核与粒子物理实验方法4-1气体探测器
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4）在高强度的入射粒子轰击下，不出现老化效应。
基于此要求，通常选择惰性气体，如氩气、氙气等。入射粒子在其中主要以电离 和激发工作气体原子损失能量。被激发的惰性气体退激发只有通过发射光子。对于Ar 原子，其发射光子的能量为11.6 eV。这一能量是高于金属原子的电离阈的，如Cu原子 的电离阈为7.7 eV。因此这些光子轰击到探测器极板或丝上就会产生电离而造成连续 放电而使探测器无法正常工作。
• 多丝正比计数器
多丝正比计数器是Charpak及其合作者于1968年设计出来的一种位置探测器，简称 MWPC (Multi-Wire Proportional Counter)。因该探测器在粒子物理实验研究中的重要作 用，Charpak于1992年获得了诺贝尔物理学奖。
最简单的MWPC是由两个阴极面和位于其中间的一个阳极丝平面组成的，工作在 正比区，其每一根丝类似于一个单丝正比计数器。下图为一个典型的多丝正比计数器 的结构示意图。
➢ 采用延迟时间差的方法 ➢ 一个阳极丝平面＋2个分条阴极平面
MWPC的应用
➢ 一般MWPC用于粒子物理实验中，用于探测最小电离粒子的径迹。此时，工 作气压在1个大气压或以上（为了获得足够多的初电离电荷以提高探测效 率）。
➢ MWPC也用于低能重离子物理中，用来探测重碎片。此时一般工作在低气压 状态，工作气体的压力一般在几十个mb以下。
E N prim Wi
即，收集的电荷数正比于粒子在其中的能量损失。下图给出了几种常用气 体产生的原初电离对的数目（对应最小电离粒子）和平均电离功。
主要用于探测 低能带电粒子
电离室产生信号量级的估算
阴极
d
接地 R
＋V
入射粒子 ＋–＋–＋– x
0
信号引出 0
C0
阳极
可认为是同时产生的： • 30 MeV 12C穿过灵敏区(10 cm)的时间:
4.2.3 漂移室 (drift chamber)
漂移室利用的是电子在恒定电场中的漂移速度的恒定(场强恒定时)来获得位置信 息的一种探测器。一般与MWPC结合在一起使用。相对于二维位置灵敏MWPC，其特 点是结构简单，电子学线路少(因而造价低廉)，定位精度高。下图给出了一个漂移室 的原理结构示意图。
4.2.2 正比计数器
• 单丝正比计数器
机制
典型的单丝正比计数器的结构和电场分布如下图所示。
Er CV0 1
20 r
V r CV0 ln r
20 a
C为单位径向 长度上的电容
当原电离电子漂移到场强超过一定的阈值后，其速度高到可以产生二次电离，形 成电荷倍增。一个电子漂移距离 x 所产生的次级电子数可用下式来表示
2.36
10 7 A
这是一个微电流过程，信号非常微弱，因此需要低噪声、高放大倍数的 电子学系统进行处理。
电离室上电压脉冲的形成过程
参见三校合编《原子核物理实验方法》p75-76
阴极
T–
T+
t
入射粒子
d
＋–＋–＋– x
0
RC0~T–
RC0~T+
信号引出 0
接地
R
C0
阳极
V(t)
RC0>>T+
＋V
• 由于电子的收集时间在s量级，而正 离子的收集时间在ms量级，因此，在电 子收集的时间内，可认为正离子基本是 不动的。为提高计数率，可通过设置电 荷收集的时间常数，消除正离子产生的 慢上升时间成分。
n exp E x
P
A1
exp
E
B1 P
式中称为第一Townsend系数；P为气压，A1和B1为 与工作气体相关的常数。E/P的值一般在(300－500) V/(cm·torr) ， 当 约 化 场 强 高 到 使 雪 崩 放 大 倍 数 达 1000，因空间电荷效应就会使雪崩达到饱和。
接地 R
＋V
入射粒子 ＋–＋–＋– x
0
信号引出 0
C0
Frisch栅
另外，设计不同结构的电离室阳极还可以得到其他一些附加信息。如：将电离 室的阳极分成沿入射粒子方向进行分段，可以在获得总能量的同时，得到能量损失 信息从而可以用E-E方法进行粒子鉴别；将阳极分成沿入射粒子方向的放射状的 条，可同时获得入射粒子角度的信息；等等。
