《辐射测量与防护》全册配套完整教学课件

《辐射测量与防护》全册配套完整教学课件核辐射测量与防护

3

课程性质：专业核心课总学时：32考核方式：闭卷考试（占100％）

4预期的学习收获

了解辐射与物质相互作用、

了解探测的基本原理

掌握气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器的工作过

程、特性、结构及应用认识电离辐射的危害了解辐射标准认识内、外照射防护的原理、方法、措施教材及参考书教材：自编讲义参考书：探测学、辐射防护重点推荐探测学参考书辐射防护参考书第一分册：《辐射源与屏蔽》第三分册：《辐射安全》第二分册：《辐射防护检测技术》第五分册：《辐射危害与医学监督》英文参考书101.辐射的含义1.辐射的含义（1）什么是辐射？从某种物质中发射出来的波或粒子。（热辐射、核辐射等）（2）辐射的分类非电离辐射：能量小于10eV，如紫外线、可见光、红外线和射频辐射电离辐射：能量大于10eV，如X射线、

γ射线、中子、α射线、

β射线等11（3）什么是电离辐射？电离：从一个原子、分子从其束缚状态释放一个或多个电子的过程。电离辐射：能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子1.辐射的含义（4）为什么要研究辐射的测量和防护？辐射测量：得到关于辐射的各种信息（数量、能量及其分布、空间分布、时间信息）：表征辐射场、反推射线源性质（活度、核素构成、反应堆功率），广泛用在科研探索、生活生产中辐射防护：保护从业者、公众、环境不受或者少受辐照的危害。标准、剂量学、测量手段、防护措施、政策、应急响应等等。13入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。

电离——核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发——使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。14电离、激发带电粒子轨道电子库仑相互作用电离激发15辐射组成质量电荷速度

2protons+2neutronsRelativelyHeavyDoublePositiveSlow

electronRelativelyLightSingleNegative<3x108m/snneutronMiddleweightnonvariousPprotonMiddleweightpositivevarious

HighEnergyElectromagneticPhotonsnonnon3x108m/sXSameasGamma-Raysnonnon3x108m/s（4）常见的电离辐射1.辐射的含义161.辐射的含义17X-radiationMicrowavesg-radiationUVIRRadiowaves10-610-311031061091012Wavelength(nm)可见光微波无线电波18辐射无处不在天然辐射是人类的主要辐射来源19“事实上，在人类身体里就可以找到天然放射性核素。我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰变。”诺贝尔奖获得者—西博格《人与原子》20带电粒子与物质相互作用

电离和激发阻止本领带电粒子在物质中的射程比电离21一、带电粒子的种类和物理性质

带电粒子种类：带电粒子电子：核外电子β射线：原子核发出的高速电子质子α粒子22二、带电粒子与物质相互作用的主要过程主要过程电离和激发韧致辐射核反应化学变化

带电粒子与物质相互作用23入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。

电离——核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发——使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。241.电离、激发和碰撞阻止本领带电粒子轨道电子库仑相互作用电离激发带电粒子与物质相互作用25碰撞阻止本领线碰撞阻止本领：

带电粒子在介质中每单位路径长度上电离损失的平均能量。

质量碰撞阻止本领：

线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。带电粒子与物质相互作用

当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量，我们称之为电离损失。26重带电粒子—质量碰撞阻止本领公式：27分析：（1）电离损失与重带电粒子的电荷z2成正比；

说明带电粒子的电荷越大，与轨道电子的库仑作用力越大，因而传递给电子的能量越多带电粒子与物质相互作用28分析：（2）电离损失与重带电粒子的能量（速度）成反 比；

说明带电粒子传递给轨道电子的能量与相互作用时间有关，速度愈小，作用时间愈长，传递给轨道电子的能量愈大带电粒子与物质相互作用29

设有两种速度相同的带电粒子，分别带有电荷z1和z2，在给定的物质(介质、吸收物质)中的阻止本领比：

也就是说，具有相同速度的两种带电粒子在同一物质中的碰撞阻止本领之比，等于它们所带电荷数的平方之比。

碰撞阻止本领重要关系式30对于一种其相对速度为β的带电粒子，分别与两种不同的物质a和b相互作用，可得

亦即，具有相同速度的一种带电粒子在两种物质中的碰撞阻止本领之比，等于在此两种物质中相应的原子序数与相对原子量的比值之比。

碰撞阻止本领重要关系式312.韧致辐射和辐射阻止本领韧致辐射：带电粒子在原子核库仑场中被减速或加速，其部分或全部动能，转变为连续谱的电磁辐射。其能量损失称为辐射损失。带电粒子与物质相互作用对β粒子，辐射损失是其重要的一种能量损失方式。

高速电子进入到原子核附近的强电场区域，电子的速度大小和方向必然变化，以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转化成X线。由于电子与靶原子核的相对位置是任意的，电子进入靶的初动能经过多少次碰撞辐射而完全丧失也不确定，故辐射出的X线波长连续分布。32带电粒子与物质相互作用33线辐射阻止本领:入射带电粒子在介质中每单位路径长度上辐射损失的平均能量，记作：

dE是带电粒子介质中穿过dl距离时辐射损失的能量。相类似的,可定义质量辐射阻止本领，记作：

当入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子损失其能量，我们称它为辐射损失。34辐射损失其中：Z

物质(介质、吸收物质)的原子序数；z—带电粒子的电荷数； m带电粒子的质量。

在同一物质中，α粒子能量的辐射损失比能量相同的电子约小107倍。带电粒子与物质相互作用当要吸收、屏蔽β射线时，不宜选用重材料。当要获得强的X射线时，则应选用重材料作靶。35带电粒子能量转变为韧致辐射的份额：F=KZE

式中，K为比例常数；Z为物质的原子序数；E为带电粒子能量，单位为MeV；通过实验测定的比例常数K在0.4×10-3——1.1×10-3MeV-1之间。单能电子束入射厚靶：F＝5.8×10-4ZE带电粒子与物质相互作用363.总质量阻止本领

