气体探测器是三类(另外两类是闪烁探测器和半导体探测器)主要辐射探测器中的一类。气体探测器利用辐射对气体的电离作用实现对辐射的探测。
1.气体探测器的原理
气体探测器的探测介质是气体,辐射与气体作用,损失的能量使气体电离,电离产生的离子对数与气体类别、辐射类型和能量相关。在气体中产生一个离子对(电子与正离子,负离子与正离子)所需要的辐射能量称为比电离能。气体种类不同,其值不同,表A-1是部分气体的比电离能值。对一种气体,其大体为25~35eV。
电离产生的离子对,在电场作用下形成电离电流。测量电离电流实现对辐射的探测。
电离是一种统计过程,具有随机性,因此总的电离总是存在统计涨落,它直接影响气体探测器的能量分辨能力。电离产生的电子和正离子,除热运动外存在沿外加电场的定向漂移,存在由电子和离子密度不均匀引起的空间扩散运动,此外,还可发生电子与离子的复合。离子漂移速度正比于电场强度,反比于气体压强。电子漂移速度与电场强度和气体压强不成准确关系,但对气体成分敏感,比离子漂移速度约大1000倍。电子和离子的扩散,影响位置探测器的空间分辨能力。电子与离子的复合,将导致探测器输出信号幅度降低,增加脉冲上升时间。
表A-1 部分气体的比电离能
2.气体探测器的基本结构
气体探测器的基本结构如图A-9所示。两个同轴电极由绝缘体分开,密封在一定气压的容器中。一个为高压电极,一个为收集电极,它们之间加上一定的高压。入射到探测器内气体的辐射使气体电离,产生电子和离子对,在电场作用下,电子和离子分别向两电极漂移,在输出回路形成电流信号。
3.气体探测器的电压-电流曲线
电离过程产生的电子,如果其能量大于电离能,在向阳极运动过程中,可以继续产生电离作用,形成二次电子。一个入射粒子的电离作用与其本身的能量相关,也与阳极和阴极间的电压相关。即气体具有放大作用。如果入射粒子数为n,电离最后得到的电子数为N,则气体的放大倍数为(www.xing528.com)
图A-10 气体探测器放大倍数与电压的关系
在辐射强度恒定的情况下,气体探测器的放大倍数随电压变化的关系如图A-10所示。曲线表示的关系可以分为五个区,即未饱和区、电离室区、正比(计数管)区、盖格(计数管)区等。
在未饱和区,由于电极间电压较低,电子与离子漂移速度小,容易发生复合。随电极间电压增加,漂移速度增大,复合减少,输出电流随电压升高迅速增大。这时,气体无放大作用。在电离室区,由于电极间电压较高,电场足够强,可全部收集产生的电子和离子,电子与离子的复合可忽略。电流稳定,气体的放大倍数为1。在正比(计数管)区,电极间电压继续升高,这时,电场强度足以使二次电子引起新的电离,这使电子离子对数可增加到原电离的104倍或更大。输出的脉冲数正比于入射粒子强度。在盖格(计数管)区(或称为G-M区),电极间电场非常强,这时,探测器内只要有电离产生,就可引起自激放电。输出脉冲高度很大,与入射粒子种类和能量不相关。但输出脉冲数目与入射粒子数目成正比。
在各区之间都存在过渡区,过渡区不适宜作为探测计数。
4.气体探测器的类型
气体探测器的主要类型是电离室、正比计数器和G-M计数器等。
电离室可分为脉冲电离室和直流电离室两类。脉冲电离室只用于测量α射线等比电离能较大的带电粒子。直流电离室广泛用于测量剂量与放射性强度,特别是X和γ射线的吸收剂量与照射量。
正比计数器输出脉冲大小与最初产生的离子对数成正比。利用这一性质既可区分带电粒子的种类,又可测量其能量。其输出信号一般不超过100mV。
G-M计数器是一种两个电极的气体放电管,其输出脉冲可高至几伏特,对β射线具有很高的探测灵敏度。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。