輻射探測(cè)儀器設(shè)備及

輻射探測(cè)儀器設(shè)備及第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理1.射線及其與物質(zhì)相互作用知識(shí)要點(diǎn)：常用的核輻射類型及特征射線與物質(zhì)相互作用輻射探測(cè)的原理和主要的輻射探測(cè)器第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理常用的核輻射類型及特征（1）知識(shí)要點(diǎn)：α、β、γ射線及中子輻射的定義是指以波或粒子的形式向周圍空間或物質(zhì)發(fā)射并在其中傳播的能量（如聲輻射、熱輻射、電磁輻射、粒子輻射等）的統(tǒng)稱。物體受熱向周圍介質(zhì)發(fā)射熱量叫做熱輻射；受激原子退激時(shí)發(fā)射的紫外線或X射線叫做原子輻射；不穩(wěn)定的原子核發(fā)生衰變時(shí)發(fā)射出的微觀粒子叫做原子核輻射，簡(jiǎn)稱核輻射。通常論及的“輻射”概念是狹義的，僅指高能電磁輻射和粒子輻射。這種狹義的“輻射”又稱“射線”。核輻射粒子就其荷電性質(zhì)可以分為帶電粒子和非帶電粒子；就其質(zhì)量而言，可以分為輕粒子和重粒子；以及處于不同能區(qū)的電磁輻射。主要的有輻射、輻射、輻射和中子輻射等。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理常用的核輻射類型及特征（2）α射線通常也稱α粒子，它是氦的原子核，由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成；核電荷數(shù)為+2，質(zhì)量為4。α粒子以符號(hào)42He表示。天然的α粒子來源于較重原子核的自發(fā)衰變，叫做α衰變。α衰變過程：AZX→A-4Z-2Y+42He；X、Y分別為母核和子核。原子核發(fā)射出的β射線有兩類：β-和β+射線。β-射線就是通常的電子，帶有一個(gè)單位的負(fù)電荷，以符號(hào)e或e-表示，負(fù)電子是穩(wěn)定的。β+射線就是正電子，帶有一個(gè)單位的正電荷，以符號(hào)e+表示。兩種電子靜止質(zhì)量相同，其質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的1/1846。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理常用的核輻射類型及特征（3）β粒子來源于原子核的β衰變，衰變有三種類型：β-衰變、β+衰變和軌道電子俘獲EC。β-衰變、β+衰變中發(fā)射的電子或正電子的能量是連續(xù)的，從0到極大值Eβ,max都有，圖1-7表示了β-衰變中發(fā)射電子能量分布，對(duì)某核素的電子的最大動(dòng)能Eβ,max是確定的。X射線和γ射線都是一定能量范圍的電磁輻射，又稱光子輻射。光子靜止質(zhì)量為0，不帶任何電荷。單個(gè)光子的能量與輻射的頻率成正比，即,E=h，h為普朗克常數(shù)，它的數(shù)值等于6.626×10-34J·s。每一個(gè)光子的能量都是確定的，任何光子在真空中的速度都是相同的，即為光速C(3×108m/s)。X射線和γ射線的唯一區(qū)別是起源不同。從原子來說X射線來源于核外電子的躍遷,而γ射線來源于原子核本身高激發(fā)態(tài)向低激發(fā)態(tài)（或基態(tài)）的躍遷或粒子的湮滅輻射。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理常用的核輻射類型及特征（4）中子是原子核組成成份之一，它不帶電荷，質(zhì)量數(shù)為1，比質(zhì)子略重。自由中子是不穩(wěn)定的，它可以自發(fā)地發(fā)生衰變，生成質(zhì)子、電子和反中微子，其半衰期為10.6分。中子的產(chǎn)生主要是通過核反應(yīng)或原子核自發(fā)裂變，基本上有三種方法：（1）同位素中子源；（2）加速器中子源；（3）反應(yīng)堆中子源。在用中子源產(chǎn)生中子時(shí)往往伴有射線或X射線產(chǎn)生，有的可能比較強(qiáng)。因此，在應(yīng)用和防護(hù)上不僅要考慮中子，而且也要考慮射線或X射線。中子在核科學(xué)的發(fā)展中起過極其重要的作用。