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1、第四章第四章 核辐射探测器核辐射探测器核辐射测量方法核辐射测量方法4.1 概述概述1 探测器的发展探测器的发展1908年，气体电离室（G-M计数器）问世。1948年，二次大战以后，光电倍增管的应用，使闪烁计数器（Scintillation）得到广泛应用。1940年末，有人发现Ge半导体点接触性二极管在受到粒子 照射时有脉冲输出，受这一物理现象启发，半导体探测器问世了。1960年，半导体探测器得到广泛应用。核辐射测量方法核辐射测量方法4.1 概述概述1 探测器的发展探测器的发展1968年，多丝正比电离室出现，使放冷落的气体探测器又获得了生命力，使核物理测量由高能向低能扩展。1970年初，常温半导
2、体问世。1980年以后，常温半导体得到应用，制成X荧光仪。1960年末至1990年，交替性应用，多面发展，根据测量对象的不同，制作工艺不同，合理选用。核辐射测量方法核辐射测量方法4.1 概述概述2 探测器的分类探测器的分类气体探测器气体探测器:电离室、正比计数器、电离室、正比计数器、G-M计数器计数器。闪烁计数器闪烁计数器半导体探测器半导体探测器其它探测器其它探测器 核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.1 气体中电子和离子的运动规律气体中电子和离子的运动规律1 气体的电离气体的电离 +-.图1.1 气体电离示意图1）带电的入射粒子通过气体2）发生电离或激发3）在通过
3、的径迹上生成大量离总电离=初电离+次级电离平均电离能():带电粒子在气体中产生一对离子所需的平均能量核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.1 气体中电子和离子的运动规律气体中电子和离子的运动规律2 电子和离子的漂移与扩散电子和离子的漂移与扩散 气体中，电离后生成的电子和离子的运动：杂乱无章的热运动 定向运动：沿电场方向漂移 从密度大向密度小的空间扩散+V图1.2 电子定向运动示意图核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.1 气体中电子和离子的运动规律气体中电子和离子的运动规律3 负离子的形成和离子的复合负离子的形成和离子的复合 电子与气体分子碰
4、撞时，可能被捕获而形成负离子。电子被捕获形成负离子的结果使漂移速度大大地减慢，从而增加了复合损失。电子和正离子碰撞或负离子和正离子碰撞可复合成中性原子或中性分子。离子复合几率比电子大几个量级。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.1 气体中电子和离子的运动规律气体中电子和离子的运动规律4 离子的收集和电压电流曲线离子的收集和电压电流曲线 气体探测器利用收集辐射在气体中产生的电离电荷来探测入射粒子。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.1 气体中电子和离子的运动规律气体中电子和离子的运动规律4 离子的收集和电压电流曲线离子的收集和电压电流曲线
5、第区，电离电流随电压增大而增加。第区称为饱和区或电离室区。第区称为正比区。第区称为有限正比区。第V区称为G-M区或盖革区。当外加电压继续增高，便进入连续放电，并有光产生。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.2 电离室电离室1 电离室结构电离室结构 电离室的主体由两个处于不同电位的电极组成，电极之间用绝缘体隔开，并密封于充一定气体的容器内。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.2 电离室电离室2 电离室分类电离室分类1）脉冲电离室，记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。2）电流电离室和累计电离室，分别记录大量辐射粒子平均效应和
6、累计效应，主要用于测量X，和中子的照射量率或通量、剂量或剂量率，它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.3 正比计数器正比计数器 气体探测器工作于正比区时，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中逐次倍增而形成电子的雪崩。于是，在收集电极上感生的脉冲幅度 将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即处于这种工作状态下的气体探测器就是正比计数器。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.3 正比计数器正比计数器1 气体放大机制气体放大机制 设圆柱形计数管的阳极半径为a，电位为Vc；阴极半径为
7、b，电位为 Vk；外加工作电压 ，则沿着径向位置为r的电场强度 为:核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.3 正比计数器正比计数器2 放放脉冲的成形脉冲的成形 脉冲由两部分组成，一部分是电子运动所贡献的，另一部分是正离子运动所贡献的。电子脉冲的幅度 与总脉冲幅度 的比例为：核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.4 G-M计数器计数器 G-M计数器大多是圆柱形的。电源常见接法如图。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.4 G-M计数器计数器1 G-M的特性的特性 坪曲线是衡量G-M计数管性能的重要标志。其主要参数是：1
8、）起始电压。）起始电压。当工作电压超过起始电压后，输出脉冲不再与原电离有关。2）坪斜。）坪斜。在坪区，计数率仍随电压升高而略有增加，表现为坪有坡度，称为坪斜。核辐射测量方法核辐射测量方法4.2 气体探测器气体探测器4.2.4 G-M计数器计数器2 死时间、恢复时间和分辨时间死时间、恢复时间和分辨时间 入射粒子进入计数管引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围的电场削弱，终止了放电。这时，若再有粒子进入就不能引起放电，直到正离子鞘移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止。这段时间称为死时间。经过死时间后，雪崩区的场强逐渐恢复，但是在正离子完全被收集之前是不能达到正常值的。在这期间，粒子进入计数管所产生的脉冲幅度要低于正常幅度，直到正离子全部被收集后才完全恢复，这段时间称为恢复时间。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。