当前课程知识点:核辐射物理及探测学 > 第八章 气体电离探测器 > 8.4 G-M计数管 > 8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标
这一节我们来介绍一下
自熄GM管的输出信号
和它的主要性能指标
自熄GM管的输出信号
我们可以直接用前面
我们学到过的正比计数器的
输出信号的分析过程去分析它
这个过程没有明显的区别
我们说初始雪崩和放电过程
所需要的时间通常很短
这个过程里面呢
我们通常信号其实还没有形成
放电传播了之后
最后在整个管子里面放电
放电完了之后
电子电流很快就会被收集掉
因为电子离阳极是很近的
在这个时候在阳极丝周围
会留下一个正离子鞘
然后正离子的漂移在回路里面
会引起输出信号
所以我们说其实它的输出信号
也是两个部分了
一个是快的部分
一个是慢的部分
当然快的部分影响是比较小的
这个快的部分
对应到是一个电子漂移的过程
然后慢的部分呢
是对它输入信号的
一个主要的贡献
就是正离子的漂移的过程
我们再看一下
这个GM计数管的典型的结构
典型的结构主要是两种
用的比较多的像圆柱形的结构
或者是钟罩形的结构
圆柱形的结构呢
主要用于测量伽玛射线等等
这种非带电的辐射
钟罩形的结构
它前面有一个入射窗
这个入射窗呢
你可以用这种低Z的材料来做
可以做得很薄
可以用来测量α粒子
或者β射线
就是这种带电粒子的辐射
这是一些比较典型的
GM管的一些照片
那我们看一下
它的主要的性能指标
GM管我们特别关注
它的性能指标
是它的坪特性曲线
因为GM管不能测能量
所以也不会有能量分辨率
这样的一个指标
坪特性是入射粒子流
强度一定的条件下
计数率随着工作电压的
变化关系
这是它的坪特性
通常情况下
我们拿到一个GM管
我们都要测量一下
它的坪特性曲线
测量要得到几个参数
这几个参数分别是什么
一个是它的起始电压
也就是说到什么时候
它的计数就比较稳定了
这个电压
我们叫它的起始电压
另外一个我们要知道
它的放电就是连续放电的电压
因为它里面本身
是有这个放电过程的
连续放电的电压呢
我们用VB去表示
也就是说
电压如果比VB还要大了
你会发现这个计数管的
输出的这个计数会迅速的上升
这个时候也就是说
这里面的计数已经不是
由你的入射粒子流引起的
所以这个地方
我们叫它的放电电压
坪长我们用VB-VA去表示
所以坪长是一个电压的
这么一个单位表示的
第三个重要的参量呢
就是它的坪斜
就是这个坪的斜率
所以我们用这样的一个关系
去描述它的坪的斜率
有机管的起始电压
通常在1000伏以上
坪长一般在200伏左右
坪斜差不多是5%每100伏
卤素管呢
我们说它是有低阈压的特点
所以它的工作电压显得要低一些
通常在三四百伏这样的一个量级
但是它的坪长通常会比较短
一般来说在100伏左右
但相对来说也还可以
但是它的坪斜会更大一点
在10%每100伏这样一个量级
原因就是卤素是一个负电性气体
我们再来看一下
GM管的时间特性
这个时间特性呢
我们介绍三个时间概念
一个叫死时间
一个叫复原时间
一个叫分辨时间
这个死时间呢
跟我们前面说的那个分辨时间
那个死时间可能稍有差别
所以大家看的时候
要注意一下
就是GM管的死时间
我们有一个专门的定义
描述的是
随着正离子鞘向阴极漂移
导致电场屏蔽的减弱
电子又可以在阳极附近
发生雪崩的一个时间
我们把这个时间
叫做它的死时间
因为在这个时间里面
这个阳极附近的电场
是足够的弱的
不能产生雪崩的
在这个时间之后
虽然电场没有完全恢复
但是又可以发生雪崩了
所以我们看到这个死时间呢
其实是GM管的分辨时间的极限
也就是只能小到这个程度了
第二个时间我们叫复原时间
复原时间是从死时间终了开始算
从死时间终了
一直到正离子被阳极收集
也就是电场完全恢复
我们把这段时间
叫做它的复原时间
所以从图上也可以看出来
第三个时间概念呢
就是我们前面说到的分辨时间
所以这个分辨时间呢
是一定和甄别阈的大小有关系的
如果你的甄别阈定的高
那分辨时间就大
如果你甄别阈定的低
它的分辨时间就会小
所以这个是分辨时间的一个定义
当然分辨时间的大小呢
直接会影响到
它输出计数率的丢失的问题
所以对于GM管来说
也有一个计数损失校正的问题
我们说由于死时间
或者分辨时间会引起计数的损失
但是GM管和正比计数器的
那种情况又不完全一样
我们前面分析
正比计数器的时候会发现
它的那个死时间
是一个可扩展的死时间
但是GM管我们知道
它的正离子鞘
是覆盖了整个阳极丝的
你在这个电场没有完全恢复之前
这个管子里面的任何一个位置
都是不能再产生电子雪崩的
也就是这个管子
真的是处于那段时间是死掉的
所以这个GM管的死时间呢
它本身就是一个固定的死时间
也就是说在它死的这段时间
它是不对任何入射产生响应的
你这个任何辐射
对它也是没有影响的
所以它的死时间呢
我们属于一种非扩展型的死时间
它的影响对于这个
输出计数的影响也是不一样的
我们还是用同样的信号
就是入射信号去分析它
上面的情况呢
我们还是用前面
我们举过的例子来看一下
中间的一行呢