由于中子的發(fā)現(xiàn)，提出了原子核是由質(zhì)子和中子組成的假說；中子不帶電，當(dāng)用它轟擊原子核時(shí)容易進(jìn)入原子核內(nèi)部引起核反應(yīng)。人們用核反應(yīng)制造出了許多新的核素。隨著中子活化分析、中子測(cè)水分、中子測(cè)井探礦、中子照相、中子輻射育種和中子治癌等技術(shù)廣泛的應(yīng)用，對(duì)中子的需求越來越多。第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理常用的核輻射類型及特征（5）單選題例：受激原子退激時(shí)發(fā)射的紫外線或X射線叫做（A）。A原子輻射，B原子核輻射，C核輻射，D熱輻射電子的靜止質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的（A）。A1/1846，B4倍，C12倍，D1846倍β-射線是帶有一個(gè)單位(A)電子。A負(fù)電荷的負(fù)，B正電荷的負(fù)，C正電荷的正，D負(fù)電荷的正多選題例：常見核輻射包括（ABCD）。Aα輻射，Bβ輻射，Cγ輻射，D中子輻射，E受激原子退激時(shí)發(fā)射的X射線β衰變包括（BCE）。A韌致輻射，Bβ+衰變，Cβ-衰變，D光電效應(yīng)，E軌道電子俘獲產(chǎn)生中子的基本方法有（ABC）A同位素中子源，B加速器中子源，C反應(yīng)堆中子源，D核磁共振，E電加熱第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（1）知識(shí)要點(diǎn)：帶電粒子、γ射線、中子與物質(zhì)相互作用帶電粒子通過物質(zhì)時(shí)，同物質(zhì)原子中的電子和原子核發(fā)生碰撞進(jìn)行能量的傳遞和交換：其中一種主要的作用是帶電粒子直接使原子電離或激發(fā)。非帶電粒子則通過次級(jí)效應(yīng)產(chǎn)生次帶電粒子使原子電離或激發(fā)。能夠直接或間接引起介質(zhì)原子電離或激發(fā)的核輻射通常叫做電離輻射。帶電粒子能量損失方式之一是電離損失，包括直接電離和原子激發(fā)。帶電粒子與物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞，導(dǎo)致原子的電離或激發(fā)，是帶電粒子通過物質(zhì)時(shí)動(dòng)能損失的主要方式。我們把這種相互作用引起的能量損失稱為電離損失。入射帶電粒子在物質(zhì)中穿過單位長度路程時(shí)由于電離、激發(fā)過程所損失的能量叫做電離能量損失率。從物質(zhì)角度來說，電離能量損失率也可叫做物質(zhì)對(duì)帶電粒子的阻止本領(lǐng)，由于這種阻止主要是電子引起的，所以又叫做電子阻止本領(lǐng)。第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（2）由于帶電入射粒子和靶原子核外電子之間庫侖力作用，使電子受到吸引或排斥，使入射粒子損失部分能量，而電子獲得一部分能量。如果傳遞給電子的能量足以使電子克服原子的束縛，那么這個(gè)電子就脫離原子成為自由電子；而靶原子由于失去電子而變成帶正電荷的正離子，這一過程稱為電離。如果入射帶電粒子傳遞給電子的能量較小，不足以使電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，只是使電子從低能級(jí)狀態(tài)躍遷到高能級(jí)狀態(tài)（原子處于激發(fā)態(tài)），這種過程叫原子的激發(fā)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，原子從激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)，這種過程叫做原子退激，釋放出來的能量以光子形式發(fā)射出來，這就是受激原子的發(fā)光現(xiàn)象。電離能量損失率隨入射粒子速度增加而減小,呈平方反比關(guān)系；電離能量損失率與入射粒子電荷數(shù)平方成正比，入射粒子電荷數(shù)越多，能量損失率就越大；電離能量損失率與介質(zhì)的原子序數(shù)和原子密度的乘積成正比，高原子序數(shù)和高密度物質(zhì)具有較大的阻止本領(lǐng)。第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（3）每產(chǎn)生一個(gè)離子對(duì)所需的平均能量叫做平均電離能，以W表示。