盖革-米勒计数器是使用最早、最广泛的一种探测器,是专门探测电离辐射(α粒子、β粒子和γ射线)的仪器。其主要特点是灵敏度高;制造简单,易于加工成各种形状、尺寸和窗口;价格便宜;脉冲幅度大且与入射粒子种类和能量无关,对附属电子学线路要求简单。广泛应用于辐射剂量学、辐射防护、实验物理学和核工业等。
在盖革-米勒气体放电区工作的粒子探测器。1928年由H.盖革[注]和W.米勒[注]首先制成,又称G-M计数器。
盖革-米勒计数器是使用最早、最广泛的一种探测器,是专门探测电离辐射(α粒子、β粒子和γ射线)的仪器。其主要特点是灵敏度高;制造简单,易于加工成各种形状、尺寸和窗口;价格便宜;脉冲幅度大且与入射粒子种类和能量无关,对附属电子学线路要求简单。广泛应用于辐射剂量学、辐射防护、实验物理学和核工业等。
G-M计数器最初是在1908年由德国物理学家盖革在E.卢瑟福[注]指导下为了探测α粒子而设计了盖革-米勒管。后来在1928年,盖革又和他的学生米勒对其进行了改进,使其可以用于探测更多的电离辐射。1947年,美国的S.H.利布森[注]在其博士学位研究中又对盖革计数器做了进一步的改进,使得盖革-米勒管使用较低的工作电压,并且显著延长了其使用寿命,这种改进型也被称为卤素计数器。
为了得到很大的气体放大倍数,G-M计数器绝大多数呈圆柱形,中心为阳极丝,周围是管式阴极。在G-M探测器中,电离辐射产生的初级电子在靠近阳极中心城引发次级电离,产生电子增殖。除此之外,在电子增殖过程中,阳极线上引起的电子中和作用会产生光子,光子与气体作用引起光电子激发,即光子-光电子增殖,产生更多的电子。这样的增殖过程在气体放大作用中起主要作用。增殖发生在气体内或阴极上,使离子增殖沿阳极丝方向扩展,以致整个阳极丝附近都会产生正负离子对,这个现象通常叫电子雪崩再生。此过程中,阳极丝被累积的大量正离子包围,形成“正离子鞘”,使阳极周围的电场下降,直至不能产生光子-光电子增殖放大为止。
放大过程停止后,正离子在电场作用下向阴极移动,在阳极上感应出一个电压脉冲信号并输出。对于G-M计数器,脉冲大小取决于正离子鞘的总电荷。因此G-M计数器的输出脉冲幅度在一定工作电压下总是一样大小,而与入射离子的种类、能量、初级电离地点无关。
但正离子鞘到达阴极时,可能引发新的电子雪崩,与气体中的原子相互碰撞会产生紫外光或电子激发,形成第二次放电,在阳极上出现第二个脉冲造成假计数;或形成多次放电“振荡”现象,甚至无休止放电、连续放电,使计数器不能工作。为了避免反复脉冲,需要通过“淬灭”过程消除二次放电。一般在计数器中加入少量的有机化合物如乙醇、甲酸乙酯或卤素来达到淬灭的目的。相较于常用计数气体,有机分子具有更低的电离电势,易被计数气体离子夺走电子变成正离子,然后通过自身离解释放多余的能量,达到淬灭的目的。
①γ计数管。主要是γ射线在管壁上打出电子,然后在管内引起电子雪崩增殖而被记录。主要通过三种效应产生次级电子而被记录,γ射线可以与管壁(阴极)作用,也可以与管内气体作用。
②钟罩形α和β计数管。α和β射线的穿透能力远不如γ射线,所以一般使用具有薄膜的入射窗的钟罩形计数管。
③强流管。是一种卤素管,用于测量高强度放射性,因此输出电流相当大,直接用普通微安表测量。其输出电流在一定范围内近似与X或γ射线照射量的对数成正比,因此根据所产生的平均电流可以测定射线强度和剂量。