第三章核辐射探测器简介ppt课件.ppt

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1、第三章核辐射探测器简介第一节引言射线探测器：分为气体探测器和固体探测器，固体探测器中又分为闪烁探测器和半导体探测器。常用的气体探测器：电离室、正比计数器和G－M计数管等。均以气体为探测介质，利用了射线在气体中的电离现象。入射的带电粒子通过气体时，与气体分子发生非弹性碰撞而逐渐损失其能量，最后被阻止下来。碰撞使气体分子电离或激发，并在入射粒子通过的径迹上生成大量的离子对（电子正离子对）。基本术语：电离：入射的带电粒子与气体分子发生碰撞，气体分子获得的能量大于核外电子的结合能时，这些轨道电子会脱离原子核的束缚而成为自由电子。这个过程叫气体分子的

2、电离。发射出的自由电子和失去壳层电子的气体分子—正离子称之为该过程的产物—离子对。第三章核辐射探测器简介激发：碰撞后，如果气体分子所获得的能量还比较小，不足以引起壳层电子的电离时，壳层电子就只能从能量较低的能级跃迁到能量较高的能级，这个过程称之为激发。初电离:由入射的带电粒子直接与气体分子发生碰撞而引起的电离叫初电离。由初电离产生的出射电子叫电子。次电离：由初电离产生的高速电子与气体分子继续发生碰撞产生新的电离。这种电离过程叫做次电离。总电离：由初电离和次电离产生的离子对的总和叫总电离。比电离：入射粒子在单位路程上所产生的离子对数目叫比电

3、离。比电离又分为初比电离、次比电离和总比电离。第三章核辐射探测器简介电离能：入射的带电粒子在气体中产生一个离子对所需要消耗的平均能量叫电离能(W)。射线在气体中产生的离子对数目与它在气体中损失的能量成正比(N=E/W)。对于不同能量的同一种粒子或不同种类的粒子在同一种气体中的电离，其电离能都很相近。在常用气体中，W30eV（电子伏）。射线在气体当中的电离能差不多是其最低电离电位的两倍。因为很多能量要消耗在使气体分子的激发上，导致分子的热运动。电离的分布服从泊松分布:电离碰撞是随机的过程，即使入射粒子损失同样的能量，产生的总电离也仍然会有统计

4、涨落。涨落的大小可用标准偏差来表示：F为法诺因子0.3

5、有关。P>10-4的气体称为负电性气体(O2、水蒸气和卤素气体)；惰性气体(H2、N2、CH4)等捕获电子流的几率很小，P10-4。电子被负电性气体捕获的几率还与电子的能量有关。第三章核辐射探测器简介如果在工作气体中含有负电性气体的杂质，电子被捕获形成负离子的机会将大大地增加，从而增加了复合损失。需要时应将工作气体进行纯化。减小负电性气体杂质影响的另一种方法是在单原子分子气体中添加少量的双原子分子或多原子分子气体，不但能使电子的漂移速度增加，还能使电子被捕获的几率减小。在有外加电场的情况下，自由电子和离子在外加电场的作用下，要做定向运动—漂

6、移。离子的漂移：漂移速度与外加电场的强度成正比，而与气体的压力成反比离子迁移率的大小与气体的性质有关在标准大气压下，对一般的气体、离子迁移率的数量级为1cm/S.V。在气体探测器的条件下，离子的漂移速度一般为103cm/s，比离子杂乱运动的速度小很多。第三章核辐射探测器简介电子的漂移：电子的漂移与离子漂移不同。电子的漂移速度与约化场强不成正比关系。和离子相比，电子的质量约小103倍，电子的平均自由程比离子的平均自由程大数倍。在平均自由程内，电子获得较大的动能，有更大的漂移速度。电子的漂移对气体的成份非常灵敏，如果在单原子分子气体(Ar、X

7、e、Kr等)中加入少量的多原子分子气体(CO2、CH4等)，电子的漂移速度可提高一个数量级。电子和离子在电极上的收集：气体探测器从本质上讲，就是一个离子收集器，收集器通常由高压电极和收集电极组成。电极间充有气体，两个电极上加有一定的电压。放射源的辐射使电极之间的气体电离，产生正负离子对，在外加电场的作用下，电子和正离子分别向正极和负极漂移，最后收集到电极上。气体电离生成离子对后，由于静电感应，在两个电极上会有感应电荷生成，生成的感应电荷随着离子对的漂移而变化，在输出电路中形成电离电流。第三章核辐射探测器简介电流的强度将取决于被电极收集的离子对

8、数目。这种电讯号经过电子学仪器的成形放大，最后被分析、记录。随着加在两个电极上工作电压的变化，在输出回路中形成的电离电流的强度也不同。这种电流随电压变化的关系曲线叫