6核辐射探测器-(硕1)(张)课件分解

闪烁探测器：
• NaI（Tl）(碘化钠（铊激活））单晶γ谱仪；BGO （锗酸铋）探测器
半导体探测器：
• 金硅面垒半导体探测器、高纯锗（HPGe)探测器、锂 漂移硅探测器；
其它探测器：原子核乳胶、固体径迹探测器、气 泡室、火花放电室、多丝正比室、切伦科夫计数 器、热释光探测器
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核辐射转变为电信号的阶段
• 第一阶段：入射的粒子射入探测器的灵敏体积，
通过与探测器物质的相互作用，转变或产生出带 电粒子 。
• 第二阶段：被电离或激发的原子，在探测器的外
加电场中作定向移动，为探测器外部负载电路提 供信号
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探测器种类
气体探测器：
• 电离室：脉冲电离室、电流电离室、累计电离室； • 正比计数器、G-M计数管；
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
N E0 W
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激发和退激
带电粒子使气体原子激发，在10-9s内退激，释放 光子 被激发原子的退激方式有： 辐射光子---发射波长接近紫外光的光子，这些光 子又可能在周围介质中打出光电子，或被某些气 体分子吸收而使分子离解 发射俄歇电子
气体探测器
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气体探测器
气体探测器：一个内部充有特定气体、两电极间 （高压极和收集极）加有电场的小室型探测器。
气体探测器是最早使用的核辐射探测器，尽管其 他探测器发展很快，但是它具有结构简单，使用 方便等优点，至今仍被广泛使用。
常用的气体探测器有电离室、正比计数管和盖革米勒计数管（Geiger-Müller，简称G-M）
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外加电场与离子对收集的关系
III区称为正比区，由于碰撞电离 的发生而产生气体放大，离子对 数将比原电离倍增10~104。气体 放大系数随电压而增大，但对一 定电压气体放大系数保持恒定， 总电荷量仍正比于原电离电荷量。 IV区：有限正比区。由于气体放 大系数过大，空间电荷的影响越 趋明显，气体放大系数与原电离 有关，而且初始电离越大的入射 离子影响越大，总离子对数不再 与入射粒子能量成正比。这种状 态作为过渡而无实用价值。
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工作概况
气体探测器通常是由高压 电极和收集电极组成，常 见的是两个同轴的圆柱形 电极，电极间充气体并外 加一定的电压。
辐射使电极间的气体电离， 生成带电粒子。
带电粒子在电场作用下向 两极漂移。 随着带电粒子到两极的距 离发生变化，极板上的感 生电荷数发生变化，回路 中产生电流信号。
复合引起的离子对数目的损失率：为复合系数
n n n n t t
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 复合的结果是把许多有用信号给复合掉，使有用 的信号减少。因此，复合现象在探测器正常工作 中应尽量避免
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离子对的漂移
U
E P
度甚至可增大一个量级。 2018/11/12
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离子对的漂移
电子在气体中的飘逸速度
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吸附效应
分
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复合效应
复合有两个过程：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
核辐射探测器
上海交通大学 张继革 副研究员 2015年10月8日
核辐射探测器
利用核辐射在气体、液体或固体中引起的电离效 应、发光现象、物理或化学变化进行核辐射探测 的元器件称为核辐射探测器 核辐射进入探测器灵敏体积后与探测介质相互作 用，探测器输出能够直接或间接的反映核辐射种 类、强度、能量或核寿命等的信息 常用的有三大类：气体探测器、半导体探测器和 闪烁探测器 这三类探测器都是把核辐射转变成为电信号，再 由电信号处理设备来自百度文库行分析和处理
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电子与离子在气体中的运动
无外加电场存在时，已产生的电子和正离子与气体分子 一样，处于一种杂乱运动的状态，同时存在着扩散，最 终与气体分子达到热平衡状态，已产生的离子对消失， 不能形成电流。 扩散：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。 电子的平均自由程和杂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。
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气体原子的电离和激发
带电粒子使气体原子电离而形成电子和正离子对的现 象叫做气体的电离，电离出来的电子称为次级电子
带电粒子直接产生的电离叫做原电离，次级电子产生 的电离叫做次电离，原电离和次电离之和为总电离 平均电离能W：带电粒子在气体中产生一电子离子对 所需的平均能量，对不同的气体， W大约为30eV
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电荷转移效应
正离子与中性的气体分子碰撞时，正离子与分子 中的一个电子结合成中性分子，中性气体分子成 为正离子 电荷转移效应在混合气体中比较明显
电荷转移效应可以减小离子的迁移率，降低离子 的漂移速度
复合效应、电子吸附效应、电荷转移效应等，都 不利于电荷收集
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离子对收集与外加电场的关系
Ⅰ：复合区 Ⅱ：饱和区（电离室工作区） Ⅲ：正比区（正比计数器工作区） Ⅳ：有限正比区 Ⅴ：G-M工作区
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外加电场与离子对收集的关系
I区称为复合区，工作 电压很低而存在电子正离子的复合，随电 压上升复合损失减少， 电流趋于饱和。 II区称为饱和区或电离 室区。在这个区域内， 生成的离子对电荷全 部收集，输出信号的 大小反映了入射离子 损失在计数器灵敏体 积内的能量。
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探测器的三个关键点
如果按照技术指标和用途的差别来区分，三类探 测器中每一类都有很多种。在此侧重讲述在学习 这三类探测器时需要了解的三个方面： 探测器把核辐射转变为电信号的物理过程
探测器的输出回路及其与探测器输出电信号的关 系
探测器的主要技术指标及其用途
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