第四章 核与粒子探测器
4.2 气体探测器
4.2.1 气体电离室 4.2.2 正比计数器 4.2.3 漂移室 4.2.4 麦管(straw-tube)探测器 4.2.5 平行板雪崩计数器(PPAC) 4.2.6 电阻板计数器(RPC) 4.2.7 Pestov detector
4.2 气体探测器
以气体为探测介质的粒子探测器，其机理为：
讨论1
在气体探测的使用和讨论中，常用约化场强的概念，即灵敏区中电场强度E与 工作气压P之比E/P。常用单位为V/(cm·torr)，国际单位为V/(cm·Pa)。
1 torr = 133.322 Pa
1 mbar = 100 Pa
1 torr = 1 mmHg
1 mbar = 0.75 mmHg
1 torr = 1.33322 mbar
1 mbar = 0.75 torr
1 大气压 = 101325 Pa = 760 torr =760 mmHg
气体电离室通常工作在约化场强为(0.1~10)V/(cm·torr)的范围内(在介绍漂移室 时还有讨论)。
讨论2
气体电离室对于测量重离子有其独特的优势： 1）由于重离子有高的比电离，因此信号噪声比不会成为问题； 2）电离室中工作气体非常均匀，因此在作为很薄的E探测器时，有其独到的 优势（相对于固体探测器）； 3）只需简单地改变工作气压（相应改变工作电压），探测器的灵敏厚度就能 得到改变，易于满足实验条件（相对于固体探测器） ； 4）灵敏面积可以做得很大，目前已经做到几百平方厘米（相对于固体探测 器） ； 5）可用多种较为简便的方法获得入射粒子的位置信息； 6）电离室因工作在无电子放大的电离区，能量刻度简单（线性相应）； 7）可以以流气的方式工作，不存在辐射损伤的问题； 8）无固体探测器所存在的脉冲高度亏损的问题。
设带电粒子在0时刻入射到探 测器中，t0时刻阳极丝产生信号， 已知电子在气体中的漂移速度为 W(t)，则初始电离距阳极丝的距离 与电子漂移时间的关系为：
t0
S W (t)dt
0
在均匀电场中，电子的漂移 速度W保持恒定，上式变为：
S = W·t0 因此，通过对漂移时间的测量可以获得入射粒子的位置信息，通常通过这一方法 可得到几十到几百m的位置分辨。
0V 100V 350V 100V 0V 100V 350V 100V 0V
+V
ex
a
a
举例2
有效面积100 mm×100 mm。在100 mb的P10工作气体下，坪区长度为700 V。对 244Cm 粒子，在第4片阳极对应的灵敏区域，能量损失为～1.30 MeV，能量分辨～ 41.1 keV (fwhm)，相对能量分辨～3.16％。
电离区
屏栅电离室
为了解决，V(t) 与初始电离产生的位置x0 相关的问题，人们在电离室的阴阳极之间接 近阳极的位置加入一层由金属丝组成的平面 （称作Frisch栅），以屏蔽在电荷漂移过程 中在阳极上感应出信号。只有当电子穿过 Frisch栅后，才在阳极上给出信号，这样V(t) 公式中的d对所有入射粒子均是相等的，从 而避免了信号与入射粒子位置相关的问题。
典型参数： L = 5 mm d = 1 mm 阳极丝直径 = 20 m
空间分辨：
x
d 12
(d = 1 mm, x = 300 m)
位置信息的获得
➢ 由阳极丝的信号直接给出，只能给出一维位置的信息； ➢ 增加一个与阳极丝垂直排列的丝平面获得另一维的位置信息，应注意ghost
hit问题；
➢ 选择高阻材料(如碳丝，2 k/m)制成的阳极丝，每根丝的位置给出一维位置 信息，每根丝两端由电荷分除法读出，获得另一维位置的信息；
工作气体的选择
对于工作在正比区的气体探测器，工作气体的选择很重要。理想的工作气体应当 具有以下几个特点：
1）对于给定电压具有更高的气体放大倍数。大的脉冲需要较少的电子学，而更低 的工作电压则可减小对电极加高压所引起的困难。
2）对于在雪崩过程中释放的光子，具有高的淬灭效率以减小火花放电的几率。
3）对入射粒子有高的阻止本领，以便得到大的初始电离（原电离）。
假定来自于放射源的粒子能量为5 MeV，进入探测器后能量全部损失在 工作气体(W~34 eV)中，最早抵达阳极的电子与最后到达阳极的电子的时间
