辐射探测器课件.ppt

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1、核技术应用与辐射防护第三章辐射探测器引言辐射探测器是指在射线作用下能产生次级效应的器件，而且这种次级效应能被电子仪器所检测。多数探测器是根据射线与物质相互作用使物质的原子或分子电离或激发效应制成的，它可以把射线的辐射能量转变为电流、电压信号以供电子仪表记录和分析，或转变成辐射粒子的径迹以供分析。因此辐射探测器是一种能量转换元件，是辐射测量装置的基础组成部分。3.1气体电离探测器图3-1气体电离探测器原理图3.1.1电场下的气体电离电离所产生的电子和正离子在电场作用下的运动形式是多样和复杂的，除了热运动外，还包括扩散、漂移和复合等。电子和正离子从密度较大的空间向密度较小的空间运动的过

2、程称为扩散。扩散能力与气体的性质、温度和压强等有关。对于不同气体，离子的扩散系数一般在200～500cm2·s-1，而电子的扩散系数比离子大得多。扩散过程将影响气体电离探测器电脉冲的时间特性在电场作用下，电子和正离子分别向正负电极作定向运动的过程称为漂移。气体成分确定时，离子的漂移速度与电场强度E成正比，与气体压力P成反比。电子的漂移速度不服从此规律，其值比离子大1000倍，而且对气体的成分非常敏感。电子和离子的漂移速度直接影响气体电离探测器输出脉冲的上升时间和宽度。电子和正离子、或正离子和负离子在运动过程中发生碰撞重新成为中性原子或分子的过程称为复合。单位时间内，电子和正离子、或

3、正离子和负离子复合成中性原子或分子的数目叫做复合率，其正比于电子和离子的密度，其中的比例系数称为复合系数，与气体的性质、温度、压强等有关。复合率的大小直接影响气体电离探测器的工作电压和线性范围。由于气体在射线作用下存在复杂物理过程，所以，气体电离探测器的工作电压和电离电流之间有着复杂的关系。图3-2典型的气体电离探测器的伏安特性曲线图3-2典型的气体电离探测器的伏安特性曲线Ⅰ区（复合区）：电离电流随工作电压的增加急剧上升，反映出电离过程中，电离的复合损失随着电压升高急剧减小。图3-2典型的气体电离探测器的伏安特性曲线Ⅱ区（饱和区）：电离电流已不随两极电压的升高而改变，电离电流趋向饱

4、和，它反映正负离子和电子已被全部收集。图3-2典型的气体电离探测器的伏安特性曲线Ⅲ区（正比区）：随着电压的增加，初电离产生的电子在电场中得到能量后使气体进一步电离，电离电流随电压的增加而又增加，离子对数目可增加到初电离离子对数的l0000倍，这时工作气体本身已具有放大作用。在这一工作区，电离电流不仅正比于工作电压，而且正比于初电离的离子对数，亦即正比于射线在探测器中消耗的能量。图3-2典型的气体电离探测器的伏安特性曲线Ⅳ区（有限正比区）：由于电压过高，空间离子密度很大，在空间电荷效应的影响下，使气体放大倍数不仅和工作电压有关，而且和初电离大小有关，初电离增大，气体放大倍数减小。不同

5、能量粒子产生的两条伏安特性曲线β1、β2，在该区中随着工作电压的增加，电离电流最后趋于相等。图3-2典型的气体电离探测器的伏安特性曲线Ⅴ区（自激放电区或称盖革区）：在这一工作区，气体放大倍数急剧增大，形成自激放电。此时，不管初电离的大小和位置如何，电离电流的变化不大，工作于该区的探测器称盖革一缪勒计数器。►电离室特点电离室是最早使用的气体电离探测器之一。由于它结构简单、牢靠，几何形状可做成各种各样，工作性能稳定，适合于测量各种射线，并能在较宽范围内测量照射量、射线强度等，因此电离室至今仍被广泛应用于射线测量中。3.1.2电离室美国联合系统公司生产的900型多功能数字核辐射仪FHT1

6、92加压电离室►电离室工作原理电离室相当于一个充气的密封电容器。电离室原则上可以做成任意形状的两个电极，中间充以空气或其他工作气体。当射线与工作气体作用时，气体分子电离，产生电子和正离子。如果在电离室的两极上加上工作电压，则电子和正离子便分别向正负电极做定向漂移。最终在电极上形成电荷积累，产生输出信号。HPIC-300高压电离室井型电离室►电离室结构（a）平行板电离室（b）圆桶形电离室图3-3电离室结构原理图►电离室的分类及用途⑴脉冲电离室：测量单个脉冲的电离室，适合于测量射线强度。⑵电流电离室：测量入射粒子产生的饱和电离电流的电离室，又称为累计电离室。电流电离室具有测量范围宽、能

7、量响应好和工作稳定可靠等优点，广泛应用于X射线和γ射线的剂量测量。电流电离室也是测量放射性气体的重要探测器。电离室没有气体放大作用，其输出的电离电流很弱，因此要特别考虑弱电流测量的要求。►正比计数管工作原理如果在两个电极间施加的电压超过饱和电压时，由于电场强度增加，造成由电离产生的电子有足够能量在气体中进一步产生次级电离，甚至次级电离的电子还能够引起进一步的电离。这样由电极收集到的电荷将远大于初电离数，而且与电极间的电压有关，这就是气体放大作用，也就是正比计数管的工作