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计数管

计数管又称核辐射计数器,是一种将入射粒子或射线转换成电脉冲的电子器件。有电离室、正比计数管和盖革-弥勒计数管数种。

计数管是辐射探测元件,广泛用于地质勘探、医疗防护、监测和核物理中。

其共同特点是通过收集在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。在结构上最常见的是圆柱状的,里面有两个电极并在电柱内充有某种气体的一种。工作时,两个电极间加以一定的直流电压。当粒子或射线在气体中通过,由于碰撞电离而产生许多离子对,它们在电场作用下分别向两电极运动而被收集。这时在外线路里有电信号输出,借助电子仪器即可纪录和分析入射的粒子或射线的数目。

计数管又称核辐射计数器,是一种将入射粒子或射线转换成电脉冲的电子器件。有电离室、正比计数管和盖革-弥勒计数管数种。

一种气体电离探测器。是较早研制的放射性探测器之一。宇宙线就是通过电离室发现的。按工作性质可分为脉冲式和电流式两种。前者适用于测定单个带电粒子的能量;后者适用于测量大量带电粒子的电离效应,以确定粒子流的强度或粒子总数。附图所示是空气壁电离室示意图。它类似于平行板电容器。电离室主要由电极、绝缘 体、工作气体组成。电极通常用铝或铜制成,绝 缘体使用高电阻率材料以避免电极间的漏电。 工作气体一般是空气和惰性气体。保护电极置于收集极与高压电极之间,高压电极的漏电流经它导入地下,不致流向收集极。收集极与记 录仪器相连接,在高压电极上加几百至几千伏直流电压。处于收集极与高压电极之间的气体柱容易被射线电离,故这段气柱又称灵敏体积。 当一个放射性粒子进入该区域,引起空气分子电离,正负离子向两电极移动,使收集极上出现 一个电压脉冲,记录到一次辐射。为了能测量粒子的能量,还可以在收集极与高压电极之间加一个栅极,在栅极上加一适当的正电压。电 离室内的气体压强大小和栅极与收集极间的距离均可调节,使栅极能保护收集极,仅让电子能穿过栅极到达收集极。这时输出的脉冲就只由电子产生,由此得到脉冲幅度与放射性粒子辐射能量成正比的输出。这种电离室可用于测量带电重粒子的能量,并可鉴别粒子的种类。将电离室与验电器或静电计相连可制成电流电离室,常用来测量β、γ、X射线及中子的强度。在电离室内的电极上涂上可裂变物质,可用于测量中子通量,在反应堆控制、剂量监测和环境辐射水平监测等方面有广泛应用。

正比计数管亦称“正比计数器”。工作在产生的电荷与外加电压关系曲线的汤生放电正比区。管内常充有碳氢化合物与氩的混合气体,管内气体的增益与原始电离无关,因此可用来区分不同类型的射线。 金属外壳为阴极,中央金属丝为阳极。

正比区指管内气体放大倍数大于1并与初始电离事件在灵敏体积内生成的离子对数无关的电压区间。每次计数所收集的电荷正比于初始电离事件所释放的电荷数。用于测量粒子数量以及能谱。被测粒子射入正比计数管灵敏体积内引起电离时,生成离子对。电子被电极收集过程中,受电场加速而获得足够能量,能在两次碰撞之间再次使气体分子电离,使最后收集到的电荷数比原有的初始电离电荷数大,即获得气体放大。在确定的条件下,该气体放大倍数与初总电离无关。多用于探测重的带电粒子和低能β粒子。特殊构造的可用来探测中子,还用于测量低能的γ和X射线。

G-M计数管又称盖革管,分卤素和惰性气体两种,该计数管工作于电离电流-电压的G-M区。是测量射线强度用的一种气体电离探测器。这是一种充气式计数管,常用的有圆柱型和钟罩型(端窗型)两种,前者为卤素管(猝灭气体为卤素),后者为有机管(猝灭气体为有机气体)。它们的中心阳极均为细钨丝,有机管的阴极可由金属圆筒、内壁涂有铜粉的玻璃筒或不锈钢筒构成。卤素管的阴极由不锈钢或内壁涂有半透明SnCl2导电膜的薄玻璃制成。工作气体为氩、氖、氦等惰性气体,充气压力较低,一般约为13332.2 Pa。圆柱型G-M计数管用来测量中、高能β粒子和γ射线;α及软β粒子不能穿过管壁,要用带薄云母窗的钟罩型G-M计数管测量。云母窗很薄,约1.5 mg/cm。

盖革计数管工作在放电盖革区,内壁涂有导电物质作为阴极,阳极位于中间,并且管内充以惰性气体,为提高计数率,还充以少量猝灭性气体。盖革计数管增益较高,输出计数脉冲大小只与两极间电压有关,因此只能测量射线的强度,而不能区分不同的射线。


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