核輻射探測(cè)第二章第1頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射探測(cè)器學(xué)習(xí)要點(diǎn)（研究問題）：探測(cè)器的工作機(jī)制；探測(cè)器的輸出回路與輸出信號(hào)；探測(cè)器的主要性能指標(biāo)；探測(cè)器的典型應(yīng)用。輻射探測(cè)的基本過程：

輻射粒子射入探測(cè)器的靈敏體積；入射粒子通過電離、激發(fā)等效應(yīng)而在探測(cè)器中沉積能量；

探測(cè)器通過各種機(jī)制將沉積能量轉(zhuǎn)換成某種形式的輸出信號(hào)。第2頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章

氣體探測(cè)器Gas－filledDetector第3頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器均以氣體作為探測(cè)介質(zhì)。具有制備簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來，氣體探測(cè)器有很大發(fā)展，在高能物理和重離子物理實(shí)驗(yàn)中獲得新的應(yīng)用，并廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、天體物理、凝聚態(tài)物理和等離子體物理等領(lǐng)域。第4頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1關(guān)鍵詞總電離，原電離，次電離平均電離能（功）電子與離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)收集的離子對(duì)數(shù)與外加電壓的關(guān)系第5頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月電離損失——與核外電子的非彈性碰撞過程

入射帶電粒子與靶原子的核外電子通過庫侖作用，使電子獲得能量而引起原子的電離或激發(fā)。

2.1氣體中離子與電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、氣體的電離與激發(fā)入射粒子直接產(chǎn)生的離子對(duì)稱為原電離。初電離產(chǎn)生的高速電子足以使氣體產(chǎn)生的電離的離子對(duì)稱稱為次電離?？傠婋x=原電離+次電離第6頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

電離能W：帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一電子離子對(duì)所需的平均能量。對(duì)不同的氣體，W大約為30eV

若入射粒子的能量為E0，當(dāng)其能量全部損失在氣體介質(zhì)中時(shí)，產(chǎn)生的平均離子對(duì)數(shù)為：A.NumberofIonPairsFormed第7頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種氣體的平均電離能和最低電離電位注意:單位(eV)第8頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月例:210Po的α粒子能量為5.3MeV,在空氣中的射程為3.8cm,求其總在空氣中的總電離為多少?解:結(jié)論:通過總電離的測(cè)量可以確定待測(cè)粒子能量的依據(jù).第9頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月B.TheFanoFactor離子對(duì)數(shù)N是隨機(jī)變量.它服從什么分布？法諾分布離子對(duì)數(shù)的方差

過去實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同氣體的法諾因子介于1/3～1/2之間，但目前實(shí)際可以做到不大于0.2。第10頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月上述兩過程均在10-9秒內(nèi)完成。

C.被激發(fā)原子的退激方式：1)輻射光子。發(fā)射波長(zhǎng)接近紫外光的光子，這些光子又可能在周圍介質(zhì)中打出光電子，或被某些氣體分子吸收而使分子離解。2)發(fā)射俄歇電子。第11頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電子與離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)

當(dāng)不存在外加電場(chǎng)的情況下，電離產(chǎn)生的電子和正離子在氣體中運(yùn)動(dòng)，并和氣體分子或原子不斷地碰撞，處于平衡狀態(tài)。其結(jié)果會(huì)發(fā)生以下物理過程：Diffusion；

ElectronAttachment；

Recombination；第12頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月A.擴(kuò)散(Diffusion)

在氣體中電離粒子的密度是不均勻的，原電離處密度大。由于其密度梯度而造成的離子、電子的定向運(yùn)動(dòng)叫擴(kuò)散。

電子的平均自由程和亂運(yùn)動(dòng)的平均速度都比離子的大，因此其擴(kuò)散系數(shù)比離子的大，因而電子的擴(kuò)散效應(yīng)比離子的嚴(yán)重。第13頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月B.電子的吸附和負(fù)離子的形成

電子在運(yùn)動(dòng)過程中與氣體分子碰撞時(shí)可能被氣體分子俘獲，形成負(fù)離子，這種現(xiàn)象稱之為吸附效應(yīng)。Electronattachmente-Negativeion第14頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月例如O2、H2O，的，鹵素達(dá)

每次碰撞中被電子俘獲的概率稱為吸附系數(shù)h。h大(h>10-5)的氣體稱為負(fù)電性氣體。電子的吸附現(xiàn)象對(duì)氣體探測(cè)器產(chǎn)生的是正面or負(fù)面影響？

氣體探測(cè)器的工作氣體應(yīng)盡量選擇吸附系數(shù)小的氣體，在不得已采用時(shí)，將會(huì)影響探測(cè)器的性能。第15頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月C.復(fù)合(Recombination)

有兩個(gè)過程：電子與正離子，或負(fù)離子與正離子，相遇時(shí)可能復(fù)合成中性的原子或分子。Recombinatione-＋—＋第16頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

為復(fù)合系數(shù)

復(fù)合的結(jié)果是把許多有用信號(hào)給復(fù)合掉，使有用的信號(hào)減少。因此，復(fù)合現(xiàn)象在探測(cè)器正常工作中應(yīng)盡量避免。

復(fù)合引起的離子對(duì)數(shù)目的損失率：

一旦形成了負(fù)離子，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于電子，正離子與負(fù)離子的復(fù)合系數(shù)要比正離子與電子的復(fù)合系數(shù)大得多。第17頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月D.離子和電子在外加電場(chǎng)中的漂移

離子和電子除了與作熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子碰撞而雜亂運(yùn)動(dòng)和因空間分布不均勻造成的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外，還有由于外加電場(chǎng)的作用沿電場(chǎng)方向定向漂移。

這種運(yùn)動(dòng)稱為“漂移運(yùn)動(dòng)”，定向運(yùn)動(dòng)的速度為“漂移速度”。第18頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于正離子：在存在電場(chǎng)的情況下，兩次碰撞之間離子從電場(chǎng)獲得的能量又會(huì)在碰撞中損失，離子的能量積累不起來。離子的平均動(dòng)能與沒有電場(chǎng)的情況相似，為：離子漂移速度離子的遷移率電場(chǎng)強(qiáng)度氣體壓強(qiáng)約化場(chǎng)強(qiáng)第19頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月離子的遷移率可表示為：M為離子質(zhì)量；

