正比區(qū)工作電壓大于Vb后，外加電場(chǎng)很強(qiáng)，電離電子在漂移過程中獲得的能量很大，使氣體分子再電離，又產(chǎn)生次級(jí)離子對(duì)。次級(jí)電子在漂移時(shí)又可能加速到足以再產(chǎn)生次級(jí)離子對(duì)。如此不斷繼續(xù)下去，使電離的離子對(duì)數(shù)目比原總電離對(duì)數(shù)目N0增加很多，稱作電子雪崩過程。這種現(xiàn)象稱作為氣體放大。經(jīng)氣體放大得到的電荷數(shù)N與原總電離數(shù)N0之比叫做氣體放大倍數(shù)。氣體放大倍數(shù)隨電壓的增加而增加。對(duì)確定的探測(cè)器，外加電壓一定時(shí)，放大倍數(shù)一定。電極收集的電荷數(shù)N正比于原總電離數(shù)N0，正比于入射粒子能量。2006-915中國(guó)科大汪曉蓮第三段區(qū)：正比區(qū)工作電壓大于Vb后，外加電場(chǎng)很強(qiáng)，電離電子在第四區(qū)段：有限正比區(qū)當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大到一定程度時(shí)，產(chǎn)生的大量離子對(duì)中的正離子，由于漂移速度很慢，滯留在氣體空間，形成空間電荷。它們所產(chǎn)生的電場(chǎng)方向與外電場(chǎng)方向相反，從而限制了次級(jí)離子繼續(xù)增加，這就是空間電荷效應(yīng)。由于空間電荷效應(yīng)的影響限制了氣體放大倍數(shù)的增長(zhǎng)。這一區(qū)段稱為有限正比區(qū)。2006-916中國(guó)科大汪曉蓮第四區(qū)段：有限正比區(qū)當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大到一定程度時(shí)，產(chǎn)生的大量離子第六區(qū)段：連續(xù)放電區(qū)在該區(qū)電壓繼續(xù)增加，收集的離子對(duì)數(shù)再次急劇增加，氣體被擊穿，發(fā)生連續(xù)放電。第五區(qū)段：G－M區(qū)進(jìn)入此區(qū)后，隨著電壓的增加，空間電荷效應(yīng)越來越強(qiáng)，收集到的電荷又一次飽和，與原總電離N0無關(guān)。由于空間電荷效應(yīng)的影響，收集的電荷與入射粒子的種類和能量無關(guān)。2006-917中國(guó)科大汪曉蓮第六區(qū)段：連續(xù)放電區(qū)在該區(qū)電壓繼續(xù)增加，收集的離子對(duì)數(shù)再次急§3-2電離室在核物理發(fā)展早期，電離室曾發(fā)揮了重要的作用。

1911-1914年Hess和Kolhorster在一系列電離室測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了宇宙射線；1932年Chadwich利用電離室測(cè)量反沖質(zhì)子，從而證實(shí)了中子的存在；1939年Frish利用電離室證實(shí)了核裂變時(shí)釋放大量的能量?！两袢杂袕V泛的應(yīng)用。如：

測(cè)厚、核子秤、集裝箱CT等等。為什么？2006-918中國(guó)科大汪曉蓮§3-2電離室在核物理發(fā)展早期，電離室曾發(fā)揮了重要的作用一、電離室的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單工作在飽和區(qū)，既不存在正負(fù)離子復(fù)合，也沒有氣體放大。入射粒子電離所產(chǎn)生的全部電子和正離子都被電極收集，輸出信號(hào)與入射粒子的種類和能量有關(guān)。由于輸出信號(hào)較微弱，對(duì)讀出電子學(xué)有較高要求，對(duì)工作電壓電源的穩(wěn)定性要求也較高。工作穩(wěn)定可靠。2006-919中國(guó)科大汪曉蓮一、電離室的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單2006-919中國(guó)科大汪曉脈沖電離室：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。電流電離室：記錄大量粒子平均效應(yīng)，主要用于測(cè)量X、g、b和中子的強(qiáng)度或通量。二、電離室的類型2006-920中國(guó)科大汪曉蓮脈沖電離室：二、電離室的類型2006-920中國(guó)科大汪曉三、電離室的構(gòu)造主體由兩個(gè)處于不同電位的電極組成。電極大多是平行板和圓柱形的，也有球形或其他形狀的。平板電離室的兩個(gè)電極通常是圓形金屬板。為了減少電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，應(yīng)使兩電極的間距遠(yuǎn)小于它們的直徑，且兩極板精確平行。圓柱形電離室中心的收集極一般是一個(gè)圓棒或一根金屬絲。圓柱形外殼是陰極，用不銹鋼、鋁、黃銅等材料制成。電極之間用絕緣體隔開，是電離室的關(guān)鍵部件。0d++++++++--------