（定义：带电粒子在密度为

的介质中，穿过路程dl时，所损失的一切能量dE除以

dl而得的商）（1）E<10MeV，主要是电离损失和辐射损失：（2）重带电粒子，辐射损失可以忽略带电粒子与物质相互作用37（3）电子的电离损失与辐射损失比例式中：Z－物质原子序数；E－电子能量带电粒子与物质相互作用当上式=1时的电子能量称为临界能量

38三、带电粒子在物质中的射程1.重带电粒子平均射程R：I/I0=0.5时对应的吸收体厚度。射程：带电粒子在某种物质中沿着入射方向从进入到最后被物质吸收所经过的最大直线距离

外推射程Re：把左图曲线最陡部分做切线外推与横坐标相交而得的射程

α粒子在某材料中

能量随穿透距离的衰减情况（粒子数：100）

α粒子在某材料中

粒子数随穿透距离的衰减情况（粒子数：500000）

α粒子与物质的每次相互作用只损失很小一部分能量，经多次这种小能量的损失而逐渐降低其能量，在穿透距离小于平均射程之前，粒子数随穿透距离的衰减曲线较为平坦，这意味着虽然粒子的能量降低了，但相对计数率没有多少降低；可是，当穿透距离等于α粒子的实际射程时，粒子数随穿透距离的衰减曲线变得异常陡峭

422.电子当一束单能电子射入某一物质时，其中每个电子能量损失的几率是不同的。有的电子经几次碰撞后在离入射点很近处停止下来。有的需穿行很长一段路程才发生一次碰撞。结果，它们的射程分布在很宽的范围内，如图所示。433.β射线β射线是连续谱，可看成是由大量不同初始能量的电子组成，它们的射程可看成是不同电子射程曲线重迭而成，如图所示。44四、比电离比电离：单位径迹长度上产生的离子对数，又称电离密度。离子对/厘米式中：表示每产生一对离子所消耗的平均能量比电离与物质原子序数、粒子能量、平均电离能相关。（dE／dl）col：线碰撞阻止本领45对于重带电粒子，比电离随穿透深度的增加而增加，在粒子射程的末端达最大值，如图所示。α粒子在空气中的比电离为104～7104离子对/cm46对子电子，比电离与电子的初始能量有关。如图所示。当电子能量小于1MeV时，比电离随电子能量增加而减小。电子能量约等于2MeV时，比电离达最小值，此后随着电子能量增加，比电离按对数规律增加。47辐射阻止本领总质量阻止本领碰撞阻止本领射程比电离小结电离、激发带电粒子与物质相互作用便于计算的电子阻止本领计算公式Bethe公式及其修正（碰撞阻止本领）低能修正高能能修正韧致辐射（辐射阻止本领）49二、X、γ射线与物质的相互作用的主要过程1.光电效应1.2X、γ射线与物质的相互作用2.康普顿效应3.电子对效应4.相干散射5.光核反应501、光电效应PhotoelectricEffect

射线(光子)与物质原子中束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去(称为光电子photoelectron)，而光子本身消失的过程，称为光电效应。

光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。光电效应主要发生在原子中结合的最紧的

K层电子上。

光电效应发生后，由于原子内层电子出现空位，将发生发出特征X射线或俄歇电子的过程。511.光电效应光电子动能：Ee＝h－Bi（i＝K，L，M…）1.2X、γ射线与物质的相互作用52试证明入射光子不能与自由电子发生光电效应。53由于电子的静止质量为511keV，则要求光子的能量为0。出现矛盾！54原子的光电效应截面：单位：cm2式中：K－常数

Z－物质的原子序数 光电效应的几率与原子序数Z4成正比；光电效应的几率与光子能量h

3成反比；低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势；光电效应主要发生在K层及L层电子。第I阶段：（每个原子）1.2X、γ射线与物质的相互作用55第II阶段：激发态退激特征X射线俄歇电子

1.2X、γ射线与物质的相互作用特征X线的产生过程:当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波（X线）由两能级差确定562.康普顿效应1.2X、γ射线与物质的相互作用572、康普顿效应ComptonEffect康普顿效应是射线(光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子受到散射，其运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。康普顿散射可近似为光子与自由电子发生相互作用（弹性碰撞）。康普顿效应主要发生在原子中结合的最松的外层电子上。581.2X、γ射线与物质的相互作用59散射光子的能量：式中：α＝h/mc2（2）＝180o时，散射光子能量最小（1）当散射角θ=0°时，则入射光子没有能量损失，光子从电子近旁掠过。

1.2X、γ射线与物质的相互作用60反冲电子：能量关系：角度关系：1.2X、γ射线与物质的相互作用613、电子对效应PairProduction

电子对效应是当入射射线(光子)能量较高(>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在核库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的能量必须大于1.022MeV。623.电子对效应1.2X、γ射线与物质的相互作用63电子对效应截面：贝特公式：式中：（1）电子对效应截面与Z2成正比；（2）与光子能量的对数成正比；（每个原子）1.2X、γ射线与物质的相互作用641.2X、γ射线与物质的相互作用低能光子，原子序数高的物质中能光子，原子序数低的物质高能光子，原子序数高的物质65三、X、γ射线与物质的相互作用的其他过程1.相干散射光子作为电磁波具有波粒二象性；干涉现象的条件：相干光源劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象，在0.0005~0.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小；低能时不可忽略，小角度散射。1.2X、γ射线与物质的相互作用662.光核反应光核反应：光子与原子核发生反应，有阈能。常见的光核反应：（γ，n）、（γ，p）、（γ，2n）及（γ，pn）等典型的光核反应阈能（MeV）1.2X、γ射线与物质的相互作用67光核反应的特点：（1）存在阈能；（2）光核反应截面存在巨共振峰；（3）光子能量达20～30MeV时，可能发生（γ，2n）、（γ，pn）、（γ，α）反应，但截面极小；（4）所有光核反应的截面的最大值不超过康普顿效应和电子对效应截面的5％；（5）光核反应会产生中子，还可能会产生放射性核素。例如：1.2X、γ射线与物质的相互作用68X、射线穿透物质的特点69几种材料对Y射线的线衰减系数70中子与物质的相互作用一、弹性散射二、