0為離子在氣體中單位氣壓下的自由程；亂運(yùn)動(dòng)的平均速度。由于離子的平均動(dòng)能基本上不隨電場(chǎng)而變化，則近似為常數(shù)，這樣離子的遷移率近似為常數(shù)。第20頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于自由電子：電子與氣體分子發(fā)生彈性碰撞時(shí)，每次損失的能量很小，因此，電子在兩次碰撞中由外電場(chǎng)加速的能量可積累起來。直到使它的彈性碰撞能量損失和碰撞間從電場(chǎng)獲得的能量相等，或發(fā)生非彈性碰撞為止。達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，即損失能量等于從電場(chǎng)獲得的能量時(shí)，電子的平均能量為:

稱為電子溫度，是場(chǎng)強(qiáng)的函數(shù)。第21頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月電子的漂移速度與約化場(chǎng)強(qiáng)不成正比，可用函數(shù)表示：這個(gè)函數(shù)關(guān)系均由試驗(yàn)測(cè)定。一般給出的是實(shí)驗(yàn)曲線。

電子漂移速度對(duì)氣體成分很敏感，少量某種氣體的混入就可顯著提高電子漂移速度。第22頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)電子漂移速度一般為：離子漂移速度一般為：(2)電子的漂移速度對(duì)組成氣體的組分極為靈敏在單原子分子氣體中（如鹵素）加入少量多原子分子氣體（如CO2、H2O等）時(shí)，電子的漂移速度有很大的增加。

電子與離子在氣體中在外電場(chǎng)作用下的漂移速度的主要區(qū)別為：第23頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月電子在氣體中的漂移速度第24頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月E、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)

正離子與中性的氣體分子碰撞時(shí)，正離子與分子中的一個(gè)電子結(jié)合成中性分子，中性氣體分子成為正離子。

電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)在混合氣體中比較明顯。

電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)可以減小離子的遷移率，降低離子的漂移速度。

復(fù)合效應(yīng)、電子吸附效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)等，都不利于電荷收集。第25頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3．當(dāng)存在強(qiáng)電場(chǎng)的情況下氣體放電A、雪崩

電子在氣體中的電離碰撞過程。

發(fā)生雪崩的閾值電場(chǎng)：ET~106V/m。第26頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月B、氣體放大自持雪崩：通過光子的作用和二次電子發(fā)射，雪崩持續(xù)發(fā)展。也叫自持放電。非自持放電：雪崩從產(chǎn)生到結(jié)束，只發(fā)生一次。第27頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月I:復(fù)合區(qū)II:飽和區(qū)III:正比區(qū)IV:

有限正比區(qū)V:G-M工作區(qū)VI:

連續(xù)放電區(qū)第28頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2電離室（ionchamber）的工作機(jī)制與輸出回路電離室的工作方式可分為：1)脈沖型工作狀態(tài)2)累計(jì)型工作狀態(tài)

記錄單個(gè)入射粒子的電離效應(yīng)，處于這種工作狀態(tài)的電離室稱為：脈沖電離室,又分為離子脈沖電離室和電子脈沖電離室.

記錄大量入射粒子平均電離效應(yīng)，處于這種工作狀態(tài)的電離室稱為：累計(jì)電離室。第29頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電離室的基本結(jié)構(gòu)不同類型的電離室在結(jié)構(gòu)上基本相同.典型結(jié)構(gòu)有平板型和圓柱型。高壓極(K)：正高壓或負(fù)高壓；均包括：收集極(C)：與測(cè)量?jī)x器相聯(lián)的電極，處于與地接近的電位；保護(hù)極(G)：又稱保護(hù)環(huán)，處于與收集極相同的電位；負(fù)載電阻(RL)：電流流過時(shí)形成電壓信號(hào)。第30頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月高壓極收集極保護(hù)極高壓負(fù)載電阻外殼靈敏體積絕緣子平板型電離室第31頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月圓柱型電離室第32頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月靈敏體積：

由通過收集級(jí)邊緣的電力線所包圍的兩電極間的區(qū)域。保護(hù)環(huán)G的作用：1)使靈敏體積邊緣處的電場(chǎng)保持均勻；2)若無G，當(dāng)高壓很大時(shí)，會(huì)有電流通過絕緣子從負(fù)載電阻RL上通過，從而產(chǎn)生噪聲，即絕緣子的漏電流。第33頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

氣體壓力：從10-1~10大氣壓。2、工作氣體

充滿電離室內(nèi)部空間，是電離室的工作介質(zhì)；

如Ar

加少量多原子分子氣體CH4。

需要保證氣體的成分和壓力，所以一般電離室均需要一個(gè)密封外殼將電極系統(tǒng)包起來。第34頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第一步：假設(shè)回路中沒有負(fù)載電阻

極板a上加高壓V0，極板ab

間電容量為C1，則兩極板的電荷量：3、輸出信號(hào)產(chǎn)生的物理過程

即電離室的工作機(jī)制。第35頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第二步：在電離室內(nèi)某一點(diǎn)引入一單位正電荷e+

它將在兩極板上分別感應(yīng)出一定的負(fù)電荷，設(shè)分別為-q1、-q2高斯定律：第36頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

即正電荷靠哪個(gè)極板近，那個(gè)極板上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷多。

這就相當(dāng)于感應(yīng)電荷從外回路流過，即在外回路流過電流i+(t)。第三步：當(dāng)電荷沿電場(chǎng)向收集極運(yùn)動(dòng)，則上極板a上感應(yīng)電荷

減少，下極板b上感應(yīng)電荷

增加。且第37頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

正離子漂移所引起的負(fù)感應(yīng)電荷在回路中流過的電荷量為：第38頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第四步：當(dāng)正電荷快到達(dá)極板的前一瞬間，-q1全部由a極板經(jīng)外回路流到b極板，b極板上的感應(yīng)電荷：

當(dāng)e+到達(dá)b極板，e+與b極板上的感應(yīng)電荷中和。外回路電流結(jié)束，流過外回路的總電荷量為：考慮：如果在電極之間引入的是負(fù)電荷，解釋一下整個(gè)物理過程。產(chǎn)生的結(jié)果是否與正電荷有共同之處？第39頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：1、設(shè)一由二平行金屬板構(gòu)成的電極系統(tǒng)，極間距離2cm，內(nèi)充氬氣1.5大氣壓，二極板上加了1000伏的電位差。問正離子由正極表面漂移到負(fù)極表面所需時(shí)間為何？2、氣體探測(cè)器兩端收集到的離子對(duì)數(shù)和兩端外加電壓存在一定的關(guān)系，具體分為哪幾個(gè)區(qū)？第40頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