不同物質(zhì)中的平均電離能是不同的，但不同能量的粒子在同一物質(zhì)中的平均電離能近似為一常數(shù)。帶電粒子能量損失方式之二是輻射損失。由經(jīng)典電磁理論可知，高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子受到突然加速或減速會(huì)發(fā)射出具有連續(xù)能量的電磁輻射，通常稱做軔致輻射，能量最小值為0，最大值為電子的最大動(dòng)能。X射線管和X光機(jī)產(chǎn)生的X射線就是軔致輻射。電子的軔致輻射能量損失率比質(zhì)子、粒子等大得多。例如在速度相同的條件下，質(zhì)子的軔致輻射比電子要小18402=3.4×106倍。所以對(duì)重帶電粒子的軔致輻射能量損失一般忽略不計(jì)。由于軔致輻射損失與成正比，因此，在原子序數(shù)大的物質(zhì)(如鉛,Z=82)中，其軔致輻射能量損失比原子序數(shù)小(如鋁Z=13)的物質(zhì)中大得多。一定能量的帶電粒子在它入射方向所能穿透的最大距離叫做帶電粒子在該物質(zhì)中的射程（Range）；入射粒子在物質(zhì)中行經(jīng)的實(shí)際軌跡的長度稱作路程（Path）。對(duì)重帶電粒子（如粒子）由于其質(zhì)量大，與物質(zhì)原子的核外電子作用時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，因此，其射程與路程相近。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（4）5.3MeV的粒子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣中的平均射程3.84cm，同樣能量的粒子在生物肌肉組織中的射程僅為30-40m，人體皮膚的角質(zhì)層就可把它擋住。因而絕大多數(shù)輻射源不存在外照射危害問題。但是當(dāng)它進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，由于它的射程短和高的電離本領(lǐng)，會(huì)造成集中在輻射源附近的損傷，所以要特別注意防止粒子進(jìn)入體內(nèi)。對(duì)粒子，其射程要大得多。當(dāng)粒子通過物質(zhì)時(shí)，由于電離碰撞、軔致輻射和散射等因素的影響，其徑跡十分曲折，經(jīng)歷的路程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過物質(zhì)層的厚度。加上粒子具有從零到某一最高值的連續(xù)能量。所以，對(duì)應(yīng)于粒子的最大能量?jī)H存在相應(yīng)于粒子在該物質(zhì)中的最大射程原子核+衰變會(huì)有正電子產(chǎn)生，快速運(yùn)動(dòng)的正電子通過物質(zhì)時(shí)，與負(fù)電子一樣，同核外電子和原子核相互作用，產(chǎn)生電離損失、軔致輻射損失和彈性散射。原子核+衰變會(huì)有正電子產(chǎn)生，快速運(yùn)動(dòng)的正電子通過物質(zhì)時(shí)，與負(fù)電子一樣，同核外電子和原子核相互作用，產(chǎn)生電離損失、軔致輻射損失和彈性散射。能量相同的正電子和負(fù)電子在物質(zhì)中的能量損失和射程大體相同，但自由正電子是不穩(wěn)定的。正電子與介質(zhì)中的電子碰撞會(huì)發(fā)生湮滅過程：e-+e+→γ(0.511MeV)+γ(0.511MeV)因此，快速運(yùn)動(dòng)的正電子通過物質(zhì)除了發(fā)生與電子相同的效應(yīng)外，還會(huì)產(chǎn)生0.511Me的湮滅輻射，在防護(hù)上還要注意對(duì)射線的防護(hù)。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（5）能量在幾十keV和幾十MeV的射線通過物質(zhì)時(shí)主要有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)等三種作用過程。這三種效應(yīng)的發(fā)生都具有一定的概率。通常以截面表示作用概率的大小。若以ph表示光電效應(yīng)截面，c表示康普頓效應(yīng)截面，p表示電子對(duì)效應(yīng)截面，則射線與物質(zhì)作用的總截面=ph+c+