非弹性散射三、

辐射俘获四、

其他核反应1.3中子与物质的相互作用71中子几乎不与电子相互作用，只能与原子核（物质的靶核）相互作用中子散射弹性散射如：快中子与轻介质非弹性散射如：快中子与重介质吸收辐射俘获

1.3中子与物质的相互作用72（二）中子与物质的相互作用1、中子的分类2)中能中子：1KeV～0.5MeV。1)慢中子：0～1KeV。包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。3)快中子：0.5MeV～10MeV。4)特快中子：>10MeV。热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253eV，中子速度~2.2×103m/s.731.3中子与物质的相互作用74不带电，质量接近质子，自由中子不稳定，来源：同位素反应堆加速器75一、弹性散射

在质心坐标系中，若E1、E2分别表示单次碰撞前后的中子能量：散射角c可取0～间的任何值1.3中子与物质的相互作用弹性散射(n,n):动能和动量守恒

出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核（中子把部分能量交给原子核，然后改变方向继续运动）76快中子能量从E1降到En，所需的平均碰撞次数：1.3中子与物质的相互作用在中子防护中，常选用含氢物质和原子量小的物质(如水、聚乙烯，石蜡、石墨、氢化物等)作为快中子的减速剂（慢化剂）。77二、非弹性散射(n,n’

)

入射中子的能量损失不仅使靶核得到反冲，且使靶核处于激发态。处于激发态的靶核退激时放出一个或几个特征光子，在核分析技术中有重要的应用。78二、非弹性散射非弹性散射过程：（1）经历直接相互作用过程（10-22--10-21）或形成复合核过程（10-20--10-15）；（2）靶核发出动能较低的中子，靶核处于激发态（3）靶核释放若干光子退激。靶核的内能发生了改变，总动能并不守恒。1.3中子与物质的相互作用79非弹性散射的特点：（1）要克服最低的激发能级，所以存在阈能；（2）阈能以上，中子能量越高，非弹性散射截面越大；（3）第一激发能越低，越容易发生非弹性散射重核的第一激发能约100千电子伏轻核的第一激发能约几兆电子伏（4）伴随γ射线例屏蔽层加入重金属与减速剂交替屏蔽（中子减速、γ射线）1.3中子与物质的相互作用80三、辐射俘获辐射俘获：（n，γ）反应1.3中子与物质的相互作用81中子的辐射俘获(n,

)中子射入靶核后与靶核形成一个复合核，而后复合核通过发射一个或几个特征光子跃迁到基态。这些特征光子不同于(n,n’)的特征光子。由于这些光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为“中子感生瞬发射线”，同样在核分析技术中有重要的应用。当发生(n,

)反应后，新形成的核素是放射性的，就是常说的“活化”，测量活化核素的放射性可以用来测量中子流的注量率区分中子的能量范围。82（1）反应截面与中子能量有关，低能区除共振峰外，一般服从规律；（2）反应形成的核素一般是放射性的，也有稳定核；（3）不同核素的热中子俘获截面变化很大，氙：2.65106靶，镉：19910靶，氧－18只有10－4靶。特点：1.3中子与物质的相互作用83四、其它核反应1.发射带电粒子的核反应10B＋n中子防护中常用镉、硼、锂作吸收剂氮－16半衰期7.3秒，放β、γ射线[4.289(66.2%)、10.418(28.0%)]1.3中子与物质的相互作用842.裂变反应裂变反应：（n，f）反应易裂变同位素：233U，235U，239Pu，241Pu可裂变同位素：232Th，238U，240Pu放出约200MeV的能量1.3中子与物质的相互作用853.多粒子发射中子能量大于8～10MeV时，复合核发射多个粒子（n，2n）、（n，np）1.3中子与物质的相互作用86质量衰减系数、质能转移系数

及质能吸收系数1.质量衰减系数/

入射光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总的相互作用的几率。式中：－线衰减系数，cm-1；－光电线衰减系数；

e－总康普顿线衰减系数；

coh－相干散射线衰减系数；－电子对线衰减系数；质量衰减系数/：线衰减系数：单位：cm-1不带电粒子与物质相互作用相互作用系数87线减弱系数的倒数称为不带电粒子在物质中的平均自由程(Meanfreepath)。即λ=1/μ。表示不带电粒子每经过一次相互作用之前，在物质中所穿行的平均厚度。I=I0e-ud

如果d＝λ，即厚度等于一个平均自由程，X或γ射线被减弱到原来的e-1平均自由程λ：不带电粒子与物质相互作用相互作用系数882.质能转移系数

tr/

线能量转移系数tr：光子在物质中穿行单位距离，光子转移为带电粒子的动能占总能量的份额。质能转移系数tr/：

cm-1cm2/g不带电粒子与物质相互作用相互作用系数穿行过单位质量厚度，射线把能量转移给电子的份额893.质能吸收系数

en/

光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致辐射损失掉。质能吸收系数

en/：

式中：g－次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额不带电粒子与物质相互作用相互作用系数904.混合物和化合物的质量衰减系数和质能吸收系数式中：

i－元素i的重量百分比。不带电粒子与物质相互作用相互作用系数91不带电粒子授与物质能量的过程可以分为两个阶段：第一阶段：不带电粒子与物质相互作用释放出次级带电粒子，不带电粒子的能量转移给次级带电粒子

