射线检测 教学课件 作者 张小海 5-1 射线探测及器件.ppt

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1、第5章射线探测及器件主要内容概述气体探测器闪烁探测器半导体探测器工业射线检测常用探测器概述利用射线中带电粒子或电磁波在物质中所引起的原子或分子的激发或电离进行的。射线与物质作用的各种特性胶片感光特性使某些荧光物质发出荧光的效应使物质电离的效应等。概述按探测原理分：1.气体探测器：利用射线在气体介质中的电离效应探测辐射。2.闪烁探测器：利用射线在闪烁体中的发光效应探测辐射。3.半导体探测器：利用射线在半导体介质中产生电子-空穴对来探测辐射。5.1气体探测器气体探测器以气体作为探测介质，入射粒子在气体介质中损失能量并使之产生电子-离子对，电子和正离子在探测器的电场中漂移并使输出电路产生电信号。根

2、据工作条件的不同，气体探测器分为电离室、正比计数器、盖革·米勒(G-M)计数器和其他探测器。5.1.1气体探测器的电压-电流曲线气体探测器结构两个同轴圆柱形电极分别为高压电极K和收集电极C。电极由绝缘体隔开并密封在一定气压的容器内，电极间加一定的电压V0。入射粒子进入探测器的气体空间使气体电离，产生电子离子对，在电场作用下电子和正离子分别向两电极漂移。电极上产生的感应电荷也随电子和正离子的漂移而变化，于是在输出回路中形成电流信号。S-放射源W-入射管l-绝缘体K-阳极C-阴极A-电流计V0-电压电压-电流曲线(1)极间电压较低时，电场强度小，电子与离子的漂移速度慢，容易发生复合，探测器的输出

3、电流随电压的升高而迅速增大。(2)在该区域内，电极间的电压较高，电场足够强，入射粒子产生的电离电荷可全部收集，称该区为饱和区或电离室区。电压-电流曲线(3)当极间电压继续升高，电场强度足以使次级电子加速获得能量而引起新的电离，使电子离子对数倍增到原电离的10～104倍，电压固定时，气体放大系数恒定，输出的电流正比于原电离，所以该区成为正比区，正比计数器工作在此区。(4)如果极间电压继续升高，电场达到一定程度后，“气体放大”现象增强，在此区间内，“气体放大”系数不再保持恒定，这个区域称为有限正比区。(5)由于外加电压非常高，极间电场非常强，探测器内只要有电离产生，即可引起自激放电，不再与原电离

4、有关。这个区域称为G-M区，G-M计数器工作在此区。5.1.2电离室电离室即工作在饱和区的气体探测器。由处于不同电位的电极和限定在电极之间的气体组成，通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。电离室的原理受射线照射时，射线与气体中的分子作用，产生由一个电子和一个正离子组成的离子对。这些离子向周围区域自由扩散。扩散过程中，电子和正离子可以复合重新形成中性分子。若在构成气体探测器的收集极和高压极上加直流的极化电压V，形成电场，那么电子和正离子就会分别被拉向正负两极，并被收集。随着极化电压V逐渐增加，气体探测器的工作状态就会从复合区、饱和区、正比区、有限正比区、盖革区(G-M区)一直变化到连

5、续放电区。电离室分类分为脉冲电离室和电流电离室脉冲电离室可记录单个辐射粒子的电离辐射，主要用于重带电粒子的能量和强度的测量。电流电离室用来记录大量辐射产生的平均效应，用于测量X射线，γ光子束，β射线和中子束的强度、注量率和剂量。电离室应用电流电离室剂量监测和反应堆控制的重要探测器。5.1.3正比计数器探测器的结构大多采用圆柱形，中心是阳极细丝，圆柱筒外壳是阴极，工作气体一般是隋性气体和少量负电性气体的混合物。入射粒子与筒内气体原子碰撞使原子电离，产生电子和正离子。在电场作用下，电子向中心阳极丝运动，正离子以比电子慢得多的速度向阴极漂移。电子在阳极丝附近受强电场作用加速获得能量可使原子再电离。

6、从阳极丝引出的输出脉冲幅度较大，且与初始电离成正比。5.1.4盖革计数器盖革-米勒计数器(Geiger-Müllercounter)，是一种用于探测电离辐射的粒子探测器，通常用于探测α粒子和β粒子。射线对气体的电离性质盖革计数器盖革管盖革计数器历史1908年由德国物理学家汉斯·盖革和著名的英国物理学家卢瑟福在α粒子散射实验中，为了探测α粒子而设计的。1928年，盖革和学生米勒(WaltherMüller)进行了改进，使其可以用于探测所有的电离辐射。1947年，美国人SidneyH.Liebson在其博士学位研究中又对盖革计数器做了进一步改进，使得盖革管使用较低的工作电压，并且显著延长了其使用

7、寿命。盖革计数器的结构原理图主要缺点：不能鉴别粒子的能量和粒子的种类，不能进行快计数。盖革计数器原理盖革管两端用绝缘物质密闭并充入稀薄气体(通常是掺加了卤素的稀有气体，如氦、氖、氩等)，盖革管轴线上安装有一根金属丝电极在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于管内气体击穿电压的电压。通常状态下，管内气体不放电。当有高速粒子射入管内时，粒子的能量使管内气体电离导电，在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象，从而输出一个