气体探测器篇(3)_脉冲电离室简介

一个气体探测器单元的构成主要包括三个部分：1是合适的工作气体，能够通过直接或间接的电磁相互作用产生电子-离子对；2是合适的内部电场结构和强度，能够以一定的路径收集或放大电子；3是合适的信号输出电路，能够把收集的电子和离子转化为电流或电压信号。电离室、正比计数管、G-M计数管是最早研制三种类型的气体探测器，是各种气体探测器的基础。

1，电离室概述

电离室就是工作在饱和区的气体探测器。在其工作区域，既不存在正负离子复合，也没有气体放大，入射粒子的电离所产生的全部电子和正离子都被电极收集。

电离室主要有两种类型：一种是记录单个辐射粒子的脉冲电离室，主要用于测量重带电粒子的能量和强度，其按照输出回路的参量，脉冲电离室又可分为离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。另一种是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室和累积效应的累计电离室，主要用于X、γ、中子的强度或通量、剂量或剂量率。它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。

2，电离室基本结构

不同类型的电离室构造大致分为两种：一种是平板电离室，一种是圆柱型电离室。如下图所示：左侧为平板电离室，右侧为圆柱型电离室。

 

3，脉冲电离室

 

假设在t=0时刻，当带电粒子在电离室中的x0位置处产生N0个电子-正离子对，平板电离室的宽度为d，电容大小为C0。在内部电场E的作用下，电子向集电极C漂移，漂移速度为v-，正离子向阴极K漂移，漂移速度为v+。具体的公式推导咱就不介绍了，这里仅给出电压/电流幅度输出的结果以及结果分析：

 

1、电离室内电子和正离子的漂移，使得两电极上感生的电荷发生变化，从而形成电压或电流脉冲。这种脉冲始于离子对生成，终于离子对全部被收集。必须指出：不能以为脉冲是由电子和离子被收集到电极上才形成的，这是不符合实际的。

2、脉冲的变化率取决于漂移速度。电子的漂移速度约比正离子大三个量级，这就决定了在t≤x0/v-时间内，脉冲前沿主要是电子脉冲的贡献。它构成脉冲的快成份，幅度与电离产生的地点有关。在x0/v-≤t -≤(d-x0)/v+时间内，主要是离子脉冲的贡献，这是脉冲的慢成分。但是最终输出的电压幅度只决定于原电离的总数目，与电离产生的地点无关。

3、负离子的形成会使脉冲快成份受损。因此使用电子脉冲的电离室要注意气体的纯化，避免负电性气体杂质。

 

 参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取