8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标在线视频

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