電子(負(fù)離子)漂移所引起的正感應(yīng)電荷在回路中流過的電荷量為：第41頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月如果在電場(chǎng)中同一點(diǎn)引入一負(fù)電荷，它將在ab兩極板上分別感應(yīng)一定的正電荷，分別為和。當(dāng)負(fù)電荷沿電場(chǎng)反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則a極板上感應(yīng)電荷

增加，而b極板上感應(yīng)電荷

減少。整個(gè)過程中，流過外回路的總電荷量為：

相應(yīng)在外回路流過電流為，電流方向與相同。第42頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月同一點(diǎn)引入正負(fù)電荷：

當(dāng)同時(shí)在同一位置引入一離子對(duì)，則在外回路流經(jīng)的電流：i(t)=i+(t)+i

–(t)

流過外回路的總電荷量：△q++△q-

=e第43頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)只有當(dāng)空間電荷在極板間移動(dòng)時(shí)，在外回路才有電流流過，此時(shí)i(t)=i+(t)+i

–(t)，正、負(fù)電荷的感應(yīng)電流方向相同，在探測(cè)器內(nèi)部從陽極流向陰極。電荷漂移過程結(jié)束，外回路感應(yīng)電流消失。當(dāng)負(fù)電荷被收集后，外回路中就只有正電荷的感應(yīng)電流。結(jié)論：(2)當(dāng)+e、

e電荷在同一位置產(chǎn)生時(shí)，它們?cè)跇O板上的感應(yīng)電荷量分別相同；

+e、

e電荷漂移結(jié)束，流過外回路的總電荷量為e；該電荷量與這一對(duì)電荷的產(chǎn)生位置無關(guān)。第44頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)當(dāng)入射粒子在探測(cè)器靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生N個(gè)離子對(duì)，它們均在外加電場(chǎng)作用下漂移，這時(shí)，產(chǎn)生的總電流信號(hào)是：引伸結(jié)論：(2)當(dāng)N個(gè)離子對(duì)全部被收集時(shí)，流過外電路的總電荷量為：第45頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

電離室處于脈沖工作狀態(tài)，電離室的輸出信號(hào)僅反映單個(gè)入射粒子的電離效應(yīng)。可以測(cè)量每個(gè)入射粒子的能量、時(shí)間、強(qiáng)度等。2.3脈沖電離室

以下討論假設(shè)入射離子在靈敏體積中產(chǎn)生N個(gè)離子對(duì)，并忽略擴(kuò)散和復(fù)合的影響，而且在信號(hào)結(jié)束前，探測(cè)器靈敏體積內(nèi)不再有其它入射粒子產(chǎn)生電離。

脈沖電離室的輸出信號(hào)：電荷信號(hào)，電流信號(hào)，電壓信號(hào)。

第46頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

電離室是一個(gè)理想的電荷源（其外回路對(duì)輸出量無影響）。1)

脈沖電離室的總輸出電荷量1、脈沖電離室的輸出信號(hào)

電離室靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生N個(gè)離子對(duì)并全部為極板收集后的總輸出電荷量：

這一結(jié)果與極板形狀、電場(chǎng)分布、輸出回路參數(shù)無關(guān)。第47頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)負(fù)載電阻RL=0的情況2)

脈沖電離室的輸出電流信號(hào)相當(dāng)于用輸入阻抗極小的電流計(jì)測(cè)量電離室輸出信號(hào)的情況。第48頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月下面來計(jì)算電流的大小：電源提供功率：電場(chǎng)對(duì)電子－正離子對(duì)漂移所做的功：離子、電子在t時(shí)刻的空間位置；

正離子、電子在該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)；

正離子、電子在該點(diǎn)的漂移速度。

能量守恒第49頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月求解得到t

時(shí)刻流經(jīng)外回路的電流在t時(shí)刻，靈敏體積中有N+(t)個(gè)正離子和N–(t)個(gè)電子，則輸出電流：電離室的本征電流（IntrinsicCurrent）第50頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月以平板電離室為例，設(shè)離子和電子的漂移速度是常數(shù)，并且電子的漂移速度是離子漂移速度的1000倍，均勻電場(chǎng)t2為開始有正離子到達(dá)b極板的時(shí)間；幾個(gè)重要時(shí)刻：t1為開始有電子到達(dá)a極板的時(shí)間；T–

為電子全部到達(dá)a極板的時(shí)間；T+為正離子全部到達(dá)b極板的時(shí)間。離子和電子的初始數(shù)目為：第51頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

輸出回路的定義：輸出信號(hào)電流所有流過的回路都包括在輸出回路中。①感應(yīng)電荷在外回路上形成的電流，在負(fù)載電阻RL上形成電壓，有信號(hào)輸出；②測(cè)量?jī)x器有內(nèi)阻、電容；③探測(cè)器電容C1。輸出回路的簡(jiǎn)化過程：脈沖電離室的輸出回路④

線路的雜散電容C′。第53頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量?jī)x器總電阻總電容RL

：負(fù)載電阻；C1：探測(cè)器電容；R入

：測(cè)量?jī)x器輸入電阻；C入

：測(cè)量?jī)x器輸入電容；：雜散電容；如,電纜電容~100pF/m。第54頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)負(fù)載電阻RL≠0的情況采用一般的具有輸入阻抗的測(cè)量裝置，輸出電壓信號(hào)。總電阻總電容①電源做的功率W(t)

④輸出回路中消耗的功率WO(t)②靈敏體積內(nèi)電子和正離子在電場(chǎng)作用下漂移所消耗的功率We(t)③C1的儲(chǔ)能發(fā)生變化(消耗功率)WC1(t)第55頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月推導(dǎo)過程的物理基礎(chǔ)：①電源電動(dòng)勢(shì)所做的功率W(t)

④輸出回路中消耗的功率WO(t)③C1的儲(chǔ)能發(fā)生變化(消耗功率)WC1(t)②靈敏體積內(nèi)電子－正離子在電場(chǎng)下漂移所消耗的功率We(t)能量守恒根據(jù)能量守恒：第56頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月①電源功率W(t)