是这个入射粒子的情况
入射粒子
我们有6个入射粒子入射
上面就是前面我们讲过的
正比计数器的情况
正比计数器
显然它的死时间
有一个扩展的类型
下面描述的是GM管的死时间
GM管的死时间
它不会因为在死时间里面
又来一个粒子而扩展
而是还是在那段时间
那段时间之后呢
它就恢复
那段时间里面
它不做任何的响应
所以最后我们会看到
它输出脉冲的个数
其实两种情况下也是不一样
我们来看一下
它的计数校正的问题
我们说在非扩展型的情况中
探测器死时间在总时间里面
所占的部分是n乘以τ
τ就是那个死时间的长度
也就是说
单位时间里面的死时间
就是nτ
因为每一个n后面
每一个计数后面
都会跟一个τ
单位时间里面的死时间呢
就是nτ
n是记录到的计数率
我们设m是真事件的计数率
损失的真计数的计数率
是多少呢 就是mnτ
nτ是那段时间
那段时间是死掉的
所以mnτ
就是那段时间里面丢掉的计数率
所以我们可以直接写出
这样一个式子来
就是m-n=mnτ
显然我们测到的是n
我们想要得到的是m
我们把这个式子稍微整理一下
就可以得到m=n/(1-nτ)
这个式子和正比计数器
校正的式子其实一样的
但是前面我们要知道
它是有一个条件的
我们看一下自熄GM管的
主要性能指标
第三个是它的寿命
寿命呢
我们有两种寿命去描述的它
一个叫计数寿命
一个叫搁置寿命
所谓的计数寿命
就是它计多少个数之后
就不能再用了
前面说过
卤素管它的计数寿命长一点
有机管因为它有气体的消耗
所以计数寿命会比较短一点
通常有机管是10的8次方
卤素管比它要高一个量级
另外一个寿命就是搁置寿命
所谓的搁置寿命
就是说这个管子买了之后
放在那个地方即使不用
放多少时间
可能那个管子也就不能再用了
这两种管子呢
我们说搁置寿命上来讲
卤素管要差一点
原因就是卤素本身
又是一个比较活泼
就是化学性质比较活泼的气体
所以它的搁置寿命会比较短一点
这个就是自熄GM管
它的输出信号
和它的主要性能的指标
我们说GM管输出信号的大小呢
不依赖于
初始电离产生的离子对数
因此GM管是不能用来测量
入射粒子能量的
因而也就没有
能量分辨率这个指标
GM计数管只能用来计数
因此它的坪特性 时间特性
和计数率校正的问题
都是我们需要关注的
GM计数器呢
是目前仍然应用比较广泛的
气体探测器
我们在一些辐射测量的仪表中
经常能看到它们的存在
也就是说它可能比电离室
比正比计数器
可能应用会更广泛一点
这一节的内容就到这里
-1.1 基础知识、常量与单位
-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语
-1.3 原子核的大小与稳定性规律
-1.4 原子核的结合能
-1.5 原子核的自旋
-1.6 原子核的磁矩与电矩
-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态
-课后作业--作业
-2.1 放射性衰变的基本规律
-2.2 递次衰变规律
-2.3 放射系
-2.4 放射规律的一些应用
-课后作业--作业
-3.1 原子核的衰变方式
-3.2 α衰变
-3.3 β衰变
-3.4 γ跃迁
-课后作业--作业
-4.1 核反应的概况
-4.2 核反应能和Q方程
-4.3 核反应截面和产额
-4.4 反应机制及核反应模型
-课后作业--作业
-6.1 辐射与物质相互作用概述
-6.2 重带电粒子与物质的相互作用
-6.3 快电子与物质的相互作用
-6.4 γ射线与物质的相互作用
-课后作业--作业
-7.1 统计学的基础知识
-7.2 放射性测量的统计误差
-7.3 电离过程的涨落与法诺分布
-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落
-7.5 时间间隔的统计分布
-课后作业--作业
-8.1 气体中离子与电子的运动规律
-8.2 电离室
--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分:能量分辨率
--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分:饱和特性、坪特性等
-8.3 正比计数器
-8.4 G-M计数管
-8.5 气体探测器小结
-课后作业--作业
-9.1 闪烁体
-9.2 光电倍增管
-9.3 闪烁探测器
-9.4 单晶闪烁谱仪
-课后作业--作业
-10.1 半导体与半导体探测器
-10.2 PN结半导体探测器
-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器
-10.4 其他半导体探测器
-课后作业--作业
-12.1 活度测量方法
-12.2 符合测量法
-12.3 γ能谱解析
-课后作业--作业
-13.1 中子的基本特性与分类
-13.2 中子源
-13.3 中子与物质的相互作用
-13.4 中子探测的特点与探测方法分类
-13.5 常用的中子探测器
-课后作业--作业