核辐射探测器(监测)描述.ppt

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1、苏州大学放射医学与防护学院万　骏2014年5月辐射探测器学习目标了解探测器的输出回路与输出信号；掌握探测器的工作机制；掌握探测器的主要性能指标；熟悉探测器的典型应用。对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度(数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量。辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。为什么需要辐射探测器？探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：气体探测器；闪烁探测器；半导体探测器；径迹探测器；中子探测器

2、。辐射探测的基本过程：辐射粒子射入探测器的灵敏体积；入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积能量；探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信号。气体探测器均以气体作为探测介质。具有制备简单、性能可靠、成本低廉、使用方便等优点，有广泛的应用。20世纪70年代以来，气体探测器有很大发展，在高能物理和重离子物理实验中获得新的应用，并广泛应用于核医学、生物学、天体物理、凝聚态物理和等离子体物理等领域。气体探测器核辐射引起的气体电离初级电离：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

3、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。气体探测器的特点：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。各种气体探测器气体探测器由于产生信号的工作机制不同，气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、G-M计数器等类型。它们均有各自的特点以及相应的适用领域。核辐射引起气体的电离：入射带电粒子通过气体介质时，使气体分子、原子电离和激发，并在通过的路径周围生成大量离子对。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。若入射粒子的能量为

4、E0，当其能量全部损失在气体介质中时，产生的平均离子对数为：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。这种运动称为“漂移运动”，定向运动的速度为“漂移速度”。它是形成输出信号的基本过程。工作气体：气体探测器的工作介质为气体，工作气体充满电离室内部空间；需要保证气体的成分和压力，所以一般电离室均需要一个密封外壳将电极系统包起来。工作气体有确定的组成，一般为氩气(Ar)加少量多原子分子气体CH4。气体压力：从0.1~10大气压。气体探测器的圆柱型电离室结

5、构高压极负载电阻灵敏体积输出信号：分别为极板电容、分布电容和放大器输入电容。气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、G-M计数器等类型。当在两电极上所加电压不同时，就造成气体探测器的不同工作状态。随着工作电压的升高，在中央阳极附近很小的区域内，电场强度足够强，以至电子在外电场的加速作用下，能发生新的碰撞电离，我们称之为气体放大或雪崩过程。I:复合区II:饱和区III:正比区IV:有限正比区V:G-M工作区VI:连续放电区电离室脉冲电离室：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。电流电离室：记录大量粒子平均效应，主要用于

6、测量X,g,b和中子的强度或通量，剂量或剂量率。0d++++++++--------阳极阴极-U0z脉冲电离室输出信号的测量脉冲电离室的输出信号所包含的信息：1）入射带电粒子的数量；2）入射带电粒子的能量；3）确定入射粒子间的时间关系。通过对输出脉冲数进行测量。通过对输出电压信号的幅度进行测量。通过对输出电压信号的时间进行测量。脉冲电离室的性能1)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：半宽度

7、多道测量的脉冲幅度谱：能量分辨率反映了谱仪对不同入射粒子能量的分辨能力。(1)能量分辨率反映了谱仪对不同入射粒子能量的分辨能力。能量分辨率越小，则可区分更小的能量差别。这是谱仪的最主要的指标。关于能量分辨率的小结：(2)能量分辨率的公式是谱仪所达到的分辨率的极限和理论值。并可检验谱仪的性能。(3)能量分辨率的数值是对某一能量而言的，它与入射粒子能量的关系为2)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：随工作电压的升高而使灵敏体积

8、增加及负离子的释放。V0hV1饱和电压3)电离室的坪特性曲线当输出脉冲幅度饱和后，计数率不再随工作电压而变化，称坪特性曲线。在入射粒子束流不变的情况下：V0n甄别阈h1>h2>h3h1h2h3入射粒子是单能的V1----电离室的计数率