p

。當(dāng)光子通過物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)原子中束縛電子發(fā)生作用，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身消失了，這種過程叫光電效應(yīng)，光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子叫光電子

。在光電效應(yīng)中，入射光子能量的一部分用來克服被擊中電子的結(jié)合能，另一部分轉(zhuǎn)化為光電子動(dòng)能；原子核反沖能量很小，可忽略不計(jì)。原子中束縛得越緊的電子參與光電效應(yīng)的概率也越大。因此，K殼層上打出光電子的概率最大，L層次之，M、N層更次之。如果入射光子能量超過K層電子結(jié)合能，大約80%的光電效應(yīng)發(fā)生在K層電子上。發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，若從原子內(nèi)殼層上打出電子，在此殼層上就留下空位，原子處于激發(fā)態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，有兩種退激方式；一種是外殼層電子向內(nèi)層躍遷填充空位，發(fā)射特征X射線，使原子恢復(fù)到較低能量狀態(tài)；另一過程是原子的退激直接將能量傳遞給外殼層中某一電子，使它從原子中發(fā)射出來，這個(gè)電子叫做俄歇電子。因此，發(fā)射光電子的同時(shí)，還伴隨有特征X射線或俄歇電子產(chǎn)生，這些粒子將繼續(xù)與物質(zhì)作用，轉(zhuǎn)移它們的能量

。

第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（6）入射光子同原子中外層電子發(fā)生碰撞，入射光子僅有一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使它脫離原子成為反沖電子；而光子能量減小，變成新光子，叫做散射光子，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，這一過程叫康普頓散射或效應(yīng)。hν和hν’分別為入射光子和散射光子的能量；θ為散射光子和入射光子間的夾角，Φ稱做散射角；為反沖電子的反沖角

。反沖電子具有一定動(dòng)能，等于入射光子和散射子光子能量之差。反沖電子在物質(zhì)中會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生電離和激發(fā)等過程，對(duì)物質(zhì)發(fā)生作用和影響；散射光子有的可能從物質(zhì)中逃走，有的留在物質(zhì)中再發(fā)生光電效應(yīng)或康普頓效應(yīng)等等，最終一部分被物質(zhì)吸收，一部分逃逸出去

當(dāng)一定能量的光子進(jìn)入物質(zhì)時(shí)，光子在原子核庫侖場(chǎng)作用下會(huì)轉(zhuǎn)化為一對(duì)正負(fù)電子，這一現(xiàn)象稱做電子對(duì)效應(yīng)。電子對(duì)效應(yīng)發(fā)生是有條件的。在原子核庫侖場(chǎng)中，只有當(dāng)入射光子的能量≥1.02MeV時(shí)才有可能。入射光子的能量首先用于轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對(duì)的靜止能量(0.51MeV+0.51MeV=1.02MeV)，剩下部分賦予正負(fù)電子的動(dòng)能。

第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（7）射線進(jìn)入物質(zhì)主要通過光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)損失其能量。這些效應(yīng)的發(fā)生使原來的光子或者不復(fù)存在，或者改變了能量成為新的光子，偏離了原來的入射方向。因此，我們可以說，入射的光子一旦同介質(zhì)發(fā)生作用就從入射束中移去；只有沒有同介質(zhì)發(fā)生任何作用的光子才沿著原來的方向繼續(xù)前進(jìn)。從入射的光子束中由于同介質(zhì)作用而被移去的光子稱做介質(zhì)對(duì)光子的吸收。只有理想的準(zhǔn)直束才能滿足這種要求，稱為“窄束”。射線穿物質(zhì)時(shí)其注量率隨著穿過的厚度的增加而指數(shù)衰減。稱做線性吸收系數(shù)，其單位為cm-1，它表示射線穿過單位厚度物質(zhì)時(shí)發(fā)生相互作用的概率（或被吸收的概率），它包含了光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)總的貢獻(xiàn)。由于三種效應(yīng)的作用概率都與入射光子的能量和作用物質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)，所以值也隨光子能量和介質(zhì)原子序數(shù)Z而變化。光子能量增高，吸收系數(shù)值減??；介質(zhì)原子序數(shù)高密度大的物質(zhì)，線性吸收系數(shù)也高。第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（8）中子不帶電，不能直接引起物質(zhì)原子的電離或激發(fā)。但由于不受原子核庫侖場(chǎng)的作用，即使很低能量的中子也可深入到原子核內(nèi)部，同原子核作用發(fā)生彈性散射、非彈性散射或引起其它核反應(yīng)。這些過程的發(fā)生導(dǎo)致中子在物質(zhì)中被慢化和被吸收，并產(chǎn)生一些次級(jí)粒子，例如，反沖質(zhì)子、射線、粒子以及其它帶電粒子等。這些粒子都具有一定的能量。它們繼續(xù)同物質(zhì)發(fā)生各自相應(yīng)的作用，最終使物質(zhì)原子發(fā)生電離和激發(fā)。因此，中子也是一種電離輻射。中子與原子核的作用分為兩類：中子的散射，中子與原子核發(fā)生彈性散射與非彈性散射并產(chǎn)生反沖核；中子的俘獲，中子被原子核俘獲而形成復(fù)合核，再蛻變而產(chǎn)生其它次級(jí)粒子。中子進(jìn)入原子核形成“復(fù)合核”后，可能發(fā)射一個(gè)或多個(gè)光子，也可能發(fā)射一個(gè)或多個(gè)粒子而回到基態(tài)。前者就稱為“輻射俘獲”，而后者則相應(yīng)于各種中子核反應(yīng)。有幾種重原子核（如235U），俘獲一個(gè)中子后會(huì)分裂為兩個(gè)或三個(gè)較輕的原子核，同時(shí)發(fā)出2-3個(gè)中子以及很大的能量（約200MeV），這就是裂變反應(yīng)。第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理射線與物質(zhì)相互作用（9）單選題例：帶電粒子通過物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)的主要的作用是（A）。A直接電離，B化合反應(yīng)，C間接電離，D光合作用高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子受到突然加速或減速會(huì)發(fā)射出具有連續(xù)能量的電磁輻射稱為（B）A電離輻射，B軔致輻射，Cγ射線,D激光。即使很低能量也易深入到原子核內(nèi)部被俘獲而形成復(fù)合核并引起其他核反應(yīng)的粒子是（C）。Aγ光子，B