陰極

陽(yáng)極

-U0z2006-921中國(guó)科大汪曉蓮三、電離室的構(gòu)造主體由兩個(gè)處于不同電位的電極組成。0d++四、電離室的工作氣體電極之間是電離室的有效靈敏體積，充以一定的工作氣體。電流電離室常用的工作氣體有純惰性氣體、氮?dú)夂涂諝獾?，也可用混合氣體。脈沖電離室常用的工作氣體大多是惰性氣體加少量多原子分子氣體。如：Ar+10%CO2，Ar+10%CH4等。測(cè)量中子的電離室，根據(jù)中子能量分別充BF3、CH4、H2和3He等，或在電極上覆蓋一層濃縮的10B、235U、238U等。2006-922中國(guó)科大汪曉蓮四、電離室的工作氣體電極之間是電離室的有效靈敏體積，充以一定五、脈沖電離室脈沖形成2006-923中國(guó)科大汪曉蓮五、脈沖電離室脈沖形成2006-923中國(guó)科大汪曉蓮輸出脈沖幅度距集電極x處電荷距集電極x處電位2006-924中國(guó)科大汪曉蓮輸出脈沖幅度距集電極x處電荷距集電極x處電位2006-924

平板電離室的脈沖幅度各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度均勻在c處電位代入電壓公式2006-925中國(guó)科大汪曉蓮平板電離室的脈沖幅度各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度均勻2006-925中國(guó)科圓柱形電離室的

脈沖幅度2006-926中國(guó)科大汪曉蓮圓柱形電離室的

脈沖幅度2006-926中國(guó)科大脈沖電離室輸出脈沖波形2006-927中國(guó)科大汪曉蓮脈沖電離室輸出脈沖波形2006-927中國(guó)科大汪曉蓮幾點(diǎn)結(jié)論電離室及所有氣體探測(cè)器的輸出脈沖都是由于電子和正離子分別在陽(yáng)極上感應(yīng)的電荷產(chǎn)生的，它始于離子對(duì)生成，終于離子對(duì)全部收集。脈沖的變化率取決于漂移速度。在t<T-時(shí)間內(nèi)，脈沖前沿主要是電子的貢獻(xiàn)，構(gòu)成脈沖的快成分，但它的幅度與電離產(chǎn)生的地點(diǎn)有關(guān)；在T-<t<T+時(shí)間內(nèi)，主要是離子貢獻(xiàn)，這是脈沖的慢成分。最終脈沖幅度只決定于總電離對(duì)數(shù)目，與電離地點(diǎn)無關(guān)。負(fù)離子的形成會(huì)使脈沖的快成分受損失。所以脈沖電離室要注意氣體純度，減少負(fù)電性氣體雜質(zhì)。2006-928中國(guó)科大汪曉蓮幾點(diǎn)結(jié)論電離室及所有氣體探測(cè)器的輸出脈沖都是由于電子和正離脈沖電離室輸出電流脈沖大小平板電離室不通過電阻R而直接接高壓V0，陰極接地。由于沒有R，集電極外面的負(fù)電荷很快通過外電路流到電源內(nèi)，形成電離室電離電流。當(dāng)電子和正離子到達(dá)電極后，與極板上感應(yīng)電荷中和，因而外電路中電流消失，從而在外電路產(chǎn)生一個(gè)電流脈沖信號(hào)。2006-929中國(guó)科大汪曉蓮脈沖電離室輸出電流脈沖大小平板電離室不通過電阻R而直接接

