第四章核辐射探测器201003301953[19983]介绍.ppt

1、第四章 核辐射探测器,核辐射测量方法,4.1 概述,1 探测器的发展 1908年，气体电离室（G-M计数器）问世。 1948年，二次大战以后，光电倍增管的应用，使闪烁计数器（Scintillation）得到广泛应用。 1940年末，有人发现Ge半导体点接触性二极管在受到粒子 照射时有脉冲输出，受这一物理现象启发，半导体探测器问世了。1960年，半导体探测器得到广泛应用。,核辐射测量方法,4.1 概述,1 探测器的发展 1968年，多丝正比电离室出现，使放冷落的气体探测器又获得了生命力，使核物理测量由高能向低能扩展。 1970年初，常温半导体问世。 1980年以后，常温半导体得到应用，制成X荧光

2、仪。 1960年末至1990年，交替性应用，多面发展，根据测量对象的不同，制作工艺不同，合理选用。,核辐射测量方法,4.1 概述,2 探测器的分类 气体探测器:电离室、正比计数器、G-M计数器。 闪烁计数器 半导体探测器 其它探测器,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.1 气体中电子和离子的运动规律 1 气体的电离,+,-,1）带电的入射粒子通过气体 2）发生电离或激发 3）在通过的径迹上生成大量离,总电离=初电离+次级电离 平均电离能( ):带电粒子在气体中产生一对离子所需的平均能量,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.1 气体中电子和离子的运动规律 2 电子和离子的漂移与扩

3、散,气体中，电离后生成的电子和离子的运动： 杂乱无章的热运动 定向运动： 沿电场方向漂移 从密度大向密度小的空间扩散,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.1 气体中电子和离子的运动规律 3 负离子的形成和离子的复合,电子与气体分子碰撞时，可能被捕获而形成负离子。 电子被捕获形成负离子的结果使漂移速度大大地减慢，从而增加了复合损失。 电子和正离子碰撞或负离子和正离子碰撞可复合成中性原子或中性分子。 离子复合几率比电子大几个量级。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.1 气体中电子和离子的运动规律 4 离子的收集和电压电流曲线,气体探测器利用收集辐射在气体中产生的电离电荷来探测入射

4、粒子。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.1 气体中电子和离子的运动规律 4 离子的收集和电压电流曲线,第区，电离电流随电压增大而增加。 第区称为饱和区或电离室区。 第区称为正比区。 第区称为有限正比区。 第V区称为G-M区或盖革区。 当外加电压继续增高，便进入连续放电，并有光产生。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.2 电离室 1 电离室结构,电离室的主体由两个处于不同电位的电极组成，电极之间用绝缘体隔开，并密封于充一定气体的容器内。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.2 电离室 2 电离室分类 1）脉冲电离室，记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电粒子的能量和强

5、度。 2）电流电离室和累计电离室，分别记录大量辐射粒子平均效应和累计效应，主要用于测量X， ， 和中子的照射量率或通量、剂量或剂量率，它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.3 正比计数器,气体探测器工作于正比区时，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中逐次倍增而形成电子的雪崩。于是，在收集电极上感生的脉冲幅度 将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即 处于这种工作状态下的气体探测器就是正比计数器。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.3 正比计数器 1 气体放大机制,设圆柱形计数管的阳极半径为a ，电位为Vc；阴

6、极半径为b ，电位为 Vk；外加工作电压 ，则沿着径向位置为r的电场强度 为:,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.3 正比计数器 2 放脉冲的成形,脉冲由两部分组成，一部分是电子运动所贡献的，另一部分是正离子运动所贡献的。电子脉冲的幅度 与总脉冲幅度 的比例为：,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.4 G-M计数器,G-M计数器大多是圆柱形的。电源常见接法如图。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.4 G-M计数器 1 G-M的特性,坪曲线是衡量G-M计数管性能的重要标志。其主要参数是： 1）起始电压。当工作电压超过起始电压后，输出脉冲不再与原电离有关。 2）坪斜。在

7、坪区，计数率仍随电压升高而略有增加，表现为坪有坡度，称为坪斜。,核辐射测量方法,4.2 气体探测器,4.2.4 G-M计数器 2 死时间、恢复时间和分辨时间,入射粒子进入计数管引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围的电场削弱，终止了放电。这时，若再有粒子进入就不能引起放电，直到正离子鞘移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止。这段时间称为死时间。,经过死时间后，雪崩区的场强逐渐恢复，但是在正离子完全被收集之前是不能达到正常值的。在这期间，粒子进入计数管所产生的脉冲幅度要低于正常幅度，直到正离子全部被收集后才完全恢复，这段时间称为恢复时间。,人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，