②靈敏體積內(nèi)電子－正離子在電場(chǎng)下漂移所消耗的功率第57頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月a極板的電位不再為常數(shù)而為V(t)電容C1的儲(chǔ)能為能量變化率為：③電容C1的儲(chǔ)能發(fā)生變化④輸出回路功率WO(t)第58頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月能量守恒令：第59頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(A)由于V(t)<<V0為電離室的本征電流。把電離室看成理想的內(nèi)阻無限大的電流源，但這是有條件的。而電荷源則是無條件的。結(jié)論：第60頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)1、計(jì)算出如圖所示電離室中在(a)、(b)、(c)三處產(chǎn)生的一對(duì)離子因漂移而產(chǎn)生的I+(t)、I-(t)、Q+(t)、Q-(t)以及、分別為何？（假定所加電壓使電子漂移速度為105cm/s，正離子漂移速度為103cm/s,d=2cm）。dabcdabcdabcdabc第61頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3)

脈沖電離室的輸出電壓信號(hào)輸出回路對(duì)電壓脈沖的影響電離室可以用電流源I0(t)和C1并聯(lián)等效。并可得到其輸出回路的等效電路第62頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月解微分方程：第63頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)當(dāng)時(shí)，即全部電子和正離子對(duì)輸出信號(hào)都有貢獻(xiàn)。在t<T+時(shí)間內(nèi)當(dāng)t=T+時(shí)當(dāng)t>T+時(shí)第64頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月A、在t=T+時(shí)，輸出電壓脈沖幅度B、C0越小，h越大。為此須降低工作在這種狀態(tài)的電離室稱之為離子脈沖電離室。存在問題——輸出電壓脈沖寬度非常大(T＋是ms量級(jí))，這樣入射粒子的強(qiáng)度不能太大，并且要求放大器電路頻帶非常寬，噪聲大而非實(shí)用。結(jié)論：第66頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)

當(dāng)，正離子漂移的貢獻(xiàn)可以忽略，在t<T－時(shí)間內(nèi)當(dāng)t＝T－時(shí)當(dāng)t>

T－時(shí)第67頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月A、輸出脈沖幅度，僅取決于電子漂移在外回路中流過的電荷量。B、由于，大約是微秒量級(jí)，將大大降低電壓輸出脈沖的寬度，得到快的響應(yīng)時(shí)間。結(jié)論：工作于這種狀態(tài)的電離室稱為電子脈沖電離室。

存在問題：輸出電壓脈沖幅度h-與初始電離的位置有關(guān)，也就是Q-與初始電離位置有關(guān)。第69頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月即Q－與第j個(gè)電子被收集時(shí)最終電位和最初產(chǎn)生處(初電離位置)電位之差有關(guān)。這樣，電子脈沖電離室的輸出電壓脈沖幅度不僅與產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)有關(guān)，而且，與離子對(duì)生成的位置有關(guān)。第70頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)影響輸出信號(hào)形狀的因素第71頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(C)電子或正離子漂移對(duì)輸出電壓脈沖信號(hào)的貢獻(xiàn)，取決于電子或正離子掃過的電位差。關(guān)于電離室輸出電壓信號(hào)的一些重要結(jié)論：(A)電子離子對(duì)一旦形成，立即就有輸出電流信號(hào)；電壓脈沖的上升時(shí)間為電流脈沖的持續(xù)時(shí)間。與R0C0有關(guān)。(B)電離室輸出電流中包含快成分與慢成分，其比例與電子離子產(chǎn)生位置有關(guān)，導(dǎo)致電離室輸出的電壓脈沖為變前沿的脈沖，其上升時(shí)間漲落達(dá)103sec量級(jí)。第73頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

離子脈沖電離室存在問題——輸出電壓脈沖寬度非常大(T＋是ms量級(jí))，這樣入射粒子的強(qiáng)度不能太大，并且要求放大器電路頻帶非常寬，噪聲大而非實(shí)用。

電子脈沖電離室存在問題：輸出電壓脈沖幅度h-與初始電離的位置有關(guān)，也就是Q—與初始電離位置有關(guān)。第74頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2、圓柱型電子脈沖電離室和屏柵電離室1)圓柱型電子脈沖電離室第75頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

設(shè)計(jì)思想：利用圓柱形電場(chǎng)的特點(diǎn)來減少Q(mào)－與入射粒子位置的關(guān)系，達(dá)到利用“電子脈沖”來測(cè)量能量的目的。距中心位置為r的場(chǎng)強(qiáng)：電位為：設(shè)全部離子對(duì)在r0處產(chǎn)生，其電位為電子脈沖電離室必定要滿足第76頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出脈沖電荷量輸出電壓脈沖幅度

結(jié)論：選擇足夠大的b/a值，在r0較大時(shí)，h(r0)與r0之間的關(guān)系就不顯著了。同時(shí)由于圓柱形的幾何條件，r0小的區(qū)域只占很小的一部分體積，大部分入射粒子都在r0較大處產(chǎn)生離子對(duì)。注意：這種工作狀態(tài)下，中央絲極必須是陽極。對(duì)于大部分入射粒子而言，圓柱形電子脈沖電離室的輸出電壓脈沖幅度均接近于第77頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3)屏柵電離室（TheGriddedIonChamber）屏柵電離室的構(gòu)成：負(fù)極B、正極A、柵極G、電源和負(fù)載電阻。第78頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)屏柵電離室信號(hào)的形成過程離子對(duì)僅在B－G之間產(chǎn)生，要求入射粒子的射程R小于B－G之間的距離a；柵極由網(wǎng)柵構(gòu)成，要求柵極屏蔽完善。合理選擇電壓分配及網(wǎng)柵的參數(shù)

，使電子和正離子在B－G之間漂移時(shí)，僅在B，G極板上有感應(yīng)電荷產(chǎn)生，并在B－G回路中流過電流i1；同時(shí)電子在穿過柵極時(shí)，不被柵極所捕獲。相當(dāng)于N個(gè)電子先后在柵極上產(chǎn)生，然后，掃過G－A電極；在輸出回路上輸出電壓脈沖信號(hào)：(2)信號(hào)時(shí)滯第79頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月4）裂變電離室它是一種用來探測(cè)中子通量密度的涂裂變物質(zhì)的脈沖電離室，處在收集電子的工作狀態(tài)。裂變物質(zhì)涂覆在電離室極板表面。核裂變碎片在氣體中強(qiáng)烈地產(chǎn)生電離，使電離室輸出較大的脈沖幅度信號(hào)。常用來控制反應(yīng)堆的啟動(dòng)。第80頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)1、設(shè)在平行板電離室中α粒子的徑跡如圖所示,徑跡長(zhǎng)度為L(zhǎng),假設(shè)沿徑跡各處的單位路程上產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)N相等,且電子的漂移速度W-,試求電子的電流脈沖。（假設(shè)α粒子產(chǎn)生的徑跡是在瞬間完成的。）2、p142-23、離子脈沖電離室與電子脈沖電離室的主要差別是什么？4、預(yù)習(xí)脈沖電離室的能量分辨率、電流電離室、正比計(jì)數(shù)器。第81頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3、脈沖電離室輸出信號(hào)的測(cè)量（討論電離室工作區(qū)域）脈沖電離室的輸出信號(hào)所包含的信息：1）入射帶電粒子的數(shù)量；2）入射帶電粒子的能量；3）確定入射粒子間的時(shí)間關(guān)系。通過對(duì)輸出脈沖數(shù)進(jìn)行測(cè)量。(討論N0→脈沖個(gè)數(shù))通過對(duì)輸出電壓信號(hào)的幅度進(jìn)行測(cè)量。通過對(duì)輸出電壓信號(hào)的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。第82頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖電離室的輸出信號(hào)需要用電子儀器來測(cè)量。氣體電離室高壓前置放大器放大器單道或多道脈沖分析器耐高壓隔直電容C第83頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月4、脈沖電離室的性能1)脈沖幅度譜與能量分辨率脈沖電離室常用來測(cè)量帶電粒子的能量。

