計數管

計數管又稱核輻射計數器，是一種將入射粒子或射線轉換成電脈衝的電子器件。有電離室、正比計數管和蓋革-彌勒計數管數種。

計數管是輻射探測元件，廣泛用於地質勘探、醫療防護、監測和核物理中。

其共同特點是通過收集在氣體中產生的電離電荷來測量核輻射。在結構上最常見的是圓柱狀的，裡面有兩個電極並在電柱內充有某種氣體的一種。工作時，兩個電極間加以一定的直流電壓。當粒子或射線在氣體中通過，由於碰撞電離而產生許多離子對，它們在電場作用下分別向兩電極運動而被收集。這時在外線路里有電信號輸出，藉助電子儀器即可紀錄和分析入射的粒子或射線的數目。

基本介紹

• 中文名：計數管
• 外文名：counter tube
• 別名：核輻射計數器
• 主要分類：電離室、正比計數管和G-M計數管
• 原理：將入射粒子或射線轉換成電脈衝
• 常見形狀：圓柱狀
• 套用：勘探、醫療防護、監測和核物理等

簡介

計數管又稱核輻射計數器，是一種將入射粒子或射線轉換成電脈衝的電子器件。有電離室、正比計數管和蓋革-彌勒計數管數種。

電離室原理及其套用

一種氣體電離探測器。是較早研製的放射性探測器之一。宇宙線就是通過電離室發現的。按工作性質可分為脈衝式和電流式兩種。前者適用於測定單個帶電粒子的能量；後者適用於測量大量帶電粒子的電離效應，以確定粒子流的強度或粒子總數。附圖所示是空氣壁電離室示意圖。它類似於平行板電容器。電離室主要由電極、絕緣 體、工作氣體組成。電極通常用鋁或銅製成，絕 緣體使用高電阻率材料以避免電極間的漏電。 工作氣體一般是空氣和惰性氣體。保護電極置於收集極與高壓電極之間，高壓電極的漏電流經它導入地下，不致流向收集極。收集極與記 錄儀器相連線，在高壓電極上加幾百至幾千伏直流電壓。處於收集極與高壓電極之間的氣體柱容易被射線電離，故這段氣柱又稱靈敏體積。 當一個放射性粒子進入該區域，引起空氣分子電離，正負離子向兩電極移動，使收集極上出現 一個電壓脈衝，記錄到一次輻射。為了能測量粒子的能量，還可以在收集極與高壓電極之間加一個柵極，在柵極上加一適當的正電壓。電 離室內的氣體壓強大小和柵極與收集極間的距離均可調節，使柵極能保護收集極，僅讓電子能穿過柵極到達收集極。這時輸出的脈衝就只由電子產生，由此得到脈衝幅度與放射性粒子輻射能量成正比的輸出。這種電離室可用於測量帶電重粒子的能量，並可鑑別粒子的種類。將電離室與驗電器或靜電計相連可製成電流電離室，常用來測量β、γ、X射線及中子的強度。在電離室內的電極上塗上可裂變物質，可用於測量中子通量，在反應堆控制、劑量監測和環境輻射水平監測等方面有廣泛套用。

電離室

正比計數管原理及其套用

正比計數管亦稱“正比計數器”。工作在產生的電荷與外加電壓關係曲線的湯生放電正比區。管內常充有碳氫化合物與氬的混合氣體，管內氣體的增益與原始電離無關，因此可用來區分不同類型的射線。金屬外殼為陰極，中央金屬絲為陽極。

正比區指管內氣體放大倍數大於1並與初始電離事件在靈敏體積內生成的離子對數無關的電壓區間。每次計數所收集的電荷正比於初始電離事件所釋放的電荷數。用於測量粒子數量以及能譜。被測粒子射入正比計數管靈敏體積內引起電離時，生成離子對。電子被電極收集過程中，受電場加速而獲得足夠能量，能在兩次碰撞之間再次使氣體分子電離，使最後收集到的電荷數比原有的初始電離電荷數大，即獲得氣體放大。在確定的條件下，該氣體放大倍數與初總電離無關。多用於探測重的帶電粒子和低能β粒子。特殊構造的可用來探測中子，還用於測量低能的γ和X射線。

G-M計數管原理及其套用

G-M計數管又稱蓋革管，分鹵素和惰性氣體兩種，該計數管工作於電離電流-電壓的G-M區。是測量射線強度用的一種氣體電離探測器。這是一種充氣式計數管，常用的有圓柱型和鐘罩型(端窗型)兩種，前者為鹵素管(猝滅氣體為鹵素)，後者為有機管(猝滅氣體為有機氣體)。它們的中心陽極均為細鎢絲，有機管的陰極可由金屬圓筒、內壁塗有銅粉的玻璃筒或不鏽鋼筒構成。鹵素管的陰極由不鏽鋼或內壁塗有半透明SnCl₂導電膜的薄玻璃製成。工作氣體為氬、氖、氦等惰性氣體，充氣壓力較低，一般約為13332.2 Pa。圓柱型G-M計數管用來測量中、高能β粒子和γ射線；α及軟β粒子不能穿過管壁，要用帶薄雲母窗的鐘罩型G-M計數管測量。雲母窗很薄，約1.5 mg/cm。

蓋革計數管工作在放電蓋革區，內壁塗有導電物質作為陰極，陽極位於中間，並且管內充以惰性氣體，為提高計數率，還充以少量猝滅性氣體。蓋革計數管增益較高，輸出計數脈衝大小隻與兩極間電壓有關，因此只能測量射線的強度，而不能區分不同的射線。