气体探测器与中子探测1.1气体探测器概述气体探测器是人类历史上应用最悠久的核辐射探测器,在早期核物理发展中起了很大作用,例如宇宙线和中子是在电离室中发现的,迄今已有一百多年的历史。气体探测器是以气体作为探测介质,利用电极收集入射粒子在气体中产生的电荷来探测粒子,获取入射粒子的能量、时间及位置等相关信息。1.2气体探测器测量原理气体探测器是以工作气体（既可以是混合气体,也可以是单一气体）作为探测物质,利用电极收集入射粒子在气体中产生的电离电荷来探测粒子,获取入射粒子的能量、时间及位置等相关信息。尽管气体探测器的形式和结构各种各样,但几乎都是利用电极来收集电离电荷的,它们通常都是由高压电极和收集电极组成。入射粒子进入灵敏区后，通过使电极间气体电离,生成的电子和正离子在电场的作用下分别向相反方向漂移,最后被电极收集。在漂移过程中,由于静电感应,电极上将感生电荷,并且随他们的漂移而变化,于是在输出回路中形成感应电流,收集的电子-离子对数目决定了输出电流的大小。气体探测器正是利用此特性实现了探测粒子的功能。1.2.1带电粒子在工作气体中的能量损失与统计规律入射带电粒子通过气体时，由于与气体分子的电离碰撞而逐次损失能量，最后被阻止下来。碰撞的结果使气体分子电离或激发，并在粒子通过的径迹上生成大量的离子对（电子和正离子）。上述电离过程包括入射粒子直接与气体分子碰撞引起的电离，以及由碰撞打出的高速电子（6电子）所引起的电离。前一过程产生的离子对数称为初电离，后一过程产生的离子对数称为次电离，初电离和次电离的总和称为总电离。此外，粒子在单位路程上产生的离子对数称为比电离。带电粒子在气体中产生一对电子-离子所需的平均能量w称为平均电离能，公式2.1所示。(2.1)式（2.4）中，'I表示平均激活能，,即电场强度乘漂移距离。66表示电子或离子沿电场漂移一段距离后的横向扩散程度。若在惰性气体中加入多原子分子气体会大大减小'I,从而也就大大减小了扩散的影响电子吸附：电子在运动过程中,被中性气体原子或分子俘获，形成负离子。每一次碰撞，电子的吸附几率称为气体的吸附系数h。不同气体的h值相差很大，对H2和所有惰性气体，；卤素分子、氧分子、水分子的h值都比较较大。通常把吸附电子几率h较大的气体称为“负电性气体”。电子被负电性气体俘获形成负离子后，漂移速度减小，同时，负离子比电子更容易与正离子复合成中性粒子。从而导致收集到的电离数N减少,这在能量测量中是不希望的。为了尽量减少电子俘获,探测器应使用h值较小的气体，并使负电性气体杂质的含量减到最低限度。复合：正离子和电子（或负离子）相遇时，可能会发生电荷中和形成中性粒子。复合几率与正负离子密度成正比。即：（2.5）式（2.5）中：/厂：‘十是单位体积内的负、正离子数。比例系数“称为复合系数，其与气体本身有关，也与气压、温度以及正负离子之间的相对速度等因素有关。电子的复合系数比负离子小很多。因此只要不含负电性气体，在通常工作情况下复合效应是很小的。复合现象的存在将会破坏原始入射粒子电离效应与输出信号的对应关系，气体探测器应尽量避免这种因素的影响。1.2.3外加电场对电离粒子运动的影响假设在探测器气体空间形成5个电子离子对，在外加电压的作用下，这些电子和正离子分别向正、负电极漂移而被电极收集。图2.2是外加电压与离子对收集数的关系曲线的实验结果。可以看到,气体探测器外加电压与离子对收集数的关系曲线可明显地分为五个区段.第I区复合区（外加电压小于心），外加电压较低，离子漂移速度很小,扩散和复合效应起主要作用。由于复合，电极上收集到的离子对数小于初总电离数目山。第II区饱和区（电压大于匚,但小于匕），外加电压达到匚时,继续增大电压，气体探测器中复合效应基本消失，入射粒子在气体中初始电离数可以被电极全部收集。在恒定强度放射源照射下，被收集的电荷数基本上保持不变，曲线近似呈水平线形状，电流趋于饱和，因此第II区称为饱和区又称电离区，在此区工作的气体探测器称为电离室。图2.2中曲线的标记分别对应「〔和I〕粒子，由于「【粒子在单位长度气体中损失的能量大于电子的，所...