β粒子，C中子，Dα粒子

多選題例：帶電粒子通過物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)的主要直接作用是（ABC）。A直接電離，B原子激發(fā)，C軔致輻射，D光合作用，E光電效應(yīng)。γ射線通過物質(zhì)時(shí)，能夠探測(cè)到的物理現(xiàn)象有（ABC）。

A光電效應(yīng)，B電子對(duì)效應(yīng)，C康普頓效應(yīng)，D特征X射線，E俄歇電子。第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理2.輻射探測(cè)的原理和主要的輻射探測(cè)器（1）利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)及或其它物理、化學(xué)變化進(jìn)行核輻射探測(cè)的器件稱為輻射探測(cè)器。輻射探測(cè)的基本過程：1)輻射粒子射入探測(cè)器的靈敏體積；2)入射粒子通過電離、激發(fā)或核反應(yīng)等過程而在探測(cè)器中沉積能量；3)探測(cè)器通過各種機(jī)制將沉積能量轉(zhuǎn)換成某種形式的輸出信號(hào)。探測(cè)器按其探測(cè)介質(zhì)類型及作用機(jī)制主要分為氣體探測(cè)器、閃爍探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器三種。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理輻射探測(cè)的原理和主要的輻射探測(cè)器（2）氣體探測(cè)器：以氣體為工作介質(zhì)，由入射粒子在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的電離效應(yīng)或核反應(yīng)引起輸出信號(hào)的探測(cè)器。入射帶電粒子通過氣體時(shí)，由于與氣體分子中軌道電子的庫侖作用而逐次損失能量，最后被阻止下來。同時(shí)使氣體分子電離或激發(fā)，并在粒子通過的徑跡上生成大量的由電子和正離子組成的離子對(duì)和激發(fā)分子。入射粒子直接產(chǎn)生的離子對(duì)稱為初電離。初電離產(chǎn)生的高速電子（稱電子）足以使氣體產(chǎn)生的電離稱為次電離。總和稱為總電離。帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一離子對(duì)所需的平均能量w稱為電離能。對(duì)不同的氣體，w大約在30eV上下。第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理輻射探測(cè)的原理和主要的輻射探測(cè)器（3）氣體探測(cè)器的典型圓柱型結(jié)構(gòu)如圖所示，在中央陽極和外殼陰極加上正電壓。沿入射粒子徑跡產(chǎn)生的電子－離子對(duì)在外電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生定向漂移，引起電極上發(fā)生感應(yīng)電荷的變化，與此同時(shí)，在外回路上就流過電流信號(hào)，或流過負(fù)載電阻產(chǎn)生輸出電壓信號(hào)。當(dāng)在兩電極上所加電壓不同時(shí)，就造成氣體探測(cè)器的不同工作狀態(tài)。當(dāng)外加工作電壓過低時(shí)，電子－離子對(duì)由于互相碰撞而發(fā)生復(fù)合，稱為復(fù)合區(qū)，復(fù)合的程度與外加電壓和離子對(duì)數(shù)的密度有關(guān)，一般不作為氣體探測(cè)器的工作區(qū)域。當(dāng)外加工作電壓較高時(shí)，電子與正離子的復(fù)合可以忽略而進(jìn)入飽和區(qū)，這時(shí)，產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)正比于入射粒子在靈敏體積損失的能量，工作于這種工作狀態(tài)的探測(cè)器就是電離室。隨著工作電壓的升高，在中央陽極附近很小的區(qū)域內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)，發(fā)生氣體放大或雪崩過程。在一定的工作電壓下，氣體放大倍數(shù)是一定的。此時(shí)，形成的總離子對(duì)數(shù)仍正比于入射粒子能量,相應(yīng)的工作區(qū)域成為正比區(qū)。正比計(jì)數(shù)器就工作于這一區(qū)域。第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理輻射探測(cè)的原理和主要的輻射探測(cè)器（4）工作電壓進(jìn)一步提高就進(jìn)入有限正比區(qū)，在探測(cè)器的靈敏體積內(nèi)，積累了相當(dāng)?shù)挠烧x子組成的“空間電荷”。在一定工作電壓下不再保持常數(shù)，初電離小的入射粒子的可能會(huì)大一點(diǎn)，稱為有限正比區(qū)。一般沒有探測(cè)器工作于這一區(qū)域

