显然要提高能量分辩，必须设法减小F，f，ω，目前正比计数管对Fe 5·9keV X射线的能量分辨率可达14%左右[826eV]，使用Ar+0.5 C2H2和Ne+0.5%Ar能量分辨可达到12%
[8]
左右。
在做能测量时，还要求正比计数管输出脉冲幅度与入射粒子的能量成正比关系（即能量线性）的能量范围宽，或它的正比工作区宽。正比计数管的能量线性范围主要受空间电荷的限制，因为空间电荷会抵消一部分外电场的作用，从而影响放大倍数的稳定性。 影响正比计数管能量分辨的因素有：
1）统计涨落。探测器输出的脉冲幅度正比于电荷Q，Q=n0eM，n0和M都有某种固有的变化，即使入射辐射所积存的能量相等的情况下，脉冲幅度也有涨落：①离子对数n0的涨落
2?n?Fnv，F值为0.05～0.2；②雪崩倍增系数A足够大，则单电子雪崩的涨落σA，
055
??A?-1
，b=（1+θ），θ是一个参数，与能量越过电离阈能的电子份额有关，其变化?b??A??范围为0<θ<1；③只要n0值大，则脉冲幅度U的分布都接近高斯分布形状。
2）正比计数管的几何因素，其中最关键的是，阳极丝的均匀性和光洁度，若丝直径只有0.5%的微小变化，它影响到电场的均匀性，其它还有阳极丝安装的偏心度，圆柱形阴极的不均匀性，正比计数管两端在阳极丝进入绝缘子的地方，圆柱形管子端壁和其它导电结构的存在，都可能发生电场的严重畸变，导致离子对的倍增程度不同。
3）气体纯度。气体压力以及加到计数管上的高压的稳定性
4）痕量的负电性气体的存在就可能明显地降低气体倍增从而引进额外的脉冲幅度的涨落。
（3）正比计数管的寿命 寿命包括两种，计数寿命和自然寿命，计数寿命是指计数管的性能变坏所累积的计数数目，影响计数寿命的主要因素是：
（1）多原子分了猝灭气体的分解，即每次气体放大都会有一部分多原子分子由于与电子或光子的非电离碰撞而分解，因此随计数次数的增加，多原子分子成份减少，例如当
41920
M=100，N0=100时，一般一次放电要消耗10个多原子分子，一个计数管一般含10–10个
12
多原子分子，因此计数器寿命上限为10计数。
（2）气体分解会沉积在阳极丝和阴极上，这就要改变阳极丝直径和电场，减少材料的脱出功。
（3）气体放电使阳极丝逐渐损伤而变得不均匀
自然寿命是指计数管制成后其性能变坏所放置的时间。 4、几种常用的正比计数管及其应用
正比计数管既可以作计数器测量核辐射的注量率，又可以在很宽的能量范围内测量入射粒子的能量。与其它探测器比较，它的主要优点是：（1）它有气体放大作用，输出脉冲较电离室的大得多；（2）正比计数管产生一对离子所需的平均电离能量比闪烁探测器的小很多，而且它只放大信号而不放大噪声，因此，输出脉冲的信噪比较大，（3）价格便宜使用条件不苛刻；（4）正比计数管有能量甄别能力，因而能有效地在强?本底下测量中子或强?本底下测量α粒子。
它在中子，X射线，低能γ射线，电子的探测以及精确的放射性活度绝对测量中得广泛应用。
几种常用的正比计数管：
1）流气室，4?正比计数管，流气式是指工作气体以一定速度不断流入管内通过出气口
2 92
不断流出，这就保证了管内气体成份不变，避免了密闭式正比计数管在气体放大过程中由于多原子气体分子分解影响其性能，测量样品可以直接放在管内，既增加了立体角提高了探测效率，又避免了正比计数管窗对被测射线的吸收；
2）低能X射线正比计数器管，Be（铍）做薄窗；
3）球形含H2正比计数管，为了克服圆柱形含H2正比计数管测量快中子能谱时存在严重的各向异性的缺点，球形结构尺寸最佳时，管内任何地方的气体放大倍数保持相同，并且具有各向同性和较好的能量分辨；
4）BF3正比计数管 圆柱形状 中心阳极丝用钨丝做成，主要用于探测中子，中子穿透力强不需要特殊的窗。
反应能Q，2.792 MeV和2.31 MeV由?和Li核分配，对大多数情况下E??1.47MeV，
7
E7Li?0.84MeV。
3.5 G-M计数管
盖革Geiger和弥勒Muller发明的一种计数管，特点：结构简单，易于制造，价格便宜，易于操作，输出脉冲辐度大，对电子学线路要求简单。是放射性同位素应用和测量剂量工作中常用的探测器，缺点是死时间长，因此它不能用于高计数率场合。