第二阶段：带电粒子将通过电离激发，把从不带电粒子那里得来的能量授与物质质能转移系数

tr/：

质能吸收系数

en/：

92不带电粒子与物质相互作用

相互作用系数的区别与联系不带电粒子在物质中穿行一距离，平均有多少粒子发生了相互作用，用质量减弱系数量度；不涉及具体物理过程入射粒子总能量中平均有多少能量转移为次级带电粒子的动能，用质能转移系数度量;只涉及带电粒子获得的能量，而不涉及这些能量是否被物质吸收次级带电粒子动能，除去以韧致辐射形式放出的外，真正消耗在介质中，即平均有多少能量被介质吸收，用质能吸收系数度量辐射测量中的统计-泊松分布由法国数学家泊松于1837年引入；设x为离散型随机变量，且X的取值为所有非负整数。如果x的概率函数为：则称x服从均值为λ(λ>0)的泊松分布。泊松分布的均值和方差都为λ。已经发现许多随机现象服从泊松分布。特别是在社会生活、物理科学等领域，诸如公共汽车站来剑的乘客数，放射性分裂落到某区域的质点数等等当λ很大时，泊松分布趋向于正态分布泊松流源源不断地出现的许多随机的质点构成一个随机质点流，简称流。以Xt表示在时间区间(O，t]内总共出现的质点个数，我们讨论Xt的分布。如果一个流满足：1）独立增量性(无后效性)、2）平稳性、3）普通性，被称为泊松流，这是研究随时间变化的随机流最重要的类型泊松流的分布：原子的放射现象是一个典型的泊松流1、原子核的衰变与否与任何外界因素无关，这意味着满足独立增量性和平稳性2、放射性衰变服从指数规律，单位时间内衰变量为:这意味着满足普通性放射现象为泊松流可以帮助理解放射性的统计规律（固定时间内的放射性粒子数为泊松分布、平均值很大时为正态分布；粒子间的间隔时间为指数分布）实际辐射测量中的误差由泊松分布能够得出实际测量中的方差方差无法得到准确值，实际中用标准偏差估计：最终测量结果置信区间和置信度（，68.3%）相对标准偏差（越小越好）误差传递可以证明，若是相互独立的随机变量，各随机变量相应的标准偏差分别为，那么由这些随机变量导出的任何量的均方偏差为：对n个独立的连续随机过程本章习题：1、分别计算1MeV、5MeV电子在铝和聚乙烯中的射程（单位使用cm）2、试证明入射光子不能和自由电子发生光电效应。3、中子能量一般怎划分？对于每个能量范围举一个例子说明与物质主要发生什么样的相互作用。4、简单总结重带电粒子和轻带电粒子与物质相互作用的异同。5、为什么说放射性事件为一个泊松流过程？6、试从误差传递公式导出独立连续随机过程的方差表达式。100民间组织本领域资深科学家组成目前由一个主委员会，五个分委员会构成提供原则和建议（通常以报告或建议书形式）国际放射防护委员会-ICRP101工作性质

国际放射防护委员会（ICRP）是一个非政府的科学组织，目的是制定辐射防护基本原则，提出辐射防护建议。它的建议被IAEA和世界绝大多数核国家纳入自己国家的辐射防护标准和核安全法规，成为各国制定辐射防护和核安全标准的重要依据。102历史沿革国际放射防护委员会(ICRP)是于1928年由国际放射学大会决定成立的，当时的名称是国际X射线和镭防护委员会。1950年改名为现在的名称,但是多年来委员会已经将其兴趣扩展到了考虑越来越多的涉及辐射和放射源的产生和利用的实践与应用。103历史沿革ICRP建议主要是面向负责制定防护标准的监管者和业主。随着对基本机理认识的增长，ICRP防护体系在随时间演进，而且每隔10～15年进行一次基本推荐。自1990年ICRP60号出版物发表以来已经经历大约16年的时间，新的建议书也于2007年出版，随着ICRP研究成果的不断涌现，其出版物已经发表到10５个，对辐射防护的理论和实践有重大的影响和指导意义。104历史沿革当前系列的建议书：

1958年ICRP1号出版物

1964年ICRP6号出版物

1966年ICRP9号出版物

1977年ICRP26号出版物

1990年ICRP60号出版物

2007年ICRP103号出版物105ICRP组织结构106ICRP主委员会ICRP主委员会由主席一人和不超过１２人的其他委员组成，委员会的人选以他们在医学、放射学、辐射防护、物理学、生物学、遗传学、生物化学和生物物理学领域内公认的成就为依据，照顾到专业知识而不是国籍方面的平衡。

ICRP由主委员会、分委员会组成，分委员会根据当前的工作性质设置任务组和工作组。107ICRP主委员会108联合国原子辐射效应委员会

-UNSCEAR联合国的下属机构负责对人类活动的辐射源所产生的照射水平以及辐射生物效应资料进行分析、编评以一定周期向联合国大会提交报告书及其附件工作人员只有秘书长一人，秘书一人109我国参加

联合国原子辐射效应委员会

的情况每年我国派出代表团参加UNSCEAR大会将我国的有关信息报告UNSCEAR环境辐射水平公众照射，职业照射及医疗照射水平110国际原子能机构-IAEA联合国的下属机构其主要职能是防止核扩散，促进原子能及核技术的和平利用总部设在奥地利首都维也纳依据ICRP和UNSCEAR有关报告，制定辐射防护方面的标准导则，推荐给成员国。标准不具有强制性，但若要接受IAEA援助则需执行其标准通过出版物、培训班、研讨班及技术援助示范项目等发挥作用111现行放射防护基本标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002)ICRP第60号ICRP第26号《放射卫生防护基本标准》（GB4792-84）《辐射防护规定》（GB8703-88）112ICRP（Publication）InternationalCommissiononRadiologicalProtection国际放射防护委员会ICRU（Report）InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements国际辐射单位与测量委员会UNSCEAR

UnitedNationsScientificcommitteeontheEffectsofAtomicRadiation联合国原子辐射效应科学委员会IAEA（SafetySeries）InternationalAtomicEnergyAgency国际原子能机构ISO

InternationalStandardizationOrganization国际标准化组织113NCRP（Report）（Handbook）NationalCouncilonRadiation

ProtectionandMeasurements辐射防护与测量国家委员会（美）BEIRcommitteeontheBiologicalEffectsofIonizingRadiations电离辐射生物效应委员会（美）ANSIAmericanNationalStandardInstitute美国国家标准NRPBNationalRadiologicalProtectionBoard国家放射防护委员会（英）114

对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度(数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量。

辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。

为什么需要辐射探测器？辐射探测器115辐射探测的基本过程：

辐射粒子射入探测器的灵敏体积；入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积能量；

探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信号。

探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：

气体探测器；

闪烁探测器；

半导体探测器;其他探测器116辐射探测器学习要点（研究问题）：探测器的工作机制；探测器的输出回路与输出信号；探测器的主要性能指标；探测器的典型应用。118第二章

气体探测器119历史最悠久的探测器粒子物理实验；核工程与核技术应用；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。120第一节

气体中离子与电子的运动规律1、气体的电离与激发电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程

入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。

电离——核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发——使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。入射粒子直接产生的离子对称为原电离。原电离产生的高速电子足以使气体产生的电离称为次电离。总电离=原电离+次电离121

电离能W：带电粒子在气体中产生一个电子离子对所需的平均能量。对不同的气体，W大约为30eV

若入射粒子的能量为E0，当其能量全部损失在气体介质中时，产生的平均离子对数为：122光致电离（光电效应）Cs原子的电离电位最低，3.88eV；相应的光子波长为3184Å

，在紫外区；

紫外光或能量更高的光才能产生光致电离。

介质中原子吸收一个光子，放出一个电子而电离。

紫外光子能量较低，光致电离产生的电子动能很低，一般不能再引起新的电离或激发。1232、电子与离子在气体中的运动

当不存在外加电场的情况下，电离产生的电子和正离子在气体中运动，并和气体分子或原子不断地碰撞，处于平衡状态。其结果会发生以下物理过程：

扩散；电子吸附；复合；漂移；电荷转移；124A.扩散(Diffusion)

在气体中电离粒子的密度是不均匀的，原电离处密度大。由于其密度梯度而造成的离子、电子的定向运动叫扩散。由气体动力学，可得到扩散方程：电子或离子粒子流密度电子或离子的扩散系数电子或离子密度125若电离粒子的速度遵守麦克斯韦分布，则扩散系数

D

与电离粒子的杂乱运动的平均速度之间的关系为：平均自由程

电子的平均自由程和乱运动的平均速度都比离子的大，因此其扩散系数比离子的大，因而电子的扩散效应比离子的严重。126B.电子的吸附和负离子的形成

电子在运动过程中与气体分子碰撞时可能被气体分子俘获，形成负离子，这种现象称之为吸附效应。Electronattachmente-Negativeion127例如O2、H2O，的，卤素达

每次碰撞中电子被俘获的概率称为吸附系数h。h大(h>10-5)的气体称为负电性气体。电子的吸附现象对气体探测器产生的是正面or负面影响？

气体探测器的工作气体应尽量选择吸附系数小的气体，在不得已采用时，将会影响探测器的性能。128C.复合(Recombination)

有两个过程：电子与正离子，或负离子与正离子，相遇时可能复合成中性的原子或分子。Recombinatione-＋—＋129

为复合系数

复合的结果是损失了离子对数目，使产生信号的离子对数目减少，破坏了原入射粒子电离效应与输出信号之间的对应关系。因此，复合现象在探测器正常工作中应尽量避免。

复合引起的离子对数目的损失率：

一旦形成了负离子，其运动速度远小于电子，正离子与负离子的复合系数要比正离子与电子的复合系数大得多。130D.离子和电子在外加电场中的漂移

离子和电子除了与作热运动的气体分子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。

这种运动称为“漂移运动”，定向运动的速度为“漂移速度”。

电子漂移速度对气体成分很敏感，少量某种气体的混入就可显著提高电子漂移速度。131这些气体一般是甲烷、二氧化碳及氮等多原子或双原子分子气体。这些气体分子有很多低能级，有它们存在，电子能量不用积累到很高，就可能发生非弹性碰撞而大量损失能量了。这样，少量多原子分子的加入使气体中电子的平均动能显著下降，也就可以使乱运动的平均速度下降，这将会提高漂移速度。这一效应在气体探测器的研制中经常要用到。132(1)电子漂移速度一般为：离子漂移速度一般为：(2)电子的漂移速度对组成气体的组分极为灵敏在单原子分子气体中（如Ar）加入少量多原子分子气体（如CO2、H2O等）时，电子的漂移速度有很大的增加。

电子与离子在气体中在外电场作用下的漂移速度的主要区别为：133I:复合区II:饱和区III:正比区IV:

有限正比区V:G-M工作区VI:

连续放电区134第二节

电离室的工作机制与输出回路电离室的工作方式可分为：1)脉冲型工作状态2)累计型工作状态

记录单个入射粒子的电离效应，处于这种工作状态的电离室称为：脉冲电离室。

记录大量入射粒子平均电离效应，处于这种工作状态的电离室称为：累计电离室。1351、电离室的基本结构不同类型的电离室在结构上基本相同.典型结构有平板型和圆柱型。高压极(K)：正高压或负高压；均包括：收集极(C)：与测量仪器相联的电极，处于与地接近的电位；保护极(G)：又称保护环，处于与收集极相同的电位；负载电阻(RL)：电流流过时形成电压信号。136高压极收集极保护极高压负载电阻外壳灵敏体积绝缘子平板型电离室137圆柱型电离室138灵敏体积：

由通过收集极边缘的电力线所包围的两电极间的区域。保护环G的作用：1)使灵敏体积边缘处的电场保持均匀；2)若无G，当高压很大时，会有电流通过绝缘子从负载电阻RL上通过，从而产生噪声，即绝缘子的漏电流。139

气体压力：从0.1~10大气压。2、工作气体

充满电离室内部空间，是电离室的工作介质；

如Ar

加少量多原子分子气体CH4。

需要保证气体的成份和压力，所以一般电离室均需要一个密封外壳将电极系统包起来。140第一步：假设回路中没有负载电阻

极板a上加高压V0，极板ab

间电容量为C1，则两极板的电荷量：3、输出信号产生的物理过程

即电离室的工作机制。141第二步：在电离室内某一点引入一单位正电荷e+它将在两极板上分别感应出一定的负电荷，设分别为-q1、-q2高斯定律：142

即正电荷靠哪个极板近，那个极板上产生的感应电荷就多。

这就相当于感应电荷从外回路流过，即在外回路流过电流i+(t)。第三步：当电荷沿电场向下极板运动，则上极板a上感应电荷

减少，下极板b上感应电荷

增加。且143

正离子漂移所引起的负感应电荷在回路中流过的电荷量为：144第四步：当正电荷快到达极板的前一瞬间，-q1全部由a极板经外回路流到b极板，b极板上的感应电荷：

当e+到达b极板，e+与b极板上的感应电荷中和。外回路电流结束，流过外回路的总电荷量为：考虑：如果在电极之间引入的是负电荷，解释一下整个物理过程。产生的结果是否与正电荷有共同之处？145

