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第三章_常用探测器

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来源:admin    发布日期:2020-01-02

  第三章常用探测器及其输出信号 核数据获取与处理 核数据获取与处理内容 本章知识结构 探测器 工作 机制 E-Q 分辨 线性稳定 气体电离室正比计数器 半导体探测器 闪烁体探测器 内容提要 3.1 探测器的基本概念 3.2 常见探测器的工作原理 3.3 常见探测器的性能参数 3.1 探测器的基本概念 核探测器: 通过粒子与物质的相互作用核辐射信息转化 为电信号或其它可直观识别信息的设备。 3.1 探测器的基本概念 各类探测器介绍 气体电离室 3.1 探测器的基本概念 各类探测器介绍 正比计数器 3.1探测器的基本概念 各类探测器介绍 半导体探测器 3.1 探测器的基本概念 各类探测器介绍 闪烁体探测器 3.1 探测器的基本概念 各类探测器介绍 切仑科夫探测器 3.1 探测器的基本概念 各类探测器介绍 液体电离室 液相的惰性气体 3.1 探测器的基本概念 各类探测器介绍 热释光探测器 3.2 气体电离室与正比计数器 胶片成像与核乳胶 3.2 气体电离室与正比计数器 固体径迹探测器 3.2 气体电离室与正比计数器 云室与气泡室 3.2 气体电离室与正比计数器 磁谱仪 3.1 探测器的基本概念 探测器的种类 气体电离室及正比计数器 半导体探测器 闪烁体探测器 切伦科夫探测器 液体电离室 热释光探测器 胶片成像与核乳胶 固体径迹探测器 云室与气泡室 磁谱仪 3.2 常见探测器的工作原理 常见的探测器,一般都是通过粒子与物质 的相互作用,最终将核辐射信息转变为电 信号的。 激发态寿命,等3.2 常见探测器的工作原理 实质上就是一个能量-电荷转换器,用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号 对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号的处理,从探测器输出信号中提取出核辐射信 息,并转换成相应的物理量 不同的探测器,其能量-电荷转换过程及持续时间是不同的,输出信号各有其特点, 需采用不同的处理方法或手段 3.2 常见探测器的工作原理 气体电离室 入射粒子引起电离,产生的电子和离子在电场作 用下向两边极板漂移。如果粒子在一次电离过程 中产生了N对电子离子对,则探测器输出的总电荷 数为Ne。 如果保证粒子的能量全部损失在电离室中,则可建立起入 射粒子能量与输出电荷量的对应关系。 3.2 常见探测器的工作原理 正比计数器 3.2常见探测器的工作原理 平面PIN半导体探测器 平面PIN探测器都是正负电极连于两边N型区和P型 区,中间是本征层I。本征层电场E为常数,电子- 空穴的收集过程与平行板电离室类似,只不过物 理参数不同,输出电荷量仍为Ne。 固体电离室 3.2 常见探测器的工作原理 PN结半导体探测器 分扩散型和面垒型, 原理相同,工作电压 正负不同 输出电荷量为Ne 3.2 常见探测器的工作原理 闪烁体探测器 3.2常见探测器的工作原理 闪烁体探测器 3.3常见探测器的性能参数 设辐射粒子在探测器中损失的能量为E,探测器产生的电子电荷数为N,则 称为探测器的能量-电荷转换系数θ 由于辐射粒子与物质相互作用的统计性,探测器的能量-电荷转换系数θ 一般指平均值。 3.3常见探测器的性能参数 能量—电荷转换系数气体电离室 气体电离室探测带电粒子时,能量-电荷转换系数是气体平均电离能W 的倒数,即 平均电离能是指带电粒子在气体中产生一个电子-离子对所消耗的平均能量,其数值主要决定于气体的 种类,和入射带电粒子的种类和能量关系不大。 3.3常见探测器的性能参数 能量—电荷转换系数正比计数器 正比计数器利用了气体放大机理,电荷转换系数为:其中,A是正比计数器的气体放大倍数,其数值从几 十到几千不等。 3.3常见探测器的性能参数 能量—电荷转换系数半导体探测器 半导体探测器的电离与电荷收集过程与气体电离室类似,也称“固体电离室”。不过,半导体探测器每产 生一个电子-空穴对的平均电离能比气体探测器要小 一个数量级。 分辨率好很多3.3 常见探测器的性能参数 能量—电荷转换系数闪烁探测器 (+光电倍增管PMT时) 阳极能量-电荷转换系数(其中,M是倍增系数) NaI(Tl):G=30000光子/MeV(有机、液体、塑料更少) 其阴极能量-电荷转换系数约为:3000电子/Mev 其所吸收的能量闪烁体放出的光子数 闪烁体平均光能输出额 一般入射的光子数 发射的光电子数 光阴极灵敏度 3.3常见探测器的性能参数 能量—电荷转换系数上述四种探测器的对比: 电离室:310 正比计数器:310 半导体探测器:310 闪烁探测器:310 当n、x或射线等中性粒子入射时,它们先与探测介质发生相互作用而产生次级带电粒子,然后次级带电粒子再产生电离或激发效应 对中性粒子的能量-电荷转换系数不只决定于探测介质的平均电离能,还取决于它们产生次级带电粒子时的能量转换关系 3.3常见探测器的性能参数 探测器中电离、激发、光电转换以及倍增等过程都是随机的,即使粒子能量全部转换成粒子对,其粒子对数也是涨落的,呈 高斯分布(能量展宽) 影响系统能量分辨率的因素有很多。其中,由探测器的能量-电荷转换过程所产生的离子对数N的涨落所决定的探测器的能量分 辨率称固有能量分辨率R 3.3常见探测器的性能参数 固有能量分辨率电离室和半导体探测器 离子对数及标准偏差:其中,F为法诺因子(0

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