【正文】 Rt dttIeCetV0000000當 t T－ 時 ? ? 0000 //0CRtCRt eheCQtV ????? ???67/189 ? ? ? ?dttICtV t? ??00010CQ??T000CRteCQ ???t? ?() N e u uItd????() N euIt d??t)(tI)(tV68/189 結(jié)論（ 電子脈沖電離室 ） ? 輸出脈沖幅度 ， 僅取決于電子漂移在外回路中流過的電荷量。 69/189 ? ?? ? ? ?? ?100NjjjeQ r T rV??? ? ? ?????????? ?? ?100NjjerV????????? ???? 即 Q－ 與第 j個電子被收集時 最終電位 和 最初產(chǎn)生處 (初電離位臵 )電位之差 有關。 (B) 電離室輸出電流中包含 快成分與慢成分 ， 其比例與電子離子產(chǎn)生 位臵有關 ， 導致電離室輸出的電壓脈沖為 變前沿 的脈沖 ， 其 上升時間漲落達 10?3s量級 。 距中心位置為 r的場強 ? ?abrVrEln0?0 .0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0 .9 1 .00 .11101001000E(r0) (per Volt)r0/b b / a =5 b / a =10 b / a =10 0 b / a =10 0 0 b / a =10 0 0 0電位為 ? ? ?????????????abarVrlnln100. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 00. 00. 20. 40. 60. 81. 0h(r0)/ (Ne/C0)r0/b b / a =5 b / a =10 b / a =10 0 b / a =10 0 0 b / a =10 0 0 0沿軸向觀察圓柱形電離室 0 .0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .00 .00 .20 .40 .60 .81 .0Y Axis TitleX Ax i s T i t l e B電子電壓脈沖幅度與 r0的關系 76/189 輸出脈沖電荷量 ? ?? ?abarNerVNeQlnln 000?????? ??輸出電壓脈沖幅度 abarCNeCQrhlnln)(0000 ??? 結(jié)論： ?選擇 足夠大的 b/a值 ， 在 r0較大 時 ， h(r0)與 r0之間的關系就 不顯著 了 。 78/189 R? 入射粒子在 a區(qū)產(chǎn)生電子離子對。 BARGba79/189 屏蔽系數(shù)： badEdE? ?柵網(wǎng)參數(shù)： rd? ?1t t()Vt()itt2t 3t 4t?RBARGba1co saeaaRttu????時滯： 41co sHea ebRbt t tuu?? ? ? ?上升時間： 80/189 三 . 脈沖電離室輸出信號的測量 1）入射帶電粒子的 數(shù)量 ； 2）入射帶電粒子的 能量 ； 3）確定入射粒子間的 時間關系 。 81/189 脈沖電離室的輸出信號需要用 電子儀器 來測量。每個 α粒子電離產(chǎn)生的 離子對數(shù)目 是隨機的，服從 法諾分布 ，因此外電路形成的電壓信號的 幅度 也是 漲落 的，進而通過多道分析器得到的 ADC結(jié)果也是一個 隨機數(shù) 。不要混淆。 i n t 100%? ?對帶電粒子 int? ?記 錄 下 來 的 脈 沖 數(shù)射 入 電 離 室 靈 敏 體 積 的 粒 子 數(shù)定義 2： 本征探測效率(intrinsic detection efficiency) 對 γ 、中子等中性粒子： 90/189 5. 時間特性 ―― 常用三種指標 ① 分辨時間 —— 能分辨開兩個相繼入射粒子間的最小時間間隔 。 91/189 167。 累計電離室 167。 ?此時電離室稱作 “ 累計電離室 ” 或 “ 電流電離室 ” 。 nN?S96/189 這樣 ， 在任一時刻 t ， 探測器的總輸出信號是此時刻以前在探測器內(nèi)產(chǎn)生的各個離子對所產(chǎn)生信號在此時的所取值的 疊加 。 nN?? ? ? ?自學 99/189 ?M方差為： ___2 2 2 2M n NNn? ? ???? ? ??n遵守泊松分布： ____2n nn??? ? ? ? ? ?N遵守法諾分布： 2N FN? ??2N n n F N??? ? ? ? ? ? ? ? ?2()n N F N?? ? ? ? ?自學 100/189 0()tS M f????? ? ??由于 而且，不同 ??內(nèi) 產(chǎn)生的 ?M是 相互獨立 的。 103/189 當近似用寬度為 T的矩形脈沖代表一對離子所產(chǎn)生的電流信號 f(?)， 求輸出電流信號及其相對均方漲落。電離室結(jié)構(gòu)并無本質(zhì)差別。 一定工作電壓下，輸出信號的 幅度 與入射粒子流 強度 的保持 線性關系的范圍 (一般用輻射強度的范圍表示 ) 。 112/189 0I123451V 2V 3V 4V 5V)1(0I)2(0I)3(0I)4(0I)5(0I高壓 0I4VV?5VV?1 2 43 5)1(0I)2(0I)3(0I)4(0I)5(0I強度 113/189 4. 響應時間 ?對 電流信號 ， 其滯后時間將最大為 離子收集時間 T。 ?對 電壓信號 ， 它跟隨輻射強度變化的響應時間主要決定于電離室輸出回路的 時間常數(shù) R0C0值 。 ?由于其具有十分良好的承受惡劣工作環(huán)境影響的能力，所以，在工業(yè)上可應用于 核輻射密度計、厚度計、料位計、水分計、核子秤等。 – 正比計數(shù)器 m a xNeVC?1MeV的 α粒子，若 W=30eV，則 : 6195m ax 1010 1 .6 1 030 5 .3 3 3 1 010eV CNeVVCF?????? ? ? ?118/189 167。 累計電離室 167。 ?正比計數(shù)器屬于 非自持放電 的氣體電離探測器。要使電子在一個自由程就達到電離電位，場強須 104V/cm。 E(r =)=?104V/cm 。 ? r0很小，與 a是同一量級，這樣入射粒子在 r0 內(nèi)產(chǎn)生電離的可能性很小，可以忽略。 2. 碰撞電離與氣體放大 定義： 氣體放大倍數(shù) 0( ) / ( )A n a n r?126/189 Townsend Coefficient dn dxn ??α: the first Townsend coefficient ( ) ( 0) xn x n e ??均勻電場 圓柱形電場，更陡 127/189 假定： (2) 近似認為電子的能量就是電子在兩次碰撞間從電場獲得的能量。次電子可以在電場的加速下發(fā)生碰撞電離。 (2) 多原子氣體分子的作用： ?加入少量的多原子分子氣體 M（ CO2, CH4） ，它可以強烈吸收氣體分子退激所發(fā)出的紫外光子而處于激發(fā)態(tài) M*； ?它不再發(fā)出光子而是 分解 為幾個小分子 (超前分解 )退激； ?這樣可以阻止紫外光子打到陰極而減小光子反饋，使 lnA∝ V0曲線的變化平緩 。即忽略初始電離的離子對對輸出信號的貢獻。 ? ? 00 22( ) (l n / )A N e VIt p r t b a? ?? ? ? ?? ??22 0( ) 2lnVtr t abp a? ? ???則 01()2 l n /A N eItb a t ???? ?????0()( ) lndr t Vbdt p rt a? ???136/189 0 .02 .0 x 1 084 .0 x 1 086 .0 x 1 088 .0 x 1 081 .0 x 1 070 .00 .20 .40 .60 .81 .0normalized current? ?0 1Itt ?????????0()It? 3? 5?由于 ?很小，所以 電流隨時間而迅速下降。 ? 因此可選擇 小 的輸出回路時間常數(shù) ，獲得 好的分辨時間 。 (2) 由于 ?～ 108s，即使 t～ 100?，也就是輸出電流降為初始的約 1/100,也僅需要 ?s量級，可以獲得 快的響應時間 特性。 ?由于 r0很小，以至電子在陰極的感應電荷很小，而可以忽略電子對輸出信號的貢獻。 ② 再次觸發(fā)電子倍增： ? 正離子漂移到達陰極，與陰極表面的感應電荷中和時有一定概率產(chǎn)生次電子，發(fā)生新的電子雪崩過程，稱為 離子反饋 ；也可以通過加入少量多原子分子氣體阻斷離子反饋。 130/189 定義： 光子反饋概率 ?， 為 每個到達陽極的 電子通過光子反饋又在陰極打出一個次電子的概率。 (1) lnA∝ V0，在半對數(shù)座標圖上近似為直線。 0 TVV? 0 TVV?雪崩區(qū)域：a~r0 0lnlnraVba電子漂移過的電位差 ? 不同位置射入的入射粒子所產(chǎn)生的電離效應在正比計數(shù)器中都經(jīng)受同樣的氣體放大過程，都有 同一個氣體放大倍數(shù) 。 對于一個確定的正比計數(shù)器，只有當工作電壓V VT 時，才工作于正比計數(shù)器工作區(qū)，否則工作于電離室區(qū)。 122/189 設計思想 ： 利用圓柱形電場的特點在 中央絲極附近 會產(chǎn)生 小范圍 的 強電場區(qū)域 。 正比計數(shù)器 一． 正比計數(shù)器的工作原理 二． 正比計數(shù)器的輸出信號 三． 正比計數(shù)器的性能 四． 正比計數(shù)器的應用 五． GEM探測器 121/189 一 . 正比計數(shù)器的工作原理 1. 正比計數(shù)器的結(jié)構(gòu)特點 ? 結(jié)構(gòu)上必須滿足實現(xiàn) 碰撞電離 的需要 —— 存在強電場。 GM計數(shù)管 √ 119/189 167。 電離室的工作機制和輸出回路 167。 116/189 第四次課結(jié)束 117/189 對低能粒子測量的問題？ ? 使用脈沖電離室對低能粒子測量時，由于放大器噪聲的存在，信噪比很小，測量難于進行。 即 靈敏度 隨入射 粒子能量 而變化的關系。 對 t = 0時的階躍變化，輸出電壓為： 00/2 1 0 0 2 1( ) ( 1 )t R CV I R R I I e ?? ? ? ?一般需要 5～ 7R0C0才能達到平衡。 ?一旦當入射粒子流強度大到使飽和電壓超過了原來選好的工作電壓 V0時，電離室將不再工作于飽和區(qū)，信號電流將比預期值小。 0021R C n ?? 1V? ??109/189 三 . 累計電離室的主要性能 與脈沖電離室一樣具有飽和特性曲線，一般工作于飽和區(qū)。 即： 2 1 1Iv nT? ? ??2001 12V R C n? ? ? ??1Tn?? 00 12RCn???電流 脈沖寬度 要遠大于 入射粒子 平均時間間隔 輸出回路的 時間常數(shù) 要遠大于 入射粒子 平均時間間隔 107/189 ② 或強到在 離子收集時間 T 內(nèi) 就有大量粒子入射，即使 R0C0 =0， I0(t) 也反映了大量粒子的 平均電離效應 。 20[ ( ) ]tSD M f?????? ? ??有： 所以： 2 2 20()tSMf?? ? ???????220( ) ( )f n N F N?????? ? ? ??2 2 20( ) ( )tSn N FN f d? ? ??? ? ? ?22()Mf ?? ??自學 102/189 則 St的 相對均方漲落 為： 2222 022( ) ( )( ) ( )ttSStn N FN f dvS n N b???????????? ?