脈沖電離室輸出電流脈沖波形t1：開始有電子到達(dá)集電極的時(shí)間；t2：全部電子到達(dá)集電極的時(shí)間t3：開始有正離子到達(dá)陰極的時(shí)間；t4：全部正離子到達(dá)陰極的時(shí)間2006-930中國(guó)科大汪曉蓮脈沖電離室輸出電流脈沖波形t1：開始有電子到達(dá)集電極的時(shí)六、脈沖裂變電離室探測(cè)中子通量的涂裂變物質(zhì)的脈沖電離室，工作在收集電子方式。使用電壓脈沖輸出，電離室和前置放大器盡可能靠近。電離室工作在高溫、高輻照本底場(chǎng)合。前置放大器和測(cè)量?jī)x器必須遠(yuǎn)離電離室，只能使用電流脈沖輸出和電流放大器。由于電流放大器輸入阻抗極低，長(zhǎng)電纜影響就小。脈沖電離室的坪特性1.甄別閾坪特性p68圖3－102.高壓坪特性2006-931中國(guó)科大汪曉蓮六、脈沖裂變電離室探測(cè)中子通量的涂裂變物質(zhì)的脈沖電離室，工作七、電流電離室記錄大量入射粒子引起的總電離效應(yīng)，平均電離電流。根據(jù)測(cè)得的電離電流可以確定粒子束或源的強(qiáng)度。用飽和電流曲線表示電流電離室的工作特性。影響飽和特性的因素：1)射線的種類和強(qiáng)度；2)充氣的種類和純度；3)電離室的結(jié)構(gòu)等。2006-932中國(guó)科大汪曉蓮七、電流電離室記錄大量入射粒子引起的總電離效應(yīng)，平均電離電流§3-3正比計(jì)數(shù)器工作于正比區(qū)，發(fā)生氣體放大現(xiàn)象，即被加速的原初電離電子在電離碰撞中逐次倍增而形成電子雪崩。收集極上的感應(yīng)的脈沖信號(hào)幅度V是原初電離感生應(yīng)脈沖幅度的M倍。優(yōu)點(diǎn)：脈沖幅度較大，比電離室大102－104倍；靈敏度高，適合于探測(cè)低能電子和X射線；脈沖幅度幾乎與原初電離位置無關(guān)。所以，既能用于粒子計(jì)數(shù)器又能做能譜測(cè)量。M：氣體放大倍數(shù)N0：原初電離對(duì)數(shù)C：電容－：負(fù)極性脈沖2006-933中國(guó)科大汪曉蓮§3-3正比計(jì)數(shù)器工作于正比區(qū)，發(fā)生氣體放大現(xiàn)象，即被加Electronsliberatedbyionizationdrifttowardstheanodewire.Electricalfieldclosetothewire(fewtensofm)issufficientlyhigh(>10kV/cm)forelectronstogainenoughenergytoionizefurther---avalanche–exponentialincreaseofnumberofelectronionpairs.一、工作原理和脈沖波形1.Gasamplification2006-934中國(guó)科大汪曉蓮ElectronsliberatedbyionizatChoiceofGas:Densenoblegases.Energydissipationmainlybyionization.(highspecificionization)(Ar)Quenchers:

De-excitationofnoblegasesonlyviaemissionofphotons;e.g.11.6eVforAr.Thisisaboveionizationthresholdofmetals;e.g.Cu7.7eV.Additionofpoly-atomicgasasaquencher.CH4;i-C4H10;CO2…Methane:absorptionband7.9-14.5eVAmplificationfactororGain2006-935中國(guó)科大汪曉蓮ChoiceofGas:Amplificationfat(ns)2006-936中國(guó)科大汪曉蓮t(ns)2006-936中國(guó)科大汪曉蓮二、正比計(jì)數(shù)器的特性坪特性：坪長(zhǎng)坪斜起始電壓和工作電壓坪特性與工作氣體類型、混合比、壓強(qiáng)、以及管子的尺寸有關(guān)。2006-937中國(guó)科大汪曉蓮二、正比計(jì)數(shù)器的特性坪特性：2006-937中國(guó)科大汪曉能量分辨率和能量線性響應(yīng)能量分辨率能量線性響應(yīng)輸出脈沖幅度正比于入射粒子能量；主要受空間電荷效應(yīng)限制。高計(jì)數(shù)率特性探測(cè)效率壽命2006-938中國(guó)科大汪曉蓮能量分辨率和能量線性響應(yīng)2006-938中國(guó)科大汪曉蓮三、正比計(jì)數(shù)器的構(gòu)造和應(yīng)用BF3正比計(jì)數(shù)器和其他中子探測(cè)器1）BF3正比計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)為圓柱形管狀，中心陽(yáng)極絲是鎢絲，外殼有金屬和玻璃兩種。金屬外殼兼做陰極。無需特殊窗。內(nèi)充BF3氣體。做慢中子計(jì)數(shù)器。2）利用核反沖法的含H的正比計(jì)數(shù)器和利用核反應(yīng)法的3He的正比計(jì)數(shù)器，用以測(cè)量中子能譜。X射線和低能射線正比計(jì)數(shù)器1）一般也是圓柱形結(jié)構(gòu)，有側(cè)窗式和端窗式，窗有各種形狀，常用云母片(3mg/cm2)、鈹片(100-300m)和有機(jī)薄膜(4-50m)。2）0.05-1.5KeV的X射線用充Ar流氣式正比計(jì)數(shù)器；2-10KeV的X射線用100-150mBe窗，充Ar氣；>10KeV的X射線充Xe，以提高探測(cè)效率。2006-939中國(guó)科大汪曉蓮三、正比計(jì)數(shù)器的構(gòu)造和應(yīng)用BF3正比計(jì)數(shù)器和其他中子探測(cè)器2流氣式4正比計(jì)數(shù)器測(cè)量和放射性的絕對(duì)強(qiáng)度；放射源放在計(jì)數(shù)器內(nèi)，避免窗吸收，測(cè)量立體角達(dá)到4。位置靈敏正比計(jì)數(shù)器用于人造衛(wèi)星上全天空X射線監(jiān)測(cè)的正比計(jì)數(shù)器，由6個(gè)單獨(dú)的正比計(jì)數(shù)器組成，相互間用金屬絲隔開。中間一個(gè)是主計(jì)數(shù)器，其他5個(gè)作反符合單元使用。2006-940中國(guó)科大汪曉蓮流氣式4正比計(jì)數(shù)器2006-940中國(guó)科大汪曉蓮§3-4G-M計(jì)數(shù)器工作在電離放大曲線的第五區(qū)，M>105。電子雪崩持續(xù)發(fā)展，形成自激放電，增殖的離子對(duì)總數(shù)與原電離無關(guān)。Q0＝MN0e＝常數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：1）靈敏度高；2）脈沖幅度大；3）穩(wěn)定性高4）計(jì)數(shù)器大小和幾何形狀可以按要求有較大變化；5）使用方便，成本低，制作工藝和儀器電路均較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：1）不能鑒別粒子的類型和能量；2）分辨時(shí)間長(zhǎng)，不能用于高計(jì)數(shù)率場(chǎng)合；3）正常工作的溫度范圍??；4）有假計(jì)數(shù)。2006-941中國(guó)科大汪曉蓮§3-4G-M計(jì)數(shù)器工作在電離放大曲線的第五區(qū)，M>10

G－M計(jì)數(shù)器的種類有機(jī)管：惰性氣體＋酒精、乙醚、石油醚、正戊烷等。鹵素管：惰性氣體＋鹵素分子氣體，如：溴氣、氯氣。一、G－M計(jì)數(shù)器的工作原理電子倍增和氣體放大光子－光電子倍增