差为100 ns，则该粒子在探测器的回路中产生的电流为：
I
5106 (eV) 100 10 9 (s)
1.6 10 19 (C/pair ) 34(eV/pair )
v～2.2 cm/ns t ~ 4.5 ns ns量级 • 电子漂移速度(令d=2 cm):
～103 cm/ns t ~ 2 s • 正离子漂移速度(令d=10 cm):
～106 cm/ns t ~ 10 ms
v(cm/ns) 1.39 E(MeV) A(u)
t(ns) 0.72 A(u) E(MeV)
信号的形成过程
a) 初电离形成，在外加电场作用下电子向阳极漂移，正离子向阴极迁移；b) 当电 子接近阳极丝附近的高场强区时（约几个阳极丝的半径范围），电子获得的能量高到 可产生雪崩，同时向横向扩散；c) 随着电子向阳极的接近，产生的雪崩电子数目剧增 而形成电子云，同时形成正离子鞘；d) 电子开始被阳极吸收，阳极丝被电子云和离子 鞘所包围；e) 电子全部被阳极吸收，阳极丝被离子鞘所包围，同时正离子向阴极慢慢 迁移。
Cathode
Frisch grid
Anode
E
E
E
R
2
1
举例1
一个双阳极(共阴极)横向电离室，距反应靶1 m处放置时张角为22，张角为7， 深度为800 mm。工作气体为P10 (10%CH4+90%Ar)。相对能量分辨~1%， 角分辨为 0.1 ， 角分辨为0.02 。
纵向电场电离室
粒子入射的方向与电场的方向相 同，且工作在电离区的电离室称为纵 向电场电离室。
• 盖革区：增益达到<1010 ，因空间电荷效
应，雪崩数达到饱和，完全失去对原初电离 的记忆，并形成自激放电，输出信号大。
• 火花放电区：由激发分子退激发所发射的 大量光子会引起新的雪崩，在工作区内形成
正离子通道而造成连续放电。流光室、火花 室等探测器均工作在此区域。
4.2.1 气体电离室
气体电离室是工作在电离区的探测器，利用的是
• 电离区：收集所有初始电离电荷，复合损 失可以忽略不计，且无电荷放大效应。
雪崩区
• 正比区：随电压的升高，达某一阈值后， 次级电子在外加电场中获得的能量高到可使 气体分子电离，电荷放大效应开始(即雪崩 开始) ，但总电荷数依然近似正比于初电离 数。在此区间气体放大倍数约104－105。
• 有限正比区：进一步升高电压，增益继续 升高(<108)，但空间电荷造成的电场畸变也 越来越严重，收集的电荷量与原初电离关系 变弱乃至失去。
为解决这一问题，人们在惰性气体中加入一些称作“淬灭气体”的多原子分子， 如甲烷(CH4)，来吸收这些退激发光子。 淬灭气体分子将所吸收的光子的能量或转换 成其振动能和转动能这些集体运动能量，或使分子断裂成原子。例如，通过这些机制， 甲烷可以吸收7.9-14.5 eV范围内的光子。通过加入淬灭气体，可以使速度进行定位，其过程可以用输运理论进行描述。直观地理 解，显然定位的精度取决于电子的漂移速度以及电子的漂移路程。那么影响定 位精度的主要因素有：
1）定时探测的精度 典型情况下，电子的漂移速度为5 cm/s（Ar+异丁烷混合气体，refer to A. Breskin et al., Nucl. Instr. & Methods 124(1975) 189）。假定漂移距离为5 cm，则 漂移时间为1s。通常定时探测给出的定时精度<1ns，得到该项的影响<0.1%， 可忽略不计。
V t
N0e C0 N0e C0
_
d
x0 t
d
t
N0e C0
t T_ T_ t T
t T
• 在这种构型下，V(t)在与N0相关的同时， 与初始电离产生的位置x0也相关。要实 现能量测量，必须克服这一困难。
T _ x0 / _ T x0 /
_ ~ (105 106 ) cm/s _ ~ (102 103) cm/s
充有工作气体
接地 R
＋V
信号引出 C0
入射粒子
E N pri Wi
Wi为平均电离功
N N0 exp E x
P
A1
exp
E
B1 P
极间电压与被收集粒子数间的关系曲线
• 复合区：电子－离子对产生后，由于电极上所加电压不高，离子在气体中的运动速
