气体电离辐射探测器

2021-02-25 13:26:36 浏览:1117

定义

以气体为工作介质,由入射粒子在其中产生的电离效应(电子-粒子对),通过收集射线在气体中产生的电离电荷来探测辐射。

气体电离效应

X射线粒子与气体分子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应时,会产生光电子、康普顿散射电子和电子对电子;这些电子可以使气体分子电离激发,产生“电子-离子对”;“电子-离子对”作为载流子漂移形成电流信号[1]

 

图 1 气体电离辐射探测X射线粒子的工作过程示意图[1]

电离辐射探测器构造及工作机制

气体电离辐射探测器主要由电极密封的气体室和电极构成,气体室内充满一定压强的Ar、Kr或Xe惰性气体的混合气体,电极接直流高压;如图2所示是在气体电离辐射探测器中常见的两种气体电离室,图中红色表示为高压极,蓝色表示为收集极。

图 2 左图:平板型电离室;右图:圆柱形电离室 

当带电粒子或X射线粒子射入电离室中使气体电离,在其径迹附近产生一系列离子对,这些离子对在高压电极板之间的电场作用下,向正、负极漂移,从而使电离室输出正比于粒子强度的电流信号或电荷信号,该信号经过负载电阻转换为电压信号,而后经过前置放大器放大之后再输出到A/D转换器进行采样量化。

在实际使用中,往往由一系列相互独立的电离室单元按序排列组成一个探测线阵列,如图3所示为医用CT阵列电离室电极系统。

 

图 3 医用CT阵列电离室电极系统与总体结构[1]

气体电离辐射探测器分类

按照产生信号的工作机制,可以分为脉冲电离室、累积电离室、正比计数器、G-M计数器、SQS计数器等。

1、脉冲电离室:电离室处于脉冲工作状态,电离室的输出信号仅反映单个入射离子的电离效应,可以用于测量每个入射粒子的能量、时间信息;
2、累积电离室:电离室的输出信号是反映大量入射粒子的平均电离效应,这样的电离室也称作电流电离室;
3、正比计数器:正比计数器是一种非自持放电的气体电离辐射探测器,利用碰撞电离将入粒子直接产生的电离效应进行放大,使得输出信号幅度显著增大;
4、G-M计数器:G-M计数器是有盖革(Geiger)和米勒(Mueller)在1928年发明的一种利用自持放电的气体电离辐射探测器。

气体电离辐射探测器性能

气体电离辐射探测器构造简单、成本低廉、性能稳定、寿命长、动态范围宽、抗辐射能力强;但由于采用密度相对低的气体作为探测介质,与X射线作用几率小,所以探测效率一般很低;一般可通过提高气体密度来提高探测效率:在惰性气体中加少量多原子分子气体形成混合气体,增大气体的密度,提高转换效率。

参考文献

[1]  周日峰. 高能X射线工业CT气固混合型电子倍增辐射探测器探索研究[D].重庆大学,2011.
[2]  https://wenku.baidu.com/view/e67cef6ee2bd960590c677d1.html
[3]  http://www.nuclear.net.cn/portal.php?mod=view&aid=10481

参阅:X射线、气体电离、放大器、A/D转换器、非自持放电、自持放电、动态范围

作          者: 泮桥成像光电商城

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