對(duì)單能帶電粒子，若其全部能量都損耗在靈敏體積內(nèi)，則脈沖電離室輸出電壓脈沖的幅度反映了單個(gè)入射帶電粒子能量的大小。第84頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于電離過程的漲落，電離產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)目N的漲落服從法諾分布。由于很大，所以離子對(duì)數(shù)所遵循的統(tǒng)計(jì)分布可以用高斯分布描述。由關(guān)系式：電離室輸出脈沖幅度同樣服從高斯分布第85頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月能量分辨率：半高寬度多道測(cè)量的脈沖幅度譜：(結(jié)合課本66)

能量分辨率反映了譜儀對(duì)不同入射粒子能量的分辨能力。E1E2E2E1E2E1E1E2E3E1>

E2>E3第86頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月幅度平均值：標(biāo)準(zhǔn)偏差：相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：且有：能量分辨率為：第87頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)能量分辨率反映了譜儀對(duì)不同入射粒子能量的分辨能力。能量分辨率越小，則可區(qū)分更小的能量差別。這是譜儀的最主要的指標(biāo)。關(guān)于能量分辨率的小結(jié)：(2)能量分辨率的公式是譜儀所達(dá)到的分辨率的極限和理論值。并可檢驗(yàn)譜儀的性能。(3)能量分辨率的數(shù)值是對(duì)某一能量而言的，它與入射粒子能量的關(guān)系為第88頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2)電離室的飽和特性曲線----脈沖幅度h與電離室工作電壓V0的關(guān)系影響因素：離子和電子的復(fù)合或擴(kuò)散效應(yīng)。飽和特性曲線形成的物理過程：

飽和區(qū)斜率的原因：隨工作電壓的升高而使靈敏體積增加及負(fù)離子的釋放。V0hV1飽和電壓N電離室一定要工作在飽和區(qū)N0第89頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3)電離室的坪特性曲線

當(dāng)輸出脈沖幅度飽和后，計(jì)數(shù)率不再隨工作電壓而變化，稱坪特性曲線。在入射粒子束流不變的情況下：V0n脈沖幅度甄別閾h1>h2>h3h1h2h3入射粒子是單能的V1----電離室的計(jì)數(shù)率與工作電壓的關(guān)系探測(cè)器源第90頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月4)探測(cè)效率定義：原因：A帶電粒子可能只在靈敏體積內(nèi)損失一部分能量；B電離過程是漲落的。這樣必將有一部分幅度低于甄別閾的信號(hào)脈沖未被記錄下來。γ粒子等中性粒子則取決于與介質(zhì)作用產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子的相互作用截面，以及次級(jí)帶電粒子能否進(jìn)入靈敏體積。對(duì)帶電粒子探測(cè)器源第91頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)電離室的輸出信號(hào)是反映大量入射粒子的平均電離效應(yīng)時(shí)，稱作電流工作狀態(tài)或累計(jì)工作狀態(tài)。此時(shí)電離室稱作“累計(jì)電離室”或“電流電離室”。恒定狀態(tài)下，輸出直流電流信號(hào)是：設(shè)入射粒子在電離室靈敏體積內(nèi)各處單位時(shí)間、單位體積內(nèi)恒定地產(chǎn)生

對(duì)離子對(duì)。則在靈敏體積內(nèi)單位時(shí)間的總離子對(duì)數(shù)為2.4 累計(jì)電離室第92頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月1、輸出信號(hào)

輸出信號(hào)可以是直流電流(相當(dāng)于回路中接入內(nèi)阻極小的電流計(jì)，即RL=0)或直流電壓(在輸出回路上的積分電壓)信號(hào)。

若單位時(shí)間內(nèi)射入電離室靈敏體積內(nèi)的帶電粒子的平均值為，每個(gè)入射帶電粒子平均在靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生個(gè)離子對(duì)，則電流電離室輸出電流信號(hào)的平均值為：輸出直流電壓信號(hào)第93頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

與脈沖電離室一樣具有飽和特性曲線，一般工作于飽和區(qū)。還有一些特性不同于脈沖電離室：

1)靈敏度影響靈敏度的因素有電離室的結(jié)構(gòu)、氣體壓力和組分、入射粒子的類型和能量等。2、電流電離室的主要性能

單位入射粒子流強(qiáng)度引起的電離室輸出信號(hào)電流或電壓幅度：第94頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2)線性范圍——一定工作電壓下，輸出信號(hào)的幅度與入射粒子流強(qiáng)度的保持線性關(guān)系的范圍(一般用輻射強(qiáng)度的范圍表示)。

只要電離室工作在飽和區(qū)，則信號(hào)電流與入射粒子流強(qiáng)度一定成正比關(guān)系，即線性關(guān)系。

但是，當(dāng)入射粒子流強(qiáng)度增大時(shí)，飽和電壓將提高。一旦當(dāng)入射粒子流強(qiáng)度大到使飽和電壓超過了原來選好的工作電壓V0時(shí)，電離室將不再工作于飽和區(qū)，信號(hào)電流將比預(yù)期值小。即出現(xiàn)非線性。第95頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第96頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3)響應(yīng)時(shí)間——反映當(dāng)入射粒子流強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，輸出信號(hào)的變化規(guī)律。

