充氣式偵檢器的特性曲線

四、請繪圖並詳細說明充氣式偵檢器的操作電壓與收集信號大小的關係。

正確答案：

充氣式偵檢器工作電壓與收集信號的關係如圖所示，依電壓大小可分為六區。

(1) 再結合區

當外加電壓很小時，由輻射產生的正負離子對，部分會再復合而消失，因此

產生的信號太小而無應用價值。

(2) 游離腔區(飽和區)

當外加電壓逐漸升高，輻射產生的正負離子對複合機率減少，電壓增至適當

大小後，所產生的離子對全部被收集而呈現飽和的信號。此飽和的信號大小

與入射輻射游離的離子對數目有關，而與外加電壓大小無關。此區域為游離

腔的工作區。

(3) 比例區(比例計數區)

外加電壓繼續升高，會使初次游離的電子被加速，在比例區的電子已被加速

至具有足夠的動能使其他未被入射輻射游離的氣體分子亦因撞擊而游離。此

時離子對的數目會急遽增加，收集脈衝信號亦隨之升高。此區域內，脈衝信

號大小正比於原始離子對的數目，故稱為比例區，為比例計數器的工作區域。

(4)限制比例區

持續升高電壓，電場與電壓之關係將呈非線性。此乃因二次游離過程中，電

子很快被收集，而正離子則緩慢的移向陰極，當正離子濃度很高時，其空間

電荷會嚴重影響偵檢器內電場的分佈，而使外加電壓與電場將呈非線性之關

係性。在此區中，脈衝信號大小仍隨初次游離之離子對增加而增加，但不呈

線性關係。

(5)蓋格牟勒區(蓋格區)

當外加電壓再升高，氣體游離的倍增作用繼續增加，直到產生足夠的正離

子，使得偵檢器內之電場降低直至氣體倍增作用終止。不同種類或能量的輻

射在相同電壓下之蓋格區產生的脈衝信號大小皆相同，故此區僅能計數輻射

數量，而不能用以鑑別輻射種類或能量。

(6)連續放電區

當外加電壓再升高，不需外部輻射信號刺激，偵檢器內之氣體分子已自行解

離，而產生連續放電之現象，此區不適合操作，亦無應用價值。

3. 請解釋蓋革計數器淬熄(quenching)的作用並說明內部淬熄及外部淬熄的方法。(10%)（98-2師專）

解：在蓋革管中，當所有電子被陽極收集之後，由於部分原子由激態回到基態時會放出光子，光子經光電效應又會產生另一電子，故將發生一個接一個的突崩。因此只要有一個地方發生游離，即發生一次接一次的突崩，到最後因正離子在陽極絲附近的累積造成電場強度降低才停止。此時正離子則漸往陰極移動，若此正離子有多餘的能量，將於和管璧中和時，可使管壁材料游離後放出電子，此電子經氣體增殖後，將產生假訊號，為了防止這種現象，則必須採行加入淬熄(quenching)氣體的內部淬熄或控制電路的外部淬熄。

內部淬熄的方法係在筒內充入5-10％的淬熄氣體，通常係比主氣體分子構造較為複雜而且游離能較低的氣體，例如乙醇(ethyl alchol)和甲酸乙酯。正離子與淬熄氣體碰撞後，將使正電荷傳遞給淬熄氣體，帶正電的淬熄氣體分子到達陰極後可獲取電子恢復中性，但多餘的能量使分子本身分解而不使陰極表面再放出電子。由於氣體須被分解以完成其作用，故在有用壽命期間，氣體將慢慢被消耗，在10⁹個計數之後就無效了。如果使用氯氣或溴氣為淬息氣體，則因分解後能再自行結合，計數器的壽命較長。

外部淬熄一般以外加電路使高壓在每個脈衝之後自動降低到無法再產生進一步的氣體放大的強度，降低的時間約為幾百微秒。然其缺點是計數率會偏低。