核辐射探测习题解答

第二章 气体探测器

1、设由平行金属板构成的电极系统，极间距离2cm ，内充氩气1.5个大气压，二极板上加了1000伏的电位差。问正离子由正极表面漂移到负极表面所需的时间为多少？ 解：由w p dp εμμμ+++=（）=（公式2.6a ）和d t w +

=得 ddp t u μ+==22 1.51.371000

⨯⨯⨯=4.38（ms ）

2、气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系，具体分为哪几个区？ 答：复合区、饱和区、正比区、有限正比区、G-M 计数区、连续放电区。

3、设在平行板电离室中α离子的径迹如图所示，径迹长度为L 。假设沿径迹各处的单位路程上产生的离子对数N 相等，且电子的漂移速度W -，求电子的电流脉冲。（假设α粒子的径迹是在瞬间完成的）

解：

（1）当o t t 0<<时，

o D Lcos t w -

-=

θ eNL I t w D -（）= (2)当0max t t t ≤≤时，

exN I t w d

-（）= 由三角形相似，可推知，D tw x cos -

-=θ

因此，New I t D tw Dcos -

--（）=（）θ

（3）当max t>t 时，max d t w -

= ，I t （）=0 4、离子脉冲电离室与电子脉冲电离室的主要差别是什么？

答：（1）工作条件：前者 RC<

后者 T -

(2) 脉冲贡献：前者是正离子的贡献，后者是电子飘移贡献；

（3）优点：前者可用于测量入射粒子的能量。

后者可获得较高计数率。

（4）缺点：前者脉冲较宽，限制了计数速度。

后者不能精确测量粒子的能量。

5、有一累积电离室，每秒有104，粒子射入其灵敏体积并将全部能量损耗于其中，已知E α=3.5MeV ，电离室内充的纯氩气，试求累积电离室输出的平均电流。

解： 06

419

5.31010 1.6102

6.4

E n e Q ne I t t t

αϖ-===⨯=⨯⨯⨯ =3.211010-⨯（A ）

6、有一充氩的电离室（F=0.2），试计算用它来测定5MeV 的粒子能量时，所能达到的最佳分辨率。

解：由公式（2.28）可得：

2.355η===0.24%

7（1）、活度为5.55⨯109Bq 的14C β线源（β射线的平均能量为50keV ）,置于充Ar 的4π电离室内，若全部粒子的能量都消耗在电离室内，求饱和电流是多少？

解：由已知条件可得：

_3919

5010 5.5510 1.61026.4

c E I A e ω-=

⨯=⨯⨯⨯⨯ =61.6810-⨯ A

（由于是4π电离室，且电离室对β的本征效率≈100%，因此∑总=100%）

8（2）、极间距离为5cm ，具有150pF 电容的平行板电离室工作电子灵敏方式。计算离阳极2cm 处形成1000个离子对产生的脉冲幅度。

解：对于平行板电离室，电子对脉冲幅度的贡献为：

o max N e V o x cd

-=（公式2.18） 依题意知2,5,150,o x cm d cm c pF ===191000, 1.610o N e c -==⨯

所以，19max 121000 1.6102V 150105

--

-⨯⨯=⨯⨯=4.27710-⨯（V ）

9（4）、一个具有比较好的信噪比特性的放大器给定10mv 的最小输入脉冲。如果测量500kev 的X 射线，在一个具有200pF 的充Ar 正比计数管中需要多大的气体放射因子？ 解：对于正比计数管：

一个光子射线产生粒子对数为x o E N ω=，（ω=26.4ev ） 由公式（ 2.38）可知o MN e/C V =-饱和 可知气体放大因子312519x VC 10102001026.4M=E e 510 1.610

ω---⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=660 10、计算出如图所示电离室中（a ），（b ），（c ）三处产生的一对离子因漂移而产生的I +(t)、I -（t ）、Q +（t ）、Q -（t ）分别为何？（假定所加电压使电子漂移速度为105cm/s ），正离子漂移速度为105cm/s 。正离子漂移速度为103cm/s ，d=2cm ）。

解：公式（2.22）o e N e I t w w d +（）=

（+） （1）a 点：靠近阴极

正离子贡献的电流I t +（）=0，

电子所贡献的电流e e I t w d

-（）= =19

51.610102

-⨯⨯ =15810-⨯（A ）

Q t +（）=0，Q t e -（）==191.610-⨯ c

（2）b 点：处于两极板正中间

正离子贡献的电流e I t W d +

+（）== 19

31.610102-⨯⨯= 17810-⨯（A ） 电子所贡献的电流e e I t w d -

（）==195151.610108102--⨯⨯=⨯（A ） 201Q t Q t e=810c 2

+--⨯（）=（）= （3）C 点：靠近阳极

正离子贡献的电流19

317e 1.610I t W 10810d 2-+

+-⨯=⨯=⨯（）=（A ） 电子所贡献的电流I t -（）=0

Q t +（）=e=191.610-⨯c ，Q t -（）=0。