文档介绍：核技术应用与辐射防护
第三章辐射探测器
引言
辐射探测器是指在射线作用下能产生次级效应的器件,而且这种次级效应能被电子仪器所检测。
多数探测器是根据射线与物质相互作用使物质的原子或分子电离或激发效应制成的,它可以把射线的辐射能量转变为电流、电压信号以供电子仪表记录和分析,或转变成辐射粒子的径迹以供分析。因此辐射探测器是一种能量转换元件,是辐射测量装置的基础组成部分。
气体电离探测器
图3-1 气体电离探测器原理图
电场下的气体电离
电离所产生的电子和正离子在电场作用下的运动形式是多样和复杂的,除了热运动外,还包括扩散、漂移和复合等。
电子和正离子从密度较大的空间向密度较小的空间运动的过程称为扩散。扩散能力与气体的性质、温度和压强等有关。对于不同气体,离子的扩散系数一般在200~500 cm2·s-1,而电子的扩散系数比离子大得多。
扩散过程将影响气体电离探测器电脉冲的时间特性
在电场作用下,电子和正离子分别向正负电极作定向运动的过程称为漂移。气体成分确定时,离子的漂移速度与电场强度E成正比,与气体压力 P 成反比。电子的漂移速度不服从此规律,其值比离子大1000倍,而且对气体的成分非常敏感。电子和离子的漂移速度直接影响气体电离探测器输出脉冲的上升时间和宽度。
电子和正离子、或正离子和负离子在运动过程中发生碰撞重新成为中性原子或分子的过程称为复合。单位时间内,电子和正离子、或正离子和负离子复合成中性原子或分子的数目叫做复合率,其正比于电子和离子的密度,其中的比例系数称为复合系数,与气体的性质、温度、压强等有关。
复合率的大小直接影响气体电离探测器的工作电压和线性范围。
由于气体在射线作用下存在复杂物理过程,所以,气体电离探测器的工作电压和电离电流之间有着复杂的关系。
图3-2 典型的气体电离探测器的伏安特性曲线
图3-2 典型的气体电离探测器的伏安特性曲线
Ⅰ区(复合区):电离电流随工作电压的增加急剧上升,反映出电离过程中,电离的复合损失随着电压升高急剧减小。
图3-2 典型的气体电离探测器的伏安特性曲线
Ⅱ区(饱和区):电离电流已不随两极电压的升高而改变,电离电流趋向饱和,它反映正负离子和电子已被全部收集。
图3-2 典型的气体电离探测器
的伏安特性曲线
Ⅲ区(正比区):随着电压的增加,初电离产生的电子在电场中得到能量后使气体进一步电离,电离电流随电压的增加而又增加,离子对数目可增加到初电离离子对数的 l0000倍,这时工作气体本身已具有放大作用。在这一工作区,电离电流不仅正比于工作电压,而且正比于初电离的离子对数,亦即正比于射线在探测器中消耗的能量。