第四章 核辐射探测器

第四章核辐射探测器核辐射测量方法4.1概述1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α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4.1概述1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4.1概述2探测器的分类气体探测器:电离室、正比计数器、G-M计数器。闪烁计数器半导体探测器其它探测器核辐射测量方法4.2气体探测器4.2.1气体中电子和离子的运动规律1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4.2气体探测器4.2.1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气体中，电离后生成的电子和离子的运动：①杂乱无章的热运动②定向运动：ⅰ沿电场方向漂移ⅱ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4.2气体探测器4.2.1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电子与气体分子碰撞时，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4.2气体探测器4.2.1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4.2气体探测器4.2.1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第Ⅰ区，电离电流随电压增大而增加。第Ⅱ区称为饱和区或电离室区。第Ⅲ区称为正比区。第Ⅳ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4.2气体探测器4.2.2电离室1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4.2气体探测器4.2.2电离室2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4.2气体探测器4.2.3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4.2气体探测器4.2.3正比计数器1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4.2气体探测器4.2.3正比计数器2放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4.2气体探测器4.2.4G-M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4.2气体探测器4.2.4G-M计数器1G-M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）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。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4.2气体探测器4.2.4G-M计数器2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。