度慢，容易再俘获电子形成中性原子。随电压的升高，离子运动速度加快，被收集的 电荷量将逐渐增加。
基于此要求，通常选择惰性气体，如氩气、氙气等。入射粒子在其中主要以电离 和激发工作气体原子损失能量。被激发的惰性气体退激发只有通过发射光子。对于Ar 原子，其发射光子的能量为11.6 eV。这一能量是高于金属原子的电离阈的，如Cu原子 的电离阈为7.7 eV。因此这些光子轰击到探测器极板或丝上就会产生电离而造成连续 放电而使探测器无法正常工作。
• 多丝正比计数器
多丝正比计数器是Charpak及其合作者于1968年设计出来的一种位置探测器，简称 MWPC (Multi-Wire Proportional Counter)。因该探测器在粒子物理实验研究中的重要作 用，Charpak于1992年获得了诺贝尔物理学奖。
最简单的MWPC是由两个阴极面和位于其中间的一个阳极丝平面组成的，工作在 正比区，其每一根丝类似于一个单丝正比计数器。下图为一个典型的多丝正比计数器 的结构示意图。
➢ 采用延迟时间差的方法 ➢ 一个阳极丝平面＋2个分条阴极平面
MWPC的应用
➢ 一般MWPC用于粒子物理实验中，用于探测最小电离粒子的径迹。此时，工 作气压在1个大气压或以上（为了获得足够多的初电离电荷以提高探测效 率）。
➢ MWPC也用于低能重离子物理中，用来探测重碎片。此时一般工作在低气压 状态，工作气体的压力一般在几十个mb以下。
E N prim Wi
即，收集的电荷数正比于粒子在其中的能量损失。下图给出了几种常用气 体产生的原初电离对的数目（对应最小电离粒子）和平均电离功。
主要用于探测 低能带电粒子
电离室产生信号量级的估算
阴极
d
接地 R
＋V
入射粒子 ＋–＋–＋– x
0
信号引出 0
C0
阳极
可认为是同时产生的： • 30 MeV 12C穿过灵敏区(10 cm)的时间:
4.2.3 漂移室 (drift chamber)
漂移室利用的是电子在恒定电场中的漂移速度的恒定(场强恒定时)来获得位置信 息的一种探测器。一般与MWPC结合在一起使用。相对于二维位置灵敏MWPC，其特 点是结构简单，电子学线路少(因而造价低廉)，定位精度高。下图给出了一个漂移室 的原理结构示意图。
4.2.2 正比计数器
• 单丝正比计数器
机制
典型的单丝正比计数器的结构和电场分布如下图所示。
Er CV0 1
20 r
V r CV0 ln r
20 a
C为单位径向 长度上的电容
当原电离电子漂移到场强超过一定的阈值后，其速度高到可以产生二次电离，形 成电荷倍增。一个电子漂移距离 x 所产生的次级电子数可用下式来表示
2.36
10 7 A
这是一个微电流过程，信号非常微弱，因此需要低噪声、高放大倍数的 电子学系统进行处理。
电离室上电压脉冲的形成过程
参见三校合编《原子核物理实验方法》p75-76
阴极
T–
T+
t
入射粒子
d
＋–＋–＋– x
0
RC0~T–
RC0~T+
信号引出 0
接地
R
C0
阳极
V(t)
RC0>>T+
＋V
• 由于电子的收集时间在s量级，而正 离子的收集时间在ms量级，因此，在电 子收集的时间内，可认为正离子基本是 不动的。为提高计数率，可通过设置电 荷收集的时间常数，消除正离子产生的 慢上升时间成分。
n exp E x
P
A1
exp
E
B1 P
式中称为第一Townsend系数；P为气压，A1和B1为 与工作气体相关的常数。E/P的值一般在(300－500) V/(cm·torr) ， 当 约 化 场 强 高 到 使 雪 崩 放 大 倍 数 达 1000，因空间电荷效应就会使雪崩达到饱和。
接地 R
＋V
入射粒子 ＋–＋–＋– x
0
信号引出 0
C0
Frisch栅
另外，设计不同结构的电离室阳极还可以得到其他一些附加信息。如：将电离 室的阳极分成沿入射粒子方向进行分段，可以在获得总能量的同时，得到能量损失 信息从而可以用E-E方法进行粒子鉴别；将阳极分成沿入射粒子方向的放射状的 条，可同时获得入射粒子角度的信息；等等。
第四章 核与粒子探测器
4.2 气体探测器