入射粒子除了產(chǎn)生電離效應(yīng)以外，還會(huì)使原子激發(fā)，原子退激發(fā)過程中產(chǎn)生的光子，可能在陰極或氣體內(nèi)打出光電子，這些光電子在向陽(yáng)極漂移過程中經(jīng)電場(chǎng)加速又引起新的增殖。又會(huì)引起雪崩電離。設(shè)初始產(chǎn)生N0個(gè)電子，氣體放大倍數(shù)為M0，每個(gè)電子產(chǎn)生一個(gè)光電子的幾率為，則2006-942中國(guó)科大汪曉蓮G－M計(jì)數(shù)器的種類有機(jī)管：惰性氣體＋酒精、乙醚、石油醚、在G－M計(jì)數(shù)器中，M0已經(jīng)很大，所以

M0>1，即一次光子－光電子增殖過程后產(chǎn)生的光子數(shù)比倍增前的光子數(shù)多，或者說一個(gè)電子倍增后產(chǎn)生的光電子數(shù)大于1，故新的增殖過程將繼續(xù)，在氣體放大中起主要作用。由于光子各向同性發(fā)射，氣體放大不再只局限在初始電離所限定的小范圍內(nèi)，而是在氣體內(nèi)或陰極上到處產(chǎn)生光電子，使離子增殖沿陽(yáng)極絲方向擴(kuò)展，以至整個(gè)陽(yáng)極絲附近都會(huì)產(chǎn)生正負(fù)離子對(duì)。這種現(xiàn)象稱作雪崩再生。光子－光電子倍增2006-943中國(guó)科大汪曉蓮光子－光電子倍增2006-943中國(guó)科大汪曉蓮正離子鞘：陽(yáng)極絲附近產(chǎn)生的大量正負(fù)離子對(duì)，電子很快漂移到陽(yáng)極而留下大量正離子，它們包圍住陽(yáng)極絲，形成一個(gè)正離子鞘，使陰極電場(chǎng)下降，氣體放大倍數(shù)相應(yīng)地減小，直到陽(yáng)極絲附近電場(chǎng)下降至使M01，從而不再產(chǎn)生光子－光電子增殖為止。輸出脈沖：基本上是由于正離子鞘運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。在電場(chǎng)作用下，正離子鞘向陰極移動(dòng)，在陽(yáng)極上感應(yīng)出一個(gè)電壓脈沖，其大小決定于正離子鞘的總電荷，而與入射粒子的種類、能量、初電離地點(diǎn)無關(guān)。2006-944中國(guó)科大汪曉蓮正離子鞘：陽(yáng)極絲附近產(chǎn)生的大量正負(fù)離子對(duì)，電子很快漂移到陽(yáng)極猝滅：當(dāng)正離子到達(dá)陰極時(shí)，將和陰極的金屬電子中和，中和放出的電離能和陰極材料電子的脫出功之間的能量差，不是以光子形式輻射，而是在陰極上產(chǎn)生光電子進(jìn)入氣體。此時(shí)中心陽(yáng)極附近的電場(chǎng)已經(jīng)恢復(fù)，這些電子可能引起新的雪崩，形成第二次放電，出現(xiàn)第二個(gè)脈沖。將會(huì)造成假計(jì)數(shù)，形成多次放電振蕩現(xiàn)象或連續(xù)放電。因此必須消除二次放電。這叫猝滅。猝滅的兩種辦法：1）外電路猝滅：利用計(jì)數(shù)器輸出的負(fù)脈沖。2）自猝滅：在惰性氣體中加少量多原子分子氣體，充酒精的叫有機(jī)管，充鹵素氣體的叫鹵素管。2006-945中國(guó)科大汪曉蓮猝滅：當(dāng)正離子到達(dá)陰極時(shí)，將和陰極的金屬電子中和，中和放出的猝滅的機(jī)制猝滅氣體的電離電位比惰性氣體的低。例如Ar是15.8eV，而酒精是11.3eV。當(dāng)Ar的正離子鞘向陰極移動(dòng)時(shí)，與酒精分子碰撞，Ar離子很容易奪走酒精分子的電子而還原成Ar原子，酒精分子則變成正離子，并放出一個(gè)能量很小的光子，這些光子又被酒精分子強(qiáng)烈吸收。由于酒精含量不少，所以Ar離子幾乎全部被還