辐射探测器与检测技术.ppt

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1、核辐射探测器吉林大学公共卫生学院辐射防护教研室杨湘山核辐射探测器的历史和我们的原子物理，亚原子物理知识的增长是同时发展的。每当核物理学家观察到一种由原子粒子引起的新效应，他都试图利用这种效应制成一种探测器。核辐射探测器利用核辐射与物质相互作用所产生的电离效应、发光现象、物理或化学变化进行核辐射探测的元器件称为核辐射探测器。概括地讲，核辐射探测器的主要作用是把进入探测器灵敏区域的核辐射转变成为信号处理设备能够觉察出来的信号，例如电信号、光信号、声信号、热信号等。探测器给出的信息能够直接或间接地确定核辐射的种类、能量、强度或核素寿命等

2、。用于各种目的的核辐射探测器种类很多，工作原理也不尽相同。按探测核辐射的物理过程可分为两大类：电离型探测器和发光型探测器。常用的电离型探测器有电离室、正比计数管和盖革—弥勒计数管(G-M计数管)、半导体探测器等。闪烁探测器、切伦科夫探测器、热释光探测器等属于发光型的探测器。探测器由下列三部分构成1.灵敏区2.结构部分3数据输出机构按材料分类1.气体探测器2.闪烁探测器3.半导体探测器核辐射探测器气体探测器闪烁探测器半导体探测器径迹探测器核辐射探测器带电粒子使气体原子电离而形成负电子和正离子对的现象称为气体的电离。电离出来的电子称为

3、次级电子，其中一些能量较大的电子还可以使气体分子电离。通常，我们把由带电粒子直接产生的电离叫做原电离，而把由次级电子所产生的电离叫做次电离。原电离和次电离之和称为总电离。初级电离：入射粒子与气体分子或原子直接碰撞而导致的气体电离；次级电离：直接电离所产生的电子或紫外光及X射线而导致的气体电离。复合过程：正离子和电子或负离子复合成中性粒子的过程。一、气体的电离大量的实验表明：在相当大的能量范围内，入射粒子在气体：中产生的总电离离子对数目N0与它在气体中损失的能量E成正比，即式中，W称为平均电离能，它表示入射粒子在气体中产生一对离子对

4、所平均消耗的能量。气体探测器二、电子和离子在气体中的运动规律1.电子和粒子的漂移外加电场－－定向运动－－漂移离子漂移速度103厘米/秒，在电子是；离子的103倍2.电子和离子的扩散密度大－－－密度小－－运动3.电子和离子的复合电子－－离子，正离子－负离子气体探测器三、离子的收集和电压－电流曲线测量仪器cab+-+-+-放射源离子收集装置示意图v1.装置图气体探测器三、离子的收集和电压－电流曲线2.电压电流曲线A区：复合区B区：电离室区（饱和区）C区：正比区（10－104）D区：有限正比区E区：盖革－米勒区F区：连续放电区气体探测器

5、的特点：探测器的灵敏体积大小和形状几乎不受限制；没有辐射损伤或极易恢复；经济可靠。四、电离室电离室就是工作在饱和区的气体探测器。原则上它既不存在复合，也没有气体放大，入射粒子电离产生的全部电子和正离子都被收集到正负电极上。电离室上加的工作电压必须在图1-2中的Va～Vb。之间。对于不同大小、不同结构和充不同气体的电离室，为了达到收集电荷的饱和状态，外加电压是不相同的，可以从几十伏特到上千伏特不等。气体探测器四、电离室（ionizationchamber）阳极++++++++--------阴极测量仪器ab+-+-+-v脉冲电离室：

6、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。（计数电离室）V=eNi/C电流电离室：记录大量粒子平均效应，主要用于测量X,g,b和中子的强度或通量。（累积电离室）I=neNi气体探测器四、电离室(1)测量γ射线(或X射线)照射量(2)测量吸收剂量(3)测量放射性气体应用五、正比计数管+-+-+-阳极阴极正比计数管工作在气体探测器特性曲线的正比区。此区存在气体放大作用，即初电离产生的电子从电场获得能量足以产生次电离，而且次电离电子还可以使气体电离，离子对数目逐步增殖，但最后形成的总离子对数保持与初电离成正比关系。于是在收集

7、极上感生的脉冲幅度将是原电离感生的脉冲幅度的M倍。五、正比计数管（proprotionalcounter）4.正比计数管的气体放大机制当射线通过正比计数管电极间的气体时，电离产生的电子和正离子在电场作用下，分别向阳极和阴极漂移。正离子的质量大，且沿漂移方向的电场又是由强到弱，因此电场的加速不足以使它与气体发生电离碰撞。而电子则不然，漂移越接近阳极，电场强度越大。到达某一距离以后，电子在平均自由程内获得的能量足以与气体分子发生电离碰撞，产生新的离子对。同样，新的电子又被加速再次与气体发生电离碰撞，产生更多的新离子对。漂移电子越接近阳

8、极，电离碰撞的概率越大。于是不断地增殖，增殖的结果将产生大量的电子和正离子，这就是气体放大过程。2ra气体探测器五、正比计数管（proprotionalcounter）+-+-+-阳极阴极1.正比计数管的结构2.正比计数管的优点第一，脉冲幅度大比电