工作原理：利用气体放大，大量地增加收集电荷，它工作在IV区（G-M区），G-M管内的电场比正比计数管内的要高得多，在适当的条件下除电离电子增殖产生雪崩外，还有光子引起的光电子产生新的雪崩，它与正比计数管最根本的区别是它的电荷增殖主要是由光电子引起的雪崩倍增，而正比计数器主要是由电离电子引起的倍增，而且发生倍增的区域是局限在阳极附近的一个很小的区域内，而G-M管，光子是各个方向发射的，所以雪崩是在整个管子范围内，不管初始电离发生在管内何处，雪崩放电却包围整个阳极丝，在雪崩过程中除产生电子外，还要产生正离子，正离子迁移率比电子低得多，在电子被阳极全部收集的时间内，正离子几乎不动地包围着阳极，构成正离子鞘，阳极附近的电场随着正离子鞘的形成而减弱以至于抑制电子增殖最终使雪崩放电结束。由此可以看出，不论入射粒子产生多少初始离子对，每次放电都是以管内产生大致相同的总电荷结束，所以所有的输出脉冲幅度是相同的。
G-M管的种类：根据猝灭气体的种类，可以把G-M管分为有机管和卤素管，惰性气体与有机气体的最佳比例为9:1，与卤素气体的比例为99：1，99.9：0.1，充入的工作气体和猝灭气体纯度要求高，要光谱纯，气体总压为（10～200）×133.32Pd。
几种常用的G-M计数管：
（1）γ计数管：主要是γ射线在作阴极用的管壁上打出电子，然后电子在管内引起雪崩倍增而被记录。
（2）钟罩形α和β计数管。
（3）强流管是一种用于测量高强度辐射的卤素计数管。
输出脉冲，G-M管输出脉冲波形有以下几个特点；1）由于G-M管是全管雪崩，气体放大倍数很大，可达1V数量级；2）产生的总电荷Q为常数，输出脉冲幅度与入射辐射能量和种类无关；3）输出脉冲形状与输出电路有关，幅度达到最大值的时间，理论上等于全部离子被收集的时间。
G-M管的特性参数：
（1）计数曲线与坪特性：前面已讲到，计数曲线是指计数管在注量率不变的核辐射照
93
射下，计数率随外加电压变化的曲线称计数曲线。
在工作电压超过VS时开始有计数，在VS–V1区，随着外加工作电压的增加计数率上升很快，此时工作尚未进入G-M区，当外加工作电压越过V1时，随着外加工作电压的增加计数率增加不显著，出现坪区V2-V1称为坪长，G-M管的工作电压一般选在坪区的1/3到1/2的范围内，外加电压越过V2，计数管进入多次或连续放电区，计数率急骤增加，此时猝灭气体大量消耗，计数管极易损坏，使用时尽量防止这种情况。
（2）死时间（失效时间）：从脉冲的形成到计数管内电场恢复到能维持放电的电场，这一段时间称为计数管的死时间或失效时间，用td表示，在td以后虽然入射粒子又能产生脉冲信号，但是由于电场尚未恢复到初始的强度，故脉冲的幅度较小，随着电场的逐渐恢复，脉冲幅度也逐渐增大，直至正离子到达阴极时电场完全恢复脉冲幅度才恢复到正常值，从td到脉冲恢复到正常的脉冲幅度所需的时间称恢复时间tr。 G-M计数管的死时间与工作电压，工作气体的成份和压力，管子的几何形状等因素有关，它决定于正离子鞘的运动速度和输出电路的时间常数RC。
（3）探测效率：探测器输出脉冲数与入射到探测器灵敏体积内粒子数之比定义为探测效率，有时也称为探测器的本征探测效率。
1）对带电粒子的探测效率
计数一个带电粒子在灵敏体积内到产生一个初电离离子对的几率。
要获得高的探测效率，必须选择高的比电离气体，增大气压或加大尺寸，G-M管对?，?等带电粒子探测效率近100%。
2）对γ光子的探测效率
是以γ光子在计数管管壁上至少打出一个能进入灵敏体积内的次级电子的几率，除低能γ和X射线外，要选择高Z材料作阴极管壁，即使是这样其效率仍很低，一般约为1%。
8
3）寿命，G-M计数管的寿命取决于猝灭气体的耗损，有机管的寿命约为10计数，卤素
10
管的寿命可达10计数。
[9，10]
3.6 气体位置灵敏探测器——气体多丝正比室和漂移室
气体多丝正比室（WMPC）相当于许多平行排列的正比计数管，阳极丝处在高电场区，因此要求其表面光洁度要高，粗细要均匀，机械强度要大，常采用镀金的钨丝或不锈钢丝。
[9，10]
1、多丝正比室的特性
（1）探测效率 对带电粒子 99.5%以上
55
（2）能量分辨 对Fe 5.9kev的X射线为20%左右，最好可达14% 低于一般的单个正比探测器。