4.2.1 气体电离室 4.2.2 正比计数器 4.2.3 漂移室 4.2.4 麦管(straw-tube)探测器 4.2.5 平行板雪崩计数器(PPAC) 4.2.6 电阻板计数器(RPC) 4.2.7 Pestov detector
4.2 气体探测器
以气体为探测介质的粒子探测器，其机理为：
讨论1
在气体探测的使用和讨论中，常用约化场强的概念，即灵敏区中电场强度E与 工作气压P之比E/P。常用单位为V/(cm·torr)，国际单位为V/(cm·Pa)。
1 torr = 133.322 Pa
1 mbar = 100 Pa
1 torr = 1 mmHg
1 mbar = 0.75 mmHg
1 torr = 1.33322 mbar
1 mbar = 0.75 torr
1 大气压 = 101325 Pa = 760 torr =760 mmHg
气体电离室通常工作在约化场强为(0.1~10)V/(cm·torr)的范围内(在介绍漂移室 时还有讨论)。
讨论2
气体电离室对于测量重离子有其独特的优势： 1）由于重离子有高的比电离，因此信号噪声比不会成为问题； 2）电离室中工作气体非常均匀，因此在作为很薄的E探测器时，有其独到的 优势（相对于固体探测器）； 3）只需简单地改变工作气压（相应改变工作电压），探测器的灵敏厚度就能 得到改变，易于满足实验条件（相对于固体探测器） ； 4）灵敏面积可以做得很大，目前已经做到几百平方厘米（相对于固体探测 器） ； 5）可用多种较为简便的方法获得入射粒子的位置信息； 6）电离室因工作在无电子放大的电离区，能量刻度简单（线性相应）； 7）可以以流气的方式工作，不存在辐射损伤的问题； 8）无固体探测器所存在的脉冲高度亏损的问题。
设带电粒子在0时刻入射到探 测器中，t0时刻阳极丝产生信号， 已知电子在气体中的漂移速度为 W(t)，则初始电离距阳极丝的距离 与电子漂移时间的关系为：
t0
S W (t)dt
0
在均匀电场中，电子的漂移 速度W保持恒定，上式变为：
S = W·t0 因此，通过对漂移时间的测量可以获得入射粒子的位置信息，通常通过这一方法 可得到几十到几百m的位置分辨。
0V 100V 350V 100V 0V 100V 350V 100V 0V
+V
ex
a
a
举例2
有效面积100 mm×100 mm。在100 mb的P10工作气体下，坪区长度为700 V。对 244Cm 粒子，在第4片阳极对应的灵敏区域，能量损失为～1.30 MeV，能量分辨～ 41.1 keV (fwhm)，相对能量分辨～3.16％。
电离区
屏栅电离室
为了解决，V(t) 与初始电离产生的位置x0 相关的问题，人们在电离室的阴阳极之间接 近阳极的位置加入一层由金属丝组成的平面 （称作Frisch栅），以屏蔽在电荷漂移过程 中在阳极上感应出信号。只有当电子穿过 Frisch栅后，才在阳极上给出信号，这样V(t) 公式中的d对所有入射粒子均是相等的，从 而避免了信号与入射粒子位置相关的问题。
典型参数： L = 5 mm d = 1 mm 阳极丝直径 = 20 m
空间分辨：
x
d 12
(d = 1 mm, x = 300 m)
位置信息的获得
➢ 由阳极丝的信号直接给出，只能给出一维位置的信息； ➢ 增加一个与阳极丝垂直排列的丝平面获得另一维的位置信息，应注意ghost
hit问题；
➢ 选择高阻材料(如碳丝，2 k/m)制成的阳极丝，每根丝的位置给出一维位置 信息，每根丝两端由电荷分除法读出，获得另一维位置的信息；
工作气体的选择
对于工作在正比区的气体探测器，工作气体的选择很重要。理想的工作气体应当 具有以下几个特点：
1）对于给定电压具有更高的气体放大倍数。大的脉冲需要较少的电子学，而更低 的工作电压则可减小对电极加高压所引起的困难。
2）对于在雪崩过程中释放的光子，具有高的淬灭效率以减小火花放电的几率。
3）对入射粒子有高的阻止本领，以便得到大的初始电离（原电离）。
假定来自于放射源的粒子能量为5 MeV，进入探测器后能量全部损失在 工作气体(W~34 eV)中，最早抵达阳极的电子与最后到达阳极的电子的时间
差为100 ns，则该粒子在探测器的回路中产生的电流为：
