6核辐射探测器-(硕1)(张)讲解.ppt

脉冲电离室的性能 脉冲幅度谱与能量分辨率 脉冲电离室常用来测量带电粒子的能量：对单能带电粒子，若其全部能量都损耗在灵敏体积内，则脉冲电离室输出电压脉冲的幅度反映了单个入射带电粒子能量的大小 能量分辨率 多道测量的脉冲幅度谱 能量分辨率： 半高宽度 能量分辨率反映了谱仪对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 电离室的饱和特性曲线 脉冲幅度h与电离室工作电压V0的关系 影响因素：离子和电子的复合或扩散效应 饱和特性曲线形成的物理过程： 饱和区斜率的原因：工作电压的升高使灵敏体积增加及负离子的释放 V0 h V1 饱和电压 N0 探测效率 电流电离室 通过测定单位时间内入射核辐射粒子在电离室内产生的平均电离电流来探测核辐射 若单位时间入射的粒子数为nλ，每个粒子在电离室内平均的能量损失为E，则电流电离室输出的平均电流为 角标“饱和”的意义是因为电离室电极间加的电场不足以引起气体放大，但能把核辐射在灵敏体积内产生的电子和正离子全部收集，达到最大电荷收集数N0，外加电压增加，收集的电荷数不再增加，即电离室输出的I不再增加达到饱和。 电流电离室的应用 测量γ射线（或X射线）照射量 测量吸收剂量 吸收剂量定义为在给定物质中由电离辐射传递单位质量物质的平均能量 测量放射性气体 正比计数器 正比计数器 正比区 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。 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: 强电场下气体放电 雪崩 电子在气体中的电离碰撞过程，发生雪崩的阈值电场：ET ~106V/m 气体放大 非自持放电：雪崩从产生到结束，只发生一次 自持雪崩： 通过光子的作用和二次电子发射，雪崩持续发展，也叫自持放电 正比计数器(Proportional Counter） 正比计数器中，利用碰撞电离将入射粒子直接产生的电离效应放大了，使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大。 对直接电离效应放大的倍数称为“气体放大倍数”，以M表示，在一定的工作条件下，M保持为常数。 正比计数器属于非自持放电的气体电离探测器 工作原理 结构上必须满足实现碰撞电离的需要，而在强电场下才能实现碰撞电离 在一个大气压下，电子在气体中的自由程约 10-3～10-4cm，气体的电离电位～20eV。要使电子在一个自由程就达到电离电位，场强须104V/cm 为达到这一要求，一般采用非均匀电场，以圆柱型为主 工作原理 中心阳极的电位相对于阴极为正电位，当核辐射进入正比计数管灵敏体积后，使气体电离产生电子和正离子（称为初电离） 电离电子在向中心电极漂移过程中不断从电场获得能量，当其能量足够使气体电离时，产生新的离子对（称为次电离） 次电离电子在向中心阳极漂移过程中又被加速再使气体电离，产生更多的离子对。电子越接近阳极，电离气体的概率越大，于是离子对不断的增殖，这就是气体放大，也称为电子雪崩 脉冲电压近似与入射粒子能量成正比 正比计数器 正比计数管一般为圆柱形结构，和圆柱形电离室一样，其灵敏体积距中心r处的电场为： a和b分别是中心阳极和圆筒形阴极的半径；V0为两电极间所加电压（称为工作电压） 放大倍数M＝N/N0 M的大小决定于气体性质、压强、工作电压和电极半径。 在r＝b时场强最小，r＝a时场强最大 定义: VT 称为正比计数器的起始电压(阈压). 对于一个确定的正比计数器，只有当工作电压V VT 时，才工作于正比计数器工作区，否则工作于电离室区 当V 0 VT 时，仅在 r0～a 区间内发生碰撞电离 一般r0很小，和a是同一量级，这样入射粒子在 r0 内产生电离的可能性很小，可以忽略。因此，在不同位置射入的入射粒子所产生的电离效应在正比计数器中都经受同样的气体放大过程，都有同一个气体放大倍数。 正比计数器输出信号主要由正离子漂移贡献 离子对的漂移 电子在气体中的飘逸速度 吸附效应 分 复合效应 复合有两个过程：电子与正离子，或负离子与正离子，相遇时可能复合成中性的原子或分子 复合引起的离子对数目的损失率：?为复合系数 一旦形成了负离子，其运动速度远小于电子，正离子与负离子的复合系数要比正离子与电子的复合系数大得多 复合的结果是把许多有用