【核电子学基础】2探测器函数变换基础.ppt

一、气体探测器 1.1气体中离子与电子的运动规律 气体的电离与激发 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。 入射粒子直接产生的离子对称为原电离。初电离产生的高速电子足以使气体产生的电离称为次电离。 总电离 =原电离+ 次电离 电离能W：带电粒子在气体中产生一电子离子对所需的平均能量。 对不同的气体，W大约为30eV。 一、气体探测器 1.1气体中离子与电子的运动规律 电子与离子在气体中的运动 当存在外加电场的作用情况时，离子和电子除了与作热运动的气体分子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。 离子的飘移： 在存在电场的情况下，两次碰撞之间离子从电场获得的能量又会在碰撞中损失，离子的能量积累不起来。 电子的漂移： 电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损失的能量很小，因此，电子在两次碰撞中由外电场加速的能量可积累起来。 一、气体探测器 1.1气体中离子与电子的运动规律 一、气体探测器 1.2电离室的工作机制 电离室的工作方式 (1) 脉冲型工作状态 记录单个入射粒子的电离效应，处于这种工作状态的电离室称为：脉冲电离室。 (2) 累计型工作状态 记录大量入射粒子平均电离效应，处于这种工作状态的电离室称为：累计电离室。 一、气体探测器 1.2电离室的工作机制 电离室的基本机构 不同类型的电离室在结构上基本相同，典型结构有平板型和圆柱型。 高压极(K)：正高压或负高压； 收集极(C)：与测量仪器相联的电极，处于与地接近的电位； 保护极(G)：又称保护环，处于与收集极相同的电位； 负载电阻(RL)：电流流过时形成电压信号。 一、气体探测器 平板型电离室 一、气体探测器 圆柱型电离室 一、气体探测器 1.3脉冲电离室 电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒子的能量、时间、强度等。 脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电压信号。 电离室是一个理想的电荷源（其外回路对输出量无影响）。 一、气体探测器 1.3脉冲电离室 电离室可以用电流源I0(t)和C1并联等效。并可得到其输出回路的等效电路。 一、气体探测器 1.4正比计数器（Proportional Counters） 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A表示，在一定的工作条件下，A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。 正比计数器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。 一、气体探测器 1.5 G-M计数管 G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明的一种利用自持放电的气体电离探测器。 G-M管的特点是： 制造简单、价格便宜、使用方便。灵敏度高、输出电荷量大。 G-M管的缺点是： 死时间长，仅能用于计数。 二、闪烁体探测器 闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器。 二、闪烁体探测器 闪烁探测器的工作过程： (1)辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或激发，受激原子退激而发出波长在可见光波段的荧光； (2)荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的光阴极，通过光电效应打出光电子； (3)光电子在光电倍增管里运动并倍增，并在阳极输出回路输出信号。 闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。 二、闪烁体探测器 2.1闪烁体 闪烁体的分类 无机闪烁体： 无机晶体(掺杂) 玻璃体 纯晶体 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等；有机液体闪烁体及塑料闪烁体。 二、闪烁体探测器 2.1闪烁体 光的收集 1) 反射层 在非光子出射面打毛，致使光子漫反射，并再衬以或涂敷氧化镁或氧化钛白色粉末。 2) 光学耦合 为防止光由光密介质到光疏介质发生的全反射，用折射系数 n=1.4~1.8 的硅脂(或硅油)。 3) 光导 常用于闪烁体与光电倍增管的尺寸不符或其它特殊需要。 二、闪烁体探测器 2.2光电倍增管 光电倍增管的结构 二、闪烁体探测器 2.2光电倍增管 光电倍增管的主要性能 光阴极的光谱响应 光阴极受到光照后，发射光电子的概率是入射光波