电子(负离子)漂移所引起的正感应电荷在回路中流过的电荷量为：146即：若在电场中引入一单位负电荷，它将在ab两极板上分别感应一定的正电荷，分别为和。当负电荷沿电场反方向运动时，则a极板上感应电荷

增加，而b极板上感应电荷

减少。整个过程中，流过外回路的总电荷量为：

相应在外回路流过电流为，电流方向与相同。147在电离室中同一点引入正负电荷：

当同时在同一位置引入一离子对，则在外回路流经的电流：i(t)=i+(t)+i

–(t)

流过外回路的总电荷量：△q++△q-

=e148(1)只有当空间电荷在极板间移动时，在外回路才有感应电流流过，此时i(t)=i+(t)+i–(t)，正、负电荷的感应电流方向相同，在探测器内部从阳极流向阴极。电荷漂移过程结束，外回路感应电流消失。当负电荷被收集后，外回路中就只有正电荷的感应电流。结论：(2)当+e、

e电荷在同一位置产生时，它们在极板上的感应电荷量分别相同；

+e、

e电荷漂移结束，流过外回路的总电荷量为e；该电荷量与这一对电荷的产生位置无关。

位置无关149(1)当入射粒子在探测器灵敏体积内产生N个离子对，它们均在外加电场作用下漂移，这时，产生的总电流信号是：引伸结论：(2)当N个离子对全部被收集时，流过外电路的总电荷量为：Q只与离子对数量N有关，而与各离子对产生的位置无关。150

输出回路的定义：输出信号电流所有流过的回路都包括在输出回路中。①感应电荷在外回路上形成的电流，在负载电阻RL上形成电压，有信号输出；②测量仪器有内阻、电容；③探测器电容C1。输出回路的简化过程：4、电离室的输出回路④

线路的杂散电容C′。151测量仪器总电阻总电容RL

：负载电阻；C1：探测器电容；R入

：测量仪器输入电阻；C入

：测量仪器输入电容；：杂散电容；如,电缆电容~100pF/m。152

电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒子的能量、时间、强度等。8.3脉冲电离室

以下讨论假设入射粒子在灵敏体积中产生N个离子对，并忽略扩散和复合的影响，而且在信号结束前，探测器灵敏体积内不再有其它入射粒子产生电离。

脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电压信号。

1531)

脉冲电离室的总输出电荷量1、脉冲电离室的输出信号

电离室灵敏体积内产生N个离子对并全部被极板收集后的总输出电荷量：

这一结果与极板形状、电场分布、输出回路参数无关。154(1)负载电阻RL=0的情况2)

脉冲电离室的输出电流信号

相当于用输入阻抗极小的电流计测量电离室输出信号的情况。155下面来计算电流的大小：电源提供功率：正离子、电子在t时刻的空间位置；

正离子、电子在该点的场强；

正离子、电子在该点的漂移速度。

能量守恒电子－正离子在电场中漂移的过程，实际上是电场对电子和正离子做功的过程：156求解得到t

时刻流经外回路的电流在t时刻，灵敏体积中有N+(t)个正离子和N–(t)个电子，则输出电流：电离室的本征电流（IntrinsicCurrent）157以平板电离室为例，设离子和电子的漂移速度是常数，并且电子的漂移速度是离子漂移速度的1000倍，均匀电场t2为开始有正离子到达负极板的时间；几个重要时刻：t1为开始有电子到达正极板的时间；T–

为电子全部到达正极板的时间；T+为正离子全部到达负极板的时间。离子和电子的初始数目为：158N=1时：159160(2)负载电阻RL≠0的情况

采用一般的具有输入阻抗的测量装置，输出电压信号V(t)。总电阻总电容①电源做的功率W(t)

④输出回路中消耗的功率WO(t)②灵敏体积内电子和正离子在电场作用下漂移所消耗的功率We(t)③C1的储能发生变化(消耗功率)WC1(t)161推导过程的物理基础：①电源电动势所做的功率W(t)

④输出回路中消耗的功率WO(t)③C1的储能发生变化(消耗功率)WC1(t)②灵敏体积内电子－正离子在电场中漂移所消耗的功率We(t)能量守恒根据能量守恒：162①电源功率W(t)

②灵敏体积内电子－正离子在电场中漂移所消耗的功率163a极板的电位不再为常数而为V(t)电容C1的储能为能量变化率为：③电容C1的储能发生变化④输出回路功率WO(t)164能量守恒令：165把电离室看成理想的内阻无限大的电流源，但这是有条件的。而电荷源则是无条件的。(A)由于V(t)<<V0为电离室的本征电流。结论：166(B)电离室可以用电流源I0(t)和C1并联等效。并可得到其输出回路的等效电路1673)电离室的输出电压信号解微分方程：168(1)当时，即全部电子和正离子对输出信号都有贡献。在t<T+时当t=T+时当t>T+时169170A、在t=T+时，输出电压脉冲幅度B、C0越小，h越大。为此须降低工作在这种状态的电离室称之为离子脉冲电离室。存在问题——输出电压脉冲宽度非常大(T＋是ms量级)，这样入射粒子的强度不能太大，并且要求放大器电路频带非常宽，噪声大而不实用。结论：当，电子和离子的定向漂移对输出电压信号都有贡献171(2)

