气体探测器ppt课件.ppt

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1、第四章气体探测器§4-1气体探测器的基本原理§4-2三种基本的气体探测器§4-3气体多丝室§4-4平行板电极型气体探测器§4-5微电极型气体探测器2021/9/291粒子探测气体探测器工作介质是气体，入射带电粒子引起气体电离。气体探测器的特点：物质密度小；时间响应快；空间分辨高；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。2021/9/292粒子探测§4-1气体探测器的基本原理气体电离：当带电粒子通过气体时，与气体分子的电离碰撞而逐次损失能量，最后被阻止在探测器中。碰撞的结果使气体分子电离或激发，并

2、在粒子通过的径迹上生成大量的电子－离子对。上述电离过程包括入射粒子直接与气体分子碰撞引起的电离，以及由碰撞打出的高速电子（电子）引起的电离。入射粒子能产生电离的最小能量：原初电离：入射粒子和气体分子直接作用产生的电离对数目。次级电离：电离的次级粒子再次和气体分子作用产生的电离对数目。总电离N0：等于原初电离＋次级电离平均电离能：带电粒子在气体中产生一对电离粒子所需的平均能。气体原子的电离电位入射粒子质量一、气体的电离2021/9/293粒子探测入射粒子的能量在气体探测器中的能量损失可分为三部分1）用于产生电离离子对数2）用于使

3、气体原子激发3）转化为气体原子和离子对的动能因此，产生一对电离粒子所需要的平均能量W比电离电位I0要大，W称为平均电离能。入射粒子在气体中损失的能量平均电离能2021/9/294粒子探测IonizationofgasesTheactualnumberofprimaryelectron/ionpairsisPoissondistributed.averagenumbermDetectionefficiencyForexamplefor1mmlayerofAr:mprimary=2.5→εdet=0.92100electron/io

4、npairscreatedduringionizationprocessisnoteasytodetect.Typicalnoiseoftheamplifier≈1000e-(ENC)→gasamplification.2021/9/295粒子探测混合气体的平均电离能平均电离能与气体种类有关（p99表4.1.1）总电离与入射粒子在气体中损失能量成正比，这是我们由总电离的测量来确定入射粒子能量的依据。实验测得平均电离能是统计平均值，其统计涨落会使单能谱展宽，形成能量测量的固有分辨。Z：原子序数P：气体比分2021/9/296粒子探

5、测表4.1.1气体探测器一些常用气体的特征参数2021/9/297粒子探测二、电子和离子在气体中的运动不加外电场时，电子和离子与气体分子不断碰撞，三种运动状况：扩散：从密度大的区域向密度小的区域扩散运动电子吸附：电子被中性气体原子俘获形成负离子复合：电子和正离子复合形成中性原子加外电场时，电子和离子沿电场方向分别向正负电极做漂移运动。漂移运动有利于总电离的收集，是我们需要的。前三种运动不利于总电离的收集，造成能量测量误差，应设法减小它们的影响。2021/9/298粒子探测1.离子的漂移运动稳定状态下离子的漂移速度迁移率与气体性质

6、和电离粒子质量有关。对重离子就每一种气体而言，其迁移率在相当宽范围内与E/P无关（E/P3103V.cm-1.atm-1），近于常数。当E/P很高时，值不再是与E/P无关的常数。负离子的值和正离子的值是同数量级的，绝大部分－比＋大一些，这与气体纯度有关。（p103表4.1.3）电场强度气体压力约化场强离子迁移率2021/9/299粒子探测2.电子的漂移运动电子的漂移速度的定性表达式电子漂移速度的精确计算公式电子平均自由程电子速度2021/9/2910粒子探测对于电子，值只在E/P很窄一段范围内近似于常数，在其他范

7、围主要取决于E/PE/P较小时，电子漂移速度比离子漂移速度大三个数量级，约为106cm/s。电子的漂移速度对气体成分非常灵敏。在惰性气体（如Ar等）中加入多原子分子气体（如CO2和CH4等），可大大增加电子漂移速度。2021/9/2911粒子探测存在外磁场时的电子漂移在外加电场和磁场下，电子受到电场力和洛伦兹力的作用解方程得电子漂移速度当电场垂直磁场，漂移速度沿着与电场夹角为的方向洛伦兹角漂移速度大小电子迁移率电子回旋频率2021/9/2912粒子探测3.电子和离子的扩散电子和离子因空间密度不均匀而由密度大的空间向密度小的空间

8、扩散。在扩散过程中，电子和离子与气体分子发生多次碰撞，损失能量，最终达到气体的热运动平衡能量分布。在室温下并遵从麦克斯韦能量分布规律：单位时间内通过空间一点单位面积的粒子流数目扩散常数粒子密度梯度负号表示粒子流方向与粒子密度梯度方向相反。2021/9/2913粒