對(duì)電壓信號(hào)，它跟隨輻射強(qiáng)度變化的響應(yīng)時(shí)間主要決定于電離室輸出回路的時(shí)間常數(shù)R0C0值。T就是累計(jì)電離室電流信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間對(duì)電流信號(hào)，其滯后時(shí)間將最大為離子收集時(shí)間T。。對(duì)t=0時(shí)的階躍變化，輸出電壓為：一般需要5～7R0C0才能達(dá)到平衡。第97頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3、電流電離室的應(yīng)用

累計(jì)電離室的應(yīng)用比脈沖電離室更為廣泛，特別是充入高壓工作氣體的累計(jì)電離室，靈敏度高、性能穩(wěn)定可靠、工作壽命長(zhǎng)。

由于其具有十分良好的承受惡劣工作環(huán)境影響的能力，所以，在工業(yè)上可應(yīng)用于核輻射密度計(jì)、厚度計(jì)、料位計(jì)、水分計(jì)、核子秤等。

累計(jì)電離室還可應(yīng)用于劑量測(cè)量、反應(yīng)堆監(jiān)測(cè)等方面。第98頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月電流電離室的應(yīng)用（1）測(cè)量γ（或x射線）的照射量（2）測(cè)量吸收劑量（3）測(cè)量放射性氣體第99頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：P142-1有一累計(jì)電離室，每秒有104個(gè)粒子射入其靈敏體積并將全部能量損耗于其中。已知MeV，電離室內(nèi)充的純氬氣，試求出累計(jì)電離室輸出的平均電流？有一充氬之電離室(F=0.2)。試計(jì)算用它來測(cè)定5MeV之能量時(shí)，所能達(dá)到的最佳分辨率。第100頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5正比計(jì)數(shù)器（ProportionalCounters）正比計(jì)數(shù)器中，利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)放大了，使得正比計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)幅度比脈沖電離室顯著增大。對(duì)直接電離效應(yīng)放大的倍數(shù)稱為“氣體放大倍數(shù)”，以A表示，在一定的工作條件下，A保持為常數(shù)。正比計(jì)數(shù)器屬于非自持放電的氣體電離探測(cè)器。第101頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月1、正比計(jì)數(shù)器的工作原理1).正比計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)上必須滿足實(shí)現(xiàn)碰撞電離的需要，而在強(qiáng)電場(chǎng)下才能實(shí)現(xiàn)碰撞電離。

在一個(gè)大氣壓下，電子在氣體中的自由程約10-3～10-4cm，氣體的電離電位～20eV。要使電子在一個(gè)自由程就達(dá)到電離電位，場(chǎng)強(qiáng)須>104V/cm。

為達(dá)到這一要求，一般采用非均勻電場(chǎng)，以圓柱型為主。第102頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

設(shè)計(jì)思想：利用圓柱形電場(chǎng)的特點(diǎn)在中央絲極附近會(huì)產(chǎn)生小范圍的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域。距中心為r的場(chǎng)強(qiáng)：實(shí)例：當(dāng)V0＝1000V，a＝25

m，b＝1cm時(shí)，在r＝0.02cm=200

m處，電場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)于臨界場(chǎng)強(qiáng)ET。第103頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月由：在r＝b時(shí)場(chǎng)強(qiáng)最小，r＝a時(shí)場(chǎng)強(qiáng)最大。定義：對(duì)于一個(gè)確定的正比計(jì)數(shù)器，只有當(dāng)工作電壓V>VT

時(shí)，才工作于正比計(jì)數(shù)器工作區(qū)，否則工作于電離室區(qū)。VT稱為正比計(jì)數(shù)器的起始電壓(閾壓).第104頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)V0>VT

時(shí)，僅在r0～a

區(qū)間內(nèi)發(fā)生碰撞電離。

一般r0很小，和a是同一量級(jí)，這樣入射粒子在r0內(nèi)產(chǎn)生電離的可能性很小，可以忽略。因此，在不同位置射入的入射粒子所產(chǎn)生的電離效應(yīng)在正比計(jì)數(shù)器中都經(jīng)受同樣的氣體放大過程，都有同一個(gè)氣體放大倍數(shù)。

正比計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)主要由正離子漂移貢獻(xiàn)。第105頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月碰撞電離只有電子才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電子到達(dá)距絲極一定距離r0

之后，通過碰撞電離過程，電子的數(shù)目不斷增殖，這個(gè)過程稱為氣體放大過程，又稱電子雪崩(electronavalanche)。2).碰撞電離與氣體放大定義氣體放大倍數(shù)：第106頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3).氣體放大過程中的光子作用——光子反饋

在電子與氣體分子的碰撞中，不僅能產(chǎn)生碰撞電離，同時(shí)也能產(chǎn)生碰撞激發(fā)。氣體分子在退激時(shí)會(huì)發(fā)出紫外光子，其能量一般大于陰極材料的表面逸出功，而在陰極打出次電子。次電子可以在電場(chǎng)的加速發(fā)生碰撞電離。這個(gè)過程稱為光子反饋。第107頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：光子反饋概率

為每個(gè)到達(dá)陽極的電子通過光子反饋又在陰極打出一個(gè)次電子的概率。由于光子反饋，使得總放大倍數(shù)增加，為：當(dāng)時(shí)，第108頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于光子反饋的影響，注意兩點(diǎn)：(1)光子反饋的過程(10-9s)遠(yuǎn)快于電子的漂移過程(10-6s)，對(duì)信號(hào)的形成而言，在時(shí)間上是同時(shí)事件。(2)加入少量的多原子分子氣體M，它可以強(qiáng)烈吸收氣體分子退激所發(fā)出的紫外光子而處于激發(fā)態(tài)M*，它不再發(fā)出光子而是分解為幾個(gè)小分子(超前分解)退激。這樣可以阻止紫外光子打到陰極而減小光子反饋，使曲線的變化平緩。第109頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月4).氣體放大過程中正離子的作用

離子漂移速度慢，在電子漂移、碰撞電離等過程中，可以認(rèn)為正離子基本沒動(dòng)，形成空間電荷，處于陽極絲附近，會(huì)影響附近區(qū)域的電場(chǎng)，使電場(chǎng)強(qiáng)度變?nèi)?，影響電子雪崩過程的進(jìn)行。

正離子漂移到達(dá)陰極，與陰極表面的感應(yīng)電荷中和時(shí)有一定概率產(chǎn)生次電子，發(fā)生新的電子雪崩過程，稱為離子反饋；也可以通過加入少量多原子分子氣體阻斷離子反饋。第110頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體放大過程中的正離子的“負(fù)作用”多次雪崩的脈沖波形示意圖第111頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2、正比計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)假定：(1)