（3）位置分辩
多丝正比室作为位置灵敏探测器获得了广泛应用，位置分辨（或称空间分辨）是它的重要特性参数。
位置分辩 ??0.29s/cos?，要提高位置分辨就应减小丝距S。 （4）时间分辨
它的时间分辨一般在20～50ns，例如一个l=3mm的充Ar和 S=1.2mm时，时间分辨 △t=18ns，S=2mm，△t=36ns。
多丝正比室有许多优点，对带电粒子探测效率>99.5%（近100%），空间分辨和时间分辨都较好，可用于高计数率条件下，在正比区工作时输出信号幅度和入射粒子能量损失成正比，
7
并可在强磁场中工作，在2×10A/M磁场下电子横向漂移小于1mm，对空间分辨和探测效率无明显影响。 2、漂移室
利用测量电子在电场中漂移时间的大小来确定入射粒子空间位置的多丝结构室称为漂
94
移室，它比多丝正比室结构简单，定位精度高，而且价格便宜，所以凡是能用漂移室代替多丝正比室的场合，都用漂移室。
从核辐射入射进漂移室起，到阳极丝上明显地出现电脉冲信号止这段时间称为电子的漂移时间，其大小与核辐射的入射点到阳极丝的距离有关，通过测量漂移时间就可以确定入射的位置。
在漂移室中，被测核辐射入射到室的时间t0为“零时间”（又叫时间原点）一般由快速闪烁探测器给出。阳极收集电子产生脉冲的时间为t，出现信号的那根丝（阳极丝）的位置为x0，则入射核辐射位置为
x?x0??vedt
t0t电子漂移速度Ve不变时，则x?x0??t?t0?Ve。
通过测量漂移时间的大小就可以确定入射核辐射的空间位置，这就是漂移室工作的基本原理。
漂移室有（1）多丝漂移室；（2）均匀电场漂移室 ；（3）可调电场漂移室。 漂移室的主要性能参数：
（1）探测效率：它与所加工作电压，使用气体混合物，粒子入射角度，位置，计数率大小等有关，在效率坪上漂移室的探测效率一般在99%以上。
（2）空间分辩、时间分布：空间分辩表示漂移室在空间上靠得最近的两根径迹区分开来的能力，粒子入射到室内的位置X，实测的位置X’，误差(?)X=X–X’， (?)X分布曲线的半高宽称为漂移室的空间分辩，测量漂移时间的不确定性带来的空间位置的不确定性，初级电子在漂移过程中扩散引起位移的误差，环境条件、温度、气体成份、高压电源、粒子入射角、外磁场等是影响空间分辨的主要原因。
时间分辩定义为能够把前后入射到室内的两个粒子分开的最小时间间隔，主要受漂移速度，漂移长度的限制。
（3）双径迹分辩：对同时入射到漂移室的两个以上的粒子在空间上区分开来的能力叫做双径迹分辩。常常用能够区分开两个径迹之间的最小距离来表示，与漂移区长度有关，径迹分辨一般在5～10㎜
5532
（4）最高计数率：对Fe 5.9KeVX射线测量结果表明，当计数率大于[3×10/㎜s]时，输出电流脉冲幅度明减少。所以漂移室只适合在低计数率条件下工作。
[11]
3.7 高气压电离室和高气压氙电离室
高气压电离室：一种内充高气压气体的电离室。电离室壁通常由钢材制作，充以2.0265～3.03975MPa（20～30大气压）高纯氩气或氮气，体积一般为4～8L。高气压电离室具有较高的灵敏度和长期稳定性，对环境陆地γ辐射与宇宙射线电离成分的空气吸收剂量率响应近似相同。为得到对入射辐射各向同性响应常采用球形。高气压电离室20世纪30年代初研制成功，20世纪80年代后期采用能量补偿法进一步改善了能量响应特性，早年曾用于海平面宇宙射线空气电离量测量，20世纪70年代初用于环境辐射照射量率测量以及核设施气载流出物的连续监测。高气压电离室除在核技术领域内的应用外，作为传感器在工业自动化方面也被广泛应用。
气体闪烁体正比计数管GSPC和高压Xe电离室：到20世纪80年代末，Xe气体纯化技术的提高，促进了Xe闪烁正比计数管的发展，构成了新型的X射线Xe气体闪烁正比计数管。
55
与一般的正比计数管相比，GSPC（气体闪烁正比计数管）能量分辨率高。例如：对Fe5.9KeV 的X射线，Xe GSPC的FWHM为472eV；对0.15KeV的X射线，FWHM为85eV，噪声仅为50eV，可鉴别硼的KX射线，比一般正比计数管的能量分辨提高了一倍。Xe气体的法诺因子为0.17，
95
相关推荐：
loading