【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 再為常數(shù)，而為 V(t) 電容 C1的 儲(chǔ)能 為 120212))((CtVVC ??122CQ能量 變化率 為： ? ?? ? ? ?? ? ? ?dttdVtVVCCtVVCdtdWC ????????? ?? 011202121③ 電容 C1的儲(chǔ)能發(fā)生變化 1 ()CWt? ? ? ? ? ?0 aRCI t I t V t??? ? ???④ 輸出回路功率 WO(t) ? ? ? ? ? ?dttdVtVCRtVa ????0259/189 能量守恒 ? ? ? ? ? ? ? ?tWtWtWtW Coe 1???? ? ? ? ???????? ?00Vdt tdVCR tV a ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?11NNj j k kjke E r t u r t E r t u r t?? ????? ? ? ? ? ?????? ? ? ???????? ?? ? ? ?dt tdVtVVC ?? 01? ? ? ? )(0tVdt tdVCR tV a ??????? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?0110NNj j k kjkeI t E r t u r t E r t u r tV V t?? ????? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???? ????令： ? ?010( ) ( )()aV t d V tI t C CR d t? ? ?60/189 (A) 由于 V(t) V0 ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?0110NNj j k kjkeI t E r t u r t E r t u r tV?? ????? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???????稱為電離室的 總電流信號(hào) 。 把電離室看成理想的 內(nèi)阻無限大的電流源 ，但這是有 條件 的。而 電荷源 則是無條件的。 結(jié)論： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?0110NNj j k kjkeI t E r t u r t E r t u r tV V t?? ????? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???? ????61/189 ?R?C1C0()It(B) 電離室可以用電流源 I0(t)和 C1并聯(lián)等效。并可得到其輸出回路的等效電路 ? ? ? ? ? ?dttdVCRtVtI000 ??0 //LR R R? 入39。01C C C C? ? ?入)(tV0C)(0 tI0R)(tVLRC?62/189 3. 電離室的 輸出電壓信號(hào) ? ? ? ? ? ?????????? ?? tCRtCRtVCdttIeCetV000000000? ? ? ? ???????? ?? tCRtCRtdttIeCetV0000000? ? 00 ?V? ? ? ? ? ?dttdVCRtVtI000 ??解微分方程 63/189 (1)當(dāng) 時(shí)，即全部電子和正離子對(duì)輸出信號(hào)都有貢獻(xiàn)。 00R C T???在 t T+時(shí)間內(nèi) ? ? ? ?dttICtVt??0001當(dāng) t = T+時(shí) ? ? ? ? hCeWECNedttICTVT???? ???0000001? ? ? ?000000 0tt R Ct R CeV t e I t d tC? ???? ?????當(dāng) t T+時(shí) ? ? ? ? ? ????????? ?? ????? tTCRtTCRtCRtdtetIdtetICetV 00000000000000 /0CRtCRt eheCNe ?? ???64/189 ?T0CNe? ? ? ?dttICtV t??00010CQ??T??00 CR000CRteCNe ??t? ?() N e u uItd????() N euIt d??t)(tI)(tV65/189 結(jié)論（ 離子脈沖電離室 ） 在 t = T+時(shí)，輸出電壓脈沖幅度 00 0 0N e E ehC W C? ? ? C0越小， h越大。為此須降低 C0(C1,C’,C入 ) 工作在這種狀態(tài)的電離室稱之為 離子 脈沖電離室。 ?存在問題 —— 輸出電壓脈沖寬度非常大 (T＋ 是 ms量級(jí) )，這會(huì)導(dǎo)致： 0hE?? 入射粒子的強(qiáng)度不能太大 ? 并且要求放大器電路頻帶非常寬，噪聲大而非實(shí)用 66/189 (2) 當(dāng) ，正離子漂移的貢獻(xiàn)可以忽略， 00T R C T??? ? ? ?在 t T－ 時(shí)間內(nèi) ? ? ? ?? ?? ?tdttICtV0001當(dāng) t ＝ T－ 時(shí) ? ? ? ???????? ???ThCQdttICTV0 0001)()( 00 tItI ?? ? ? ? ? ?????? ?? ?? t CRtCRt dttIeCetV0000000當(dāng) t T－ 時(shí) ? ? 