A>>1。即忽略初始電離的離子對(duì)對(duì)輸出信號(hào)的貢獻(xiàn)。(2)全部輸出信號(hào)均為正離子由陽極表面向陰極漂移而在外回路流過的感應(yīng)電荷。這時(shí)，由于r0很小，以至電子在陰極的感應(yīng)電荷很小，而可以忽略電子對(duì)輸出信號(hào)的貢獻(xiàn)。第112頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月得到本征電流：由于：則：其中，僅取決于結(jié)構(gòu)、工作氣體及工作電壓等。第113頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月由于

很小，所以電流隨時(shí)間而迅速下降。第114頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓脈沖信號(hào)與輸出回路時(shí)間常數(shù)的選取有關(guān)，與粒子入射位置無關(guān)。式中f(t)為僅與R0C0和

有關(guān)的時(shí)間函數(shù)，與入射粒子的位置無關(guān)。第115頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出脈沖

收集極上的感應(yīng)的脈沖信號(hào)幅度V是原初電離感生應(yīng)脈沖幅度的M倍。A：氣體放大倍數(shù)N0：原初電離對(duì)數(shù)C：電容－：負(fù)極性脈沖優(yōu)點(diǎn)：脈沖幅度較大，比電離室大102－104倍；靈敏度高，適合于探測(cè)低能電子和X射線；脈沖幅度幾乎與原初電離位置無關(guān)。所以，既能用于粒子計(jì)數(shù)器又能做能譜測(cè)量。第116頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)電流脈沖I(t)的形狀一定，與入射粒子的位置無關(guān)；輸出電壓脈沖為定前沿脈沖。結(jié)論：(2)由于

～10-8s，即使t～100

，也就是輸出電流降為初始的約1/100,也僅需要

s量級(jí)，可以獲得快的響應(yīng)時(shí)間特性。(3)當(dāng)R0C0>>T＋時(shí)，獲得最大輸出脈沖幅度ANe/C0，但不管選取什么R0C0的值，電壓脈沖幅度均正比于ANe。因此可選擇小的輸出回路時(shí)間常數(shù)，獲得好的分辨時(shí)間。第117頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出回路對(duì)脈沖的影響：正比計(jì)數(shù)器的脈沖波形：0～t1階段初電離的貢獻(xiàn)

t1～t2階段主要電子被收集的階段,幅度上升主要是電子的貢獻(xiàn)t2～t3階段主要是正離子的貢獻(xiàn),幅度上升的越來越慢,t3～∞階段達(dá)到了飽和幅度階段

t1/2≈(a/b)t3第118頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月1)輸出脈沖幅度與能量分辨率輸出脈沖幅度的漲落是一個(gè)二級(jí)串級(jí)型隨機(jī)變量：輸出脈沖幅度：3、正比計(jì)數(shù)器的性能實(shí)驗(yàn)表明，所以，能量分辨率

第119頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月影響正比計(jì)數(shù)器能量分辨率的其他因素：①陽極絲的均勻性。④電子學(xué)系統(tǒng)的影響。③末端效應(yīng)和室壁效應(yīng)。②負(fù)電性氣體的存在。使不同區(qū)域A不同，故同樣能量粒子在不同入射位置產(chǎn)生信號(hào)的大小不同。使一些初級(jí)電子消失，影響輸出脈沖幅度。入射粒子能量未完全損失在靈敏體積。放大器噪聲等的影響。第120頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2）計(jì)數(shù)曲線和坪特性計(jì)數(shù)曲線：在放射源固定（能量單一，強(qiáng)度一定）的情況下，探測(cè)器輸出脈沖計(jì)數(shù)率隨所加工作電壓的變化曲線。第121頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2)

探測(cè)效率和坪特性第122頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第123頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3）、壽命壽命有兩種。

1、計(jì)數(shù)壽命——計(jì)數(shù)管變壞所累計(jì)的計(jì)數(shù)數(shù)目。

2、自然壽命（擱置壽命）——管子制成后性能變壞所放置的時(shí)間。第124頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月4、正比計(jì)數(shù)器的應(yīng)用1）

流氣式4

正比計(jì)數(shù)器2）低能X射線正比計(jì)數(shù)器——鼓形正比計(jì)數(shù)器。特點(diǎn)：4

立體角，探測(cè)效率高；流氣工作方式，換樣品方便，結(jié)構(gòu)密封簡(jiǎn)單；陽極絲為環(huán)狀。特點(diǎn)：有入射窗，常用Be(鈹)窗。第125頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3）單絲位置靈敏正比計(jì)數(shù)器

特點(diǎn)：陽極絲為高阻絲。由分流不同而確定粒子入射位置。4）多絲正比室和漂移室

多絲正比室的陰極為平板，陽極由平行的細(xì)絲組成多路正比計(jì)數(shù)器。位置靈敏度達(dá)到mm量級(jí)，為粒子物理等作出巨大貢獻(xiàn)，于1992年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。

漂移室由快探測(cè)器確定入射時(shí)刻，由正比絲確定漂移時(shí)間，位置靈敏度可達(dá)0.1mm。第126頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月第127頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月G-M計(jì)數(shù)管是由蓋革(Geiger)和彌勒(Mueller)發(fā)明的一種利用自持放電的氣體電離探測(cè)器。2.6 G-M計(jì)數(shù)管G-M管的特點(diǎn)是：制造簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用方便。靈敏度高、輸出電荷量大。G-M管的缺點(diǎn)是：死時(shí)間長(zhǎng)，僅能用于計(jì)數(shù)。不能鑒別粒子的類型和能量。第128頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月1、G-M管的工作機(jī)制

由于光子反饋過程的存在，氣體放大倍數(shù)為：1）正離子鞘的形成及自持放電過程

在正比計(jì)數(shù)器中，光子反饋和正離子反饋的作用極微弱，因此，經(jīng)一次雪崩以后增殖過程即行終止，且雪崩只限于局部的區(qū)域，對(duì)一個(gè)初始電子僅展寬200m左右。第129頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月但在G-M計(jì)數(shù)管中，光子反饋和離子反饋就成為主要的過程。以光子反饋為例，通常條件下，，當(dāng)時(shí)，G-M管的自持放電過程可以分解為下列環(huán)節(jié)：

①初始電離及碰撞電離過程：電子加速發(fā)生碰撞電離形成電子潮－雪崩過程。第130頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月②放電傳播：放出的紫外光子打到陰極上并打出次電子（光子反饋）。