。隨著工作電壓的再一步提高，雪崩過程很快傳播到整個(gè)陽極。而且，雪崩過程形成的正離子緊緊的包圍了陽極絲，稱為正離子鞘。由于正離子鞘的電荷極性與陽極電荷相同而起到電場(chǎng)減弱作用，當(dāng)正離子鞘的總電荷量達(dá)到一定時(shí)，使雪崩過程終止。因此，最后的總離子對(duì)數(shù)與初電離無關(guān)。這時(shí)，入射粒子僅僅起到一個(gè)觸發(fā)作用，輸出脈沖信號(hào)的大小與入射粒子的類型和能量均無關(guān)，這就是G-M區(qū)，僅作一個(gè)計(jì)數(shù)器用

。上述過程可以用圖形象的表示，圖中縱坐標(biāo)為產(chǎn)生離子對(duì)數(shù)，橫坐標(biāo)為外加電壓。其中I為復(fù)合區(qū)；II為飽和區(qū)；III為正比區(qū)；IV為有限正比區(qū)；V為G-M區(qū)。這條曲線揭示了氣體探測(cè)器中由量變到質(zhì)變的規(guī)律

。第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一第三章輻射探測(cè)儀器、設(shè)備及原理輻射探測(cè)的原理和主要的輻射探測(cè)器（5）閃爍探測(cè)器一般由閃爍體和光電倍增管組成。閃爍體是一種發(fā)光器件，當(dāng)入射帶電粒子使探測(cè)介質(zhì)的原子電離、激發(fā)而退激時(shí)，可發(fā)出可見光光子，稱為熒光光子，這樣光的強(qiáng)度用肉眼是看不見的，必須借助于高靈敏的光電倍增管（PMT）才能探測(cè)到這些光信號(hào)。PMT的光陰極將收集到的熒光光子轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娮樱怆娮油ㄟ^聚焦被光電倍增管的第一聯(lián)極收集，并在其后的聯(lián)極倍增形成一個(gè)相當(dāng)大的脈動(dòng)電子流，在輸出回路上形成輸出信號(hào)。比較理想的閃爍體應(yīng)具有以下的性質(zhì)：1)將帶電粒子動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熒光光子的效率高，即高的發(fā)光效率。2)入射帶電粒子損耗的能量與產(chǎn)生的熒光光子數(shù)具有良好的線性關(guān)系。3)閃爍體介質(zhì)對(duì)自身發(fā)射的光是透明的，即其發(fā)射譜與吸收譜不應(yīng)該有明顯的重迭，4)入射粒子產(chǎn)生的閃光持續(xù)時(shí)間，即閃爍體的發(fā)光衰減時(shí)間要盡量短，以便能產(chǎn)生快的輸出信號(hào)，獲得好的時(shí)間響應(yīng)。5)合適的折射率和良好的加工性能?，F(xiàn)在使用頻率較高的閃爍體有兩大類：一類是無機(jī)閃爍體，如，NaI(Tl)，這些材料的密度大，原子序數(shù)高，適合