当，正离子漂移的贡献可以忽略，在t<T－时当t＝T－时当t>

T－时172173A、输出电压脉冲幅度，仅取决于电子漂移在外回路中流过的电荷量。B、由于，约为微秒量级，将大大降低电压脉冲信号的宽度，得到快的响应时间。

结论：工作在这种状态的电离室称为电子脉冲电离室。当，只有电子的定向漂移对输出电压信号有贡献

存在问题：输出电压脉冲幅度h-与初始电离的位置有关，也就是Q-与初始电离位置有关。174即Q－与第j个电子被收集时最终电位和最初产生处(初电离位置)电位之差有关。这样，电子脉冲电离室的输出电压脉冲幅度不仅与产生的离子对数有关，而且，与离子对生成的位置有关。175(3)影响输出电压信号形状的因素176脉冲电离室输出电压脉冲信号为变前沿的脉冲信号，其前沿与电离发生的位置有关。177(C)电子或正离子漂移对输出电压脉冲信号的贡献，取决于电子或正离子扫过的电位差。关于电离室输出电压信号的一些重要结论：(A)电子离子对一旦形成即开始漂移，立即就有输出电流信号；电压脉冲的上升时间为电流脉冲的持续时间。与R0C0有关。(B)电离室输出电流中包含快成分与慢成分，其比例与电子离子产生位置有关，导致电离室输出的电压脉冲为变前沿的脉冲，其上升时间涨落达103sec量级。178

离子脉冲电离室存在问题——输出电压脉冲宽度非常大(T＋是ms量级)，这样入射粒子的强度不能太大，并且要求放大器电路频带非常宽，噪声大而不实用。

电子脉冲电离室存在问题：输出电压脉冲幅度h－与初始电离的位置有关，也就是Q—与初始电离位置有关，与沉积能量不成正比。1792、圆柱型电子脉冲电离室和屏栅电离室1)圆柱型电子脉冲电离室180设计思想：利用圆柱形电场的特点来减小Q－与入射粒子的初始电离位置的依赖关系，达到利用“电子漂移引起的电压脉冲幅度”来测量入射粒子能量的目的。电子脉冲电离室必定要满足1812)屏栅电离室（TheGriddedIonChamber）屏栅电离室的构成：阴极B、阳极A、栅极G、电源和负载电阻。BAG1823、脉冲电离室输出信号的测量脉冲电离室的输出信号所包含的信息：1）入射带电粒子的数量；2）入射带电粒子的能量；3）确定入射粒子间的时间关系。通过对输出脉冲数进行测量。通过对输出电压信号的幅度进行测量。通过对输出电压信号的时间进行测量。183脉冲电离室的输出信号需要用电子仪器来测量。气体电离室高压前置放大器放大器单道或多道脉冲分析器1844、脉冲电离室的性能1)脉冲幅度谱与能量分辨率脉冲电离室常用来测量带电粒子的能量。

对单能带电粒子，若其全部能量都损耗在灵敏体积内，则脉冲电离室输出电压脉冲的幅度反映了单个入射带电粒子能量的大小。185能量分辨率：半宽度多道测量的脉冲幅度谱：186

能量分辨率反映了谱仪对不同入射粒子能量的分辨能力。187(a)能量分辨率反映了谱仪对不同入射粒子能量的分辨能力。能量分辨率越小，则可区分更小的能量差别。这是谱仪的最主要的指标。关于能量分辨率的小结：(b)能量分辨率的公式是谱仪所达到的分辨率的极限和理论值。并可检验谱仪的性能。(c)能量分辨率的数值是对某一能量而言的188第三节正比计数器（ProportionalCounters）

正比计数器中，利用碰撞电离将入射粒子直接产生的电离效应放大了，使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大。

对直接电离效应放大的倍数称为“气体放大倍数”，以A表示，在一定的工作条件下，A保持为常数。

正比计数器属于非自持放电的气体电离探测器。1891、正比计数器的工作原理1).正比计数器的结构特点

结构上必须满足实现碰撞电离的需要，而在强电场下才能实现碰撞电离。

在一个大气压下，电子在气体中的自由程约10-3～10-4cm，气体的电离电位～20eV。要使电子在一个自由程就达到电离电位，场强须>104V/cm。

为达到这一要求，一般采用非均匀电场，以圆柱型为主。190设计思想：利用圆柱形电场的特点在中央丝极附近会产生小范围的强电场区域。距中心为r的场强：实例：当V0＝1000V，a＝25

m，b＝1cm时，在r＝0.017cm处，电场强度相当于临界场强ET～104V/cm。191由：在r＝b时场强最小，r＝a时场强最大。定义：

对于一个确定的正比计数器，只有当工作电压V>VT

时，才工作于正比计数器工作区，否则工作于电离室区。VT称为正比计数器的起始电压(阈压).192

当V0>VT

时，仅在a

～

r0

区间内发生碰撞电离。

一般r0很小，和a是同一量级，这样入射粒子在r0内产生电离的可能性很小，可以忽略。因此，在不同位置射入的入射粒子所产生的电离效应在正比计数器中都经受同样的气体放大过程，都有同一个气体放大倍数。

正比计数器输出信号主要由正离子漂移贡献。193碰撞电离只有电子才能实现。

当电子到达距丝极一定距离r0

之后，通过碰撞电离过程，电子的数目不断增多，这个过程称为气体放大过程，又称电子雪崩(electronavalanche)。2).碰撞电离与气体放大定义气体放大倍数：194假定：(1)发生碰撞电离的截面正比于电子的动能，即(2)近似认为电子的能量就是电子在两次碰撞间从电场获得的能量。可得到如下关系：当电压足够高，即V0/VT>>1时，气体放大倍数与工作电压的关系195结论：(2)A仅与V0，VT有关，与入射粒子的位置无关。(1)，在半对数座标图上近似为直线。1963).气体放大过程中正离子的作用

离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程中，可以认为正离子基本没动，形成空间电荷，处于阳极丝附近，会影响附近区域的电场，使电场强度变弱，影响电子雪崩过程的进行。

正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原子分子气体阻断离子反馈（电荷交换）。197正比计数器的输出回路2、正比计数器的输出信号198假定：(1)

A>>1。即忽略初始电离产生的离子对对输出信号的贡献。(2)全部输出信号均为正离子由阳极表面向阴极漂移而在外回路流过的感应电荷。这时，由于r0很小，以至电子在阴极的感应电荷很小，而可以忽略电子对输出信号的贡献。199正比计数器的本征电流：由于：则：其中，仅取决于结构、工作气体及工作电压等。200由于