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。 0/h Q C???由于 ，大約是 微秒量級(jí) ，將大大降低電壓輸出脈沖的寬度，得到 快 的響應(yīng)時(shí)間。 00R C T ???工作于這種狀態(tài)的電離室稱為 電子 脈沖電離室。 ？ 存在問題 —— 輸出電壓脈沖幅度 h與初始電離的位臵有關(guān)，也就是 Q 與初始電離 位臵有關(guān) 。 69/189 ? ?? ? ? ?? ?100NjjjeQ r T rV??? ? ? ?????????? ?? ?100NjjerV????????? ???? 即 Q－ 與第 j個(gè)電子被收集時(shí) 最終電位 和 最初產(chǎn)生處 (初電離位臵 )電位之差 有關(guān)。 ? 這樣， 電子脈沖電離室 的輸出 電壓脈沖幅度不僅與產(chǎn)生的 離子對(duì)數(shù)有關(guān) ，而且，與離子對(duì)生成的 位臵有關(guān) 。 70/189 (3) 影響輸出信號(hào)形狀的因素 0 d x? ?t()It71/189 t()Itt()Vttu72/189 關(guān)于電離室輸出電壓信號(hào)的一些重要結(jié)論 (C) 電子或正離子漂移對(duì)輸出電壓脈沖信號(hào)的 貢獻(xiàn) ，取決于電子或正離子掃過的 電位差 。 (A) 電子離子對(duì)一旦 形成 ， 立即 就有輸出電流信號(hào)；電壓脈沖 的 上升時(shí)間 為 電流脈沖 的 持續(xù)時(shí)間 。 (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(guān) ， 導(dǎo)致電離室輸出的電壓脈沖為 變前沿 的脈沖 ， 其 上升時(shí)間漲落達(dá) 10?3s量級(jí) 。 73/189 脈沖電離室小結(jié)： 特點(diǎn)與問題？ 離子 脈沖電離室 電子 脈沖電離室 問題？ 特 點(diǎn) R0C0T＋ ， 電子和離子信號(hào)均對(duì)輸出電壓信號(hào)有貢獻(xiàn)。 T＋ R0C0T－ ， 只有電子信號(hào)對(duì)輸出電壓信號(hào)有貢獻(xiàn)。 ① 準(zhǔn)確測(cè)量入射粒子能量？ ② 實(shí)現(xiàn)高計(jì)數(shù)率？ ③ 高信噪比？ ? ? ? ? ? ? 如何兼得？ 74/189 二 . 圓柱型電子脈沖電離室和屏柵電離室 1. 圓柱型電子脈沖電離室 C0VRa2b2 r75/189 設(shè)計(jì)思想 ： 利用圓柱形電場(chǎng)的特點(diǎn)來減少 Q－ 與入射粒子位臵 的關(guān)系 ， 達(dá)到利用 “ 電子脈沖 ” 來測(cè)量 能量 的目的 。 距中心位置為 r的場(chǎng)強(qiáng) ? ?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(guān)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(shí) ， h(r0)與 r0之間的關(guān)系就 不顯著 了 。 ?同時(shí)由于圓柱形的幾何條件 ， r0小 的區(qū)域只占 很小的一部分體積 ， 大部分入射粒子都在r0較大 處產(chǎn)生離子對(duì) 。 注意 ：這種工作狀態(tài)下，中央絲極必須是 陽極 。為什么？ 對(duì)于大部分入射粒子而言，圓柱形電子脈沖電離室的輸出電壓脈沖幅度均接近于： 0/Ne C設(shè)全部離子對(duì)在 r0處產(chǎn)生，其電位為 ? ?0r?電子脈沖電離室必定要滿足 00R C T ???77/189 2. 屏柵電離室（ The Gridded Ion Chamber） 屏柵電離室的構(gòu)成：負(fù)極 B、正極 A、柵極 G、電源和負(fù)載電阻。 78/189 R? 入射粒子在 a區(qū)產(chǎn)生電子離子對(duì)。 ? 由于柵極的 屏蔽 作用， a區(qū)的電子離子 不會(huì) 在陽極 A上產(chǎn)生感應(yīng) 電荷。 ? 電子在 b區(qū)漂移時(shí)，在陽極 A上形成 感應(yīng) 電荷。 Q = Ne 結(jié)構(gòu)要求 ：入射粒子將全部能量損失在 a區(qū)，即 aR 。 BARGba79/189 屏蔽系數(shù)： badEdE? ?柵網(wǎng)參數(shù)： rd? ?1t t()Vt()itt2t 3t 4t?RBARGba1co saeaaRttu????時(shí)滯： 41co sHea ebRbt t tuu?? ? ? ?上升時(shí)間： 80/189 三 . 脈沖電離室輸出信號(hào)的測(cè)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(shí)間關(guān)系 。 通過對(duì)輸出 脈沖數(shù) 進(jìn)行測(cè)量。 通過對(duì)輸出電壓信號(hào)的 幅度 進(jìn)行測(cè)量。 通過對(duì)輸出電壓信號(hào)的 時(shí)間 進(jìn)行測(cè)量。 81/189 脈沖電離室的輸出信號(hào)需要用 電子儀器 來測(cè)量。 氣體電離室 高壓 前臵放大器 放大器 多道分析器 單道分析器 定標(biāo)器 82/189 四 . 脈沖電離室的性能 1. 脈沖幅度譜與 能量分辨率 ?脈沖電離室常用來測(cè)量帶電粒子的 能量 。 ?對(duì)單能帶電粒子，若其全