[科普中国]-气体电离探测器

气体电离探测器是指以气体作为探测介质的辐射探测器。由于收集到的电荷量与两个电极间电场强度有关，从而形成不同工作方式的气体电离探测器。电离室、正比计数器和GM(盖革)计数管统称为气体电离探测器。这三种气体电离探测器的工作特点虽然不完全相同，但都具有一个共同点：射线使探测器内的工作气体发生电离，然后收集所产生的电荷，从而达到记录射线的目的。

概述气体电离探测器(gas ionization detector)常用的主要有电离室、正比计数管、盖革一弥勒计数管三类，结构类似。一般做成圆管形，管内充有惰性气体作为电离气体，管内有正、负两电极(一般管壁为阴极，管中央丝为阳极)，在电极上加有不同电压以形成电场。当射线入射时，导致管内气体的电离。在电场作用下，电子向阳极运动，正离子向阴极运动，阳极收集的电子在电路中形成电流而被记录，阴极收集的正离子在阴极得到电子而恢复成气体(图1．2—1)。1

电离室电离室(ionization chamber)分脉冲电离室和电流电离室两类。脉冲电离室以脉冲形式记录单个粒子入射时造成的电离效应，用于测量样品的相对活度和射线能量。目前，这方面的应用已基本上被半导体探测器所代替。电流电离室记录一段时间进入电离室内的大量粒子所产生的总平均电离电流，反映总电离效应，用于测量X、γ、β射线或中子的通量、剂量等。经过标定的电流电离室也可测量放射性活度。选择适当厚度的等效材料作为电极，可以测量吸收剂量和照射量。由于简单可靠，在监测场合常用。袖珍累计电离室也用作个人剂量笔。1

正比计数管正比计数管(proportional counter tube)探测器输出脉冲辐度比电离室大，并与原初电离数成正比，既可用于射线活度的测量，又可用于能量的测量。分辨时间也短(～s)，可用作快速计数。适合于探测低能粒子、X和γ射线。常用于场所固定式或便携式或个人β、γ沾污测试、垃圾袋监测、核场所监测等。还有2丌和4兀流气式正比计数器用于绝对活度和相等测量。有些正比计数器的正极由多根阳极丝组成，称为多丝正比计数器，它的探测效率高，空间和时间分辨率好，在核物理、天体物理及生物医学中日益受到重视。如X线照相、正电子照相等，可获得器官、肿瘤等清晰的图像以及分析蛋白质结构等。正比计数器的缺点是对高压电源及线性放大器的稳定性要求严格。1

盖革-弥勒计数管和自猝灭流光计数管盖革-弥勒计数管简称盖革计数管，或GM计数管。它是用发明人H.盖革等人姓名命名的。其结构与正比计数管类似，但在阳极丝周围有更强的电场。这时由入射粒子引起的电离沿着整个阳极丝形成雪崩现象，而其输出电压脉冲的幅度与入射粒子能量和性质无关。一般在零点几伏到几伏左右。因此，用较简单的电子线路就可记录。盖革计数管的另一特点是必须在管内加入少量猝息气体或用外加猝息电路，才能使其在一次放电后恢复到正常状态，而且经过 100微秒左右的恢复时间才能对新的入射粒子进行计数，因而在使用上受到一定的限制。

人们发现，当在计数管中猝息气体的比例很大而且在大气压力下时，其放电方式与盖革放电有本质的区别。它只产生局部的雪崩，故恢复时间远小于盖革计数管。这种计数管被称为自猝灭流光计数管。它同样可给出较大幅度的输出脉冲，而且也与起始电离无关。其脉冲持续时间只有数十纳秒。此外还可作成自猝灭流光室用于定位测量。由于上述一系列优点，自猝灭流光管发展较快，有取代盖革计数管的趋势。1

气体电离探测器的工作原理以气体作为探测介质的辐射探测器。其基本工作原理是当带电粒子穿过气体时使气体分子电离，所产生离子对数目与粒子所损耗的能量有关。如在气体电离空间设置两个电极,并保持一定电位差,离子对中的电子（或负离子）和正离子就会被电场拉开而分别沿电场方向漂移。其电荷分别被两个电极所收集并给出一定的电信号。由于收集到的电荷量与两个电极间电场强度有关，从而形成不同工作方式的气体电离探测器。

气体探测器是一个圆柱形的内部充满气体的密闭容器，容器内有两个相互绝缘的电极，金属圆筒是阴极，圆筒中问的金属丝是阳极，两极之间加有直流高压。当没有射线入射到气体电离室内时，气体没有被电离，电路里没有电流。开关闭合后，在可调高电压的作用下，在阳极形成一个高电压，圆筒内形成一个电场。当射线进入电离室，气体被电离后，在电场力的作用下，正离子向阴极运动，负离子或电子向阳极运动。这些电荷的收集使得电容器C两端的电压降低，从而在电阻上得到一个可被外部电路测量到的电脉冲信号。当可调电压增大时，电场变强，足够强的电场可以使运动中的电子或离子获得足够的能量发生进一步的电离(称为次级电离)，从而增加离子对的数量。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所