很小，所以电流随时间而迅速下降。201

电压脉冲信号与输出回路时间常数的选取有关，与粒子入射位置无关。

式中f(t)为仅与R0C0和

有关的时间函数，与入射粒子的位置和能量无关。202(1)电流脉冲I(t)的形状一定，与入射粒子的位置无关；输出电压脉冲为定前沿脉冲。结论：(2)由于

～10-8s，即使t～100

，也就是输出电流降为初始的约1/100,也仅需要

s量级，可以获得快的响应时间特性。(3)当R0C0>>T＋时，获得最大输出脉冲幅度ANe/C0，但不管选取什么R0C0的值，电压脉冲幅度均正比于ANe。因此可选择小的输出回路时间常数，获得好的分辨时间。2031)输出脉冲幅度与能量分辨率

输出脉冲幅度的涨落是一个二级串级型随机变量：输出脉冲幅度：3、正比计数器的性能实验表明，所以，能量分辨率

204影响正比计数器能量分辨率的其他因素：①阳极丝的均匀性。④电子学系统的影响。③末端效应和室壁效应。②负电性气体的存在。

使不同区域A不同，故同样能量粒子在不同入射位置产生信号的大小不同。

使一些初级电子消失，影响输出脉冲幅度。

入射粒子能量未完全损失在灵敏体积。

放大器噪声、高压的不稳定性、放大器放大倍数的不稳定性等的影响。2052)

探测效率和坪特性206207

分辨时间(死时间)

主要由输出脉冲的宽度决定。脉冲越宽，死时间越大。3)分辨时间(死时间)

和计数率修正

在死时间

内再产生的脉冲不会被记录，从而会造成计数的损失，为此必须考虑计数率的修正。208

即正比计数器的雪崩过程仅在丝极的局部发生，因此在一个雪崩进行的过程中，仍会有其他雪崩在不同位置产生的可能。这样，在第一个信号脉冲后

内又来第二个脉冲，第二个脉冲又将跟随一个

，在此时间内产生的脉冲仍不被记录。正比计数器的雪崩区域范围很小，单个电子形成的雪崩区宽度~200m，一个入射粒子形成的雪崩区宽度就是入射粒子径迹在阳极丝上的投影。209分辨时间的两种模型：GM管正比计数器

对正比计数器，如果输入脉冲的时间间隔都小于分辨时间，会引起计数器的堵塞。2104、正比计数器的应用1）

流气式4

正比计数器2）低能X射线正比计数器——鼓形正比计数器。特点：4

立体角，探测效率高；流气工作方式，换样品方便，结构密封简单；阳极丝为环状。特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。2113）单丝位置灵敏正比计数器特点：阳极丝为高阻丝。由分流不同而确定粒子入射位置。2124）多丝正比室213G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明的一种利用自持放电的气体电离探测器。8.6 G-M计数管G-M管的特点是：制造简单、价格便宜、使用方便。灵敏度高、输出电荷量大。G-M管的缺点是：死时间长，不能测能量仅能用于计数。2141、G-M管的工作机制

由于光子反馈过程的存在，气体放大倍数为：1）正离子鞘的形成及自持放电过程

在正比计数器中，光子反馈和正离子反馈的作用极微弱，因此，经一次雪崩以后增殖过程即行终止，且雪崩只限于局部的区域，对一个初始电子仅展宽200m左右。215但在G-M计数管中，光子反馈和离子反馈就成为主要的过程。以光子反馈为例，通常条件下，，当时，G-M管的自持放电过程可以分解为下列环节：

①初始电离及碰撞电离过程：电子加速发生碰撞电离形成电子潮－雪崩过程。216②放电传播：放出的紫外光子打到阴极上并打出次电子（光子反馈）。

气体放电迅速遍及整个管子，正离子包围整个阳极丝，并逐步加厚形成正离子鞘。由于正离子鞘的形成，使阳极丝附近的电场减弱，使放电终止。

电子很快被阳极收集，该过程形成“电子电流”。③正离子鞘向阴极漂移过程：形成“离子电流”，是形成输出脉冲的主要贡献。217④正离子在阴极表面的电荷中和过程（离子反馈）：过程之一：过程之二：

这些过程均发生在第一次正离子漂移快结束时，在阴极新产生的电子又向阳极漂移，引起新的雪崩，从而在外回路形成第二个脉冲。如此周而复始，即自持放电过程。所以称为非自熄G-M计数管。2182)有机自熄G-M计数管

在工作气体中加入少量有机气体M(多原子分子气体，又称猝熄气体)，构成的G-M管。例如，90％的氩气(Ar)和10％的酒精(C2H5OH).

这样的G-M管具有自熄能力，称为有机自熄G-M管，或简称为有机管。219

有机分子气体M能够强烈吸收Ar*发出的紫外光形成M*或M＋，使Ar*发出的紫外光打不到阴极上而阻断了部分光子反馈过程；在正离子鞘向阴极漂移过程中，氩离子Ar+与有机分子M发生充分的电荷交换，到达阴极表面时均为有机分子离子M+；当M+与阴极上的电子中和时，除克服电子在中和时需克服的逸出功外，多余能量使有机分子处于激发态M*，M*主要以超前离解退激，阻断了几乎全部离子反馈过程。220有机管的工作机制可归纳为：①初始电离及碰撞电离过程：电子加速发生碰撞电离形成电子潮－雪崩过程。②放电传播：放出的紫外光子被有机气体分子吸收，即：

有机气体分子强烈吸收Ar*放出的紫外光子，在沿丝极很小范围内发生电离过程。放电沿阳极丝向两端传播，同时，正离子鞘也沿阳极丝向两端形成，其结果是使放电终止。221③正离子鞘向阴极漂移过程：在正离子鞘向阴极漂移过程中，实现充分的电荷交换,

到达阴极时正离子均由有机气体离子M+组成。例如：Ar的电离电位IAr

＝15.7eV；

Ar的激发态能级