I
5106 (eV) 100 10 9 (s)
1.6 10 19 (C/pair ) 34(eV/pair )
v～2.2 cm/ns t ~ 4.5 ns ns量级 • 电子漂移速度(令d=2 cm):
～103 cm/ns t ~ 2 s • 正离子漂移速度(令d=10 cm):
～106 cm/ns t ~ 10 ms
v(cm/ns) 1.39 E(MeV) A(u)
t(ns) 0.72 A(u) E(MeV)
信号的形成过程
a) 初电离形成，在外加电场作用下电子向阳极漂移，正离子向阴极迁移；b) 当电 子接近阳极丝附近的高场强区时（约几个阳极丝的半径范围），电子获得的能量高到 可产生雪崩，同时向横向扩散；c) 随着电子向阳极的接近，产生的雪崩电子数目剧增 而形成电子云，同时形成正离子鞘；d) 电子开始被阳极吸收，阳极丝被电子云和离子 鞘所包围；e) 电子全部被阳极吸收，阳极丝被离子鞘所包围，同时正离子向阴极慢慢 迁移。
Cathode
Frisch grid
Anode
E
E
E
R
2
1
举例1
一个双阳极(共阴极)横向电离室，距反应靶1 m处放置时张角为22，张角为7， 深度为800 mm。工作气体为P10 (10%CH4+90%Ar)。相对能量分辨~1%， 角分辨为 0.1 ， 角分辨为0.02 。
纵向电场电离室
粒子入射的方向与电场的方向相 同，且工作在电离区的电离室称为纵 向电场电离室。
• 盖革区：增益达到<1010 ，因空间电荷效
应，雪崩数达到饱和，完全失去对原初电离 的记忆，并形成自激放电，输出信号大。
• 火花放电区：由激发分子退激发所发射的 大量光子会引起新的雪崩，在工作区内形成
正离子通道而造成连续放电。流光室、火花 室等探测器均工作在此区域。
4.2.1 气体电离室
气体电离室是工作在电离区的探测器，利用的是
• 电离区：收集所有初始电离电荷，复合损 失可以忽略不计，且无电荷放大效应。
雪崩区
• 正比区：随电压的升高，达某一阈值后， 次级电子在外加电场中获得的能量高到可使 气体分子电离，电荷放大效应开始(即雪崩 开始) ，但总电荷数依然近似正比于初电离 数。在此区间气体放大倍数约104－105。
• 有限正比区：进一步升高电压，增益继续 升高(<108)，但空间电荷造成的电场畸变也 越来越严重，收集的电荷量与原初电离关系 变弱乃至失去。
为解决这一问题，人们在惰性气体中加入一些称作“淬灭气体”的多原子分子， 如甲烷(CH4)，来吸收这些退激发光子。 淬灭气体分子将所吸收的光子的能量或转换 成其振动能和转动能这些集体运动能量，或使分子断裂成原子。例如，通过这些机制， 甲烷可以吸收7.9-14.5 eV范围内的光子。通过加入淬灭气体，可以使速度进行定位，其过程可以用输运理论进行描述。直观地理 解，显然定位的精度取决于电子的漂移速度以及电子的漂移路程。那么影响定 位精度的主要因素有：
1）定时探测的精度 典型情况下，电子的漂移速度为5 cm/s（Ar+异丁烷混合气体，refer to A. Breskin et al., Nucl. Instr. & Methods 124(1975) 189）。假定漂移距离为5 cm，则 漂移时间为1s。通常定时探测给出的定时精度<1ns，得到该项的影响<0.1%， 可忽略不计。
V t
N0e C0 N0e C0
_
d
x0 t
d
t
N0e C0
t T_ T_ t T
t T
• 在这种构型下，V(t)在与N0相关的同时， 与初始电离产生的位置x0也相关。要实 现能量测量，必须克服这一困难。
T _ x0 / _ T x0 /
_ ~ (105 106 ) cm/s _ ~ (102 103) cm/s
充有工作气体
接地 R
＋V
信号引出 C0
入射粒子
E N pri Wi
Wi为平均电离功
N N0 exp E x
P
A1
exp
E
B1 P
极间电压与被收集粒子数间的关系曲线
• 复合区：电子－离子对产生后，由于电极上所加电压不高，离子在气体中的运动速
度慢，容易再俘获电子形成中性原子。随电压的升高，离子运动速度加快，被收集的 电荷量将逐渐增加。