氣體放電迅速遍及整個(gè)管子，正離子包圍整個(gè)陽極絲，并逐步加厚形成正離子鞘。由于正離子鞘的形成，使陽極絲附近的電場(chǎng)減弱，使放電終止。這放電過程很短，僅微秒量級(jí)。

在放電過程中電子很快被陽極收集，該過程形成“電子電流”。放電終止時(shí)，電子完全被收集，“電子電流”消失。③放電結(jié)束后，正離子鞘向陰極漂移過程：形成“離子電流”，是形成輸出脈沖的主要貢獻(xiàn)。

第131頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月④正離子在陰極表面的電荷中和過程(離子反饋)(10-4s）過程之一：過程之二：

這些過程均發(fā)生在第一次正離子漂移快結(jié)束時(shí)，在陰極新產(chǎn)生的電子又向陽極漂移，引起新的雪崩，從而在外回路形成第二個(gè)脈沖。如此周而復(fù)始，即自持放電過程。所以稱為非自熄G-M計(jì)數(shù)管。第132頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月2)有機(jī)自熄G-M計(jì)數(shù)管(1937年)

在工作氣體中加入少量有機(jī)氣體M(多原子分子氣體，又稱淬熄氣體)，構(gòu)成的G-M管。例如，90％的氬氣(Ar)和10％的酒精(C2H5OH).

這樣的G-M管具有自熄能力，稱為有機(jī)自熄G-M管，或簡(jiǎn)稱為有機(jī)管。第133頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月

有機(jī)分子氣體M能夠強(qiáng)烈吸收Ar*發(fā)出的紫外光形成M*，使Ar*發(fā)出的紫外光打不到陰極上而阻斷了光子反饋過程；在正離子鞘向陰極漂移過程中，氬離子Ar+與有機(jī)分子M發(fā)生充分的電荷交換，到達(dá)陰極表面時(shí)均為有機(jī)分子離子M+；當(dāng)M+與陰極上的電子中和時(shí)，除克服電子在中和時(shí)需克服的逸出功外，多余能量使有機(jī)分子處于激發(fā)態(tài)M*，M*主要以超前離解退激，阻斷了離子反饋過程。第134頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)管的工作機(jī)制可歸納為：①初始電離及碰撞電離過程：電子加速發(fā)生碰撞電離形成電子潮－雪崩過程。②放電傳播：放出的紫外光子被有機(jī)氣體分子吸收，即：

有機(jī)氣體分子強(qiáng)烈吸收Ar*放出的紫外光子，在沿絲極很小范圍內(nèi)發(fā)生電離過程。放電貼著陽極絲向兩端傳播，同時(shí)，正離子鞘也沿陽極絲向兩端形成，其結(jié)果是使放電終止。第135頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月③正離子鞘向陰極漂移過程：在正離子鞘向陰極漂移過程中，實(shí)現(xiàn)充分的電荷交換,

發(fā)生電荷交換過程的先決條件是惰性氣體的電離能要比有機(jī)分子的大。到達(dá)陰極時(shí)正離子均由有機(jī)氣體離子M+組成。例如：Ar的電離電位IAr

＝15.7eV；

Ar的激發(fā)態(tài)能級(jí)； 酒精的電離電位第136頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月④正離子在陰極表面的行為：有機(jī)氣體離子在陰極的電荷中和過程為：M*發(fā)生超前離解，抑制了離子反饋過程(處于激發(fā)態(tài)的有機(jī)分子的超前離解過程的平均壽命為10-13s，而退激過程的平均壽命為10-8s)，不會(huì)再引起新的雪崩，使放電過程熄滅，所以可以稱為自熄G-M計(jì)數(shù)管。第137頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)管存在的問題：工作電壓較高，由于有機(jī)氣體具有豐富的激發(fā)能級(jí)，電子能量難于積累，為在兩次碰撞中能積累足夠的能量達(dá)到氬或有機(jī)分子的電離電位，須加足夠高的工作電壓。有機(jī)管的壽命較短，有機(jī)管工作過程中，將發(fā)生大量有機(jī)分子的分解，使初始充入的有機(jī)分子數(shù)目變少，分解產(chǎn)物增加，管內(nèi)氣壓逐漸增大，最后將使有機(jī)管失效。有機(jī)管的壽命一般為107～108計(jì)數(shù)。第138頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3)鹵素自熄G-M計(jì)數(shù)管

工作氣體組成：氖氣(Ne)為主要工作氣體，并在其中加入微量鹵素氣體(如0.5％～1％的Br2)。由于Ne的電離電位，其亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的能量和第一激發(fā)態(tài)能級(jí)的能量為，而Br2的電離電位，使電離過程發(fā)生重大變化；處于激發(fā)態(tài)的 極易超前離解，起到有機(jī)氣體分子相同的作用。第139頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月3)鹵素自熄G-M計(jì)數(shù)管工作氣體組成：氖氣(Ne)為主要工作氣體，并在其中加入微量鹵素氣體(如0.5％～1％的Br2)。由于Ne的電離電位，其亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的能量和第一激發(fā)態(tài)能級(jí)的能量為，而Br2的電離電位，使電離過程發(fā)生重大變化；處于激發(fā)態(tài)的 極易超前離解，起到有機(jī)氣體分子相同的作用。第140頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月鹵素管的工作機(jī)制可歸納為：①初始電離及碰撞電離過程：電離過程靠氖的亞穩(wěn)態(tài)原子的中介作用形成電子潮。這類碰撞稱為第二類非彈性碰撞，其碰撞截面很大，即使對(duì)微量的Br2，在Ne

生成的10-8s內(nèi)就可以與Br2發(fā)生碰撞而產(chǎn)生新的電子。第141頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月②放電傳播由處于激發(fā)態(tài)的氖原子退激發(fā)出的光子在陰極打出次電子或被Br2吸收，使之電離而產(chǎn)生新的電子。正離子鞘由組成。③正離子鞘向陰極漂移過程：正離子鞘向陰極漂移，到達(dá)陰極的是④在陰極表面與電子中和超前離解而自熄。第142頁，課件共158頁，創(chuàng)作于2023年2月鹵素管的特點(diǎn)：②較低閾壓①自動(dòng)淬熄，的超前離解。碰撞電離中的中介作用。電子能量不需加速到氖的電離電位，在電子能量達(dá)到 前很少發(fā)生非彈性碰撞，電子能量容易積累。當(dāng)含量增加，電子在能量達(dá)到前與分子的非彈性碰撞(激