氣體探測器篇電荷收集過程與工作模式

氣體探測器通過收集射線在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來探測輻射。換句話來說，探測器也就是電荷的收集器，它通常由高壓電極和收集電極組成。

首先射線使電極之間的氣體電離，生成的電子和正離子在高壓電場的作用下分別向正負(fù)電極漂移，最后收集到電極上。

收集的電離離子對(duì)數(shù)目與外電壓的關(guān)系如下圖所示，共分為6個(gè)區(qū)域，下面分別介紹：

1，復(fù)合區(qū)：當(dāng)外加電壓很小時(shí)，離子的漂移速度很小，電子的吸附、擴(kuò)散、復(fù)合效應(yīng)起主要作用，這使得電子和正離子數(shù)目減少，因而電極上收到的離子對(duì)數(shù)目低于統(tǒng)計(jì)平均值N。

2，飽和區(qū)：當(dāng)電壓繼續(xù)增大時(shí)，離子的漂移速度也增大，發(fā)生復(fù)合和擴(kuò)散的概率變小，被收集到的電荷逐漸增多，當(dāng)電壓達(dá)到某一值時(shí)，基本上不存在復(fù)合效應(yīng)。這時(shí)電離的離子數(shù)N全部被收集，達(dá)到飽和。繼續(xù)增大電壓時(shí)，收集的離子數(shù)目不再增加。因此該區(qū)域可以用于測量入射帶電粒子的能量，電離室就是工作在該區(qū)域。

3，正比區(qū)：當(dāng)電壓繼續(xù)增大后，電場強(qiáng)度足以使被加速的電子進(jìn)一步引起氣體電離，離子對(duì)數(shù)將倍增至原電離的10-104倍，此種現(xiàn)象稱為氣體放大，倍增的系數(shù)稱為氣體放大系數(shù)，它隨電壓增大，但電壓固定時(shí)氣體的倍增系數(shù)恒定。

4，有限正比區(qū)：電壓繼續(xù)增大時(shí)，由于氣體放大系數(shù)過大，開始出現(xiàn)空間電荷效應(yīng)，抵消了部分電場強(qiáng)度，使得氣體放大倍數(shù)相對(duì)減小，這時(shí)氣體放大倍數(shù)不是恒定的，而是與原電離有關(guān)，原電離越大，這種影響就越大。

5，蓋革計(jì)數(shù)區(qū)：繼續(xù)增大電壓時(shí)，倍增更加猛烈，電流猛增形成自激放電。此時(shí)電流強(qiáng)度與原電離無關(guān)，不同入射粒子的工作曲線重合，原電離對(duì)放電只起“點(diǎn)火”的作用，但每次放電后必須猝熄，才能作為射線探測器。工作在該區(qū)域的探測器稱為G-M計(jì)數(shù)器。

6，放電區(qū)：當(dāng)外加電壓繼續(xù)增大時(shí)，氣體進(jìn)入連續(xù)放電模式，并有光產(chǎn)生，利用這一特性，設(shè)計(jì)出了流光室、火花室等探測器。

綜上可知，電離室、正比計(jì)數(shù)器、G-M計(jì)數(shù)器基本結(jié)構(gòu)和組成部分相似，只是由于工作條件不同而性能有差別，最后適用在不同的場合。