盖革-缪勒电子管

如果充气探测器电极间的电势差超过受限正比区(页边图8-7)，那么电离室内的带电粒子或γ-线、X-线之间的互相作用就会引发电离雪崩，它表现为阳极邻近的计数气体几乎完全电离。由于这个雪崩过程，电极收集到的离子对数目就不受直接由辐射碰撞产生的电离数量的约束。因此由探测器发出的电压脉冲(通常是1到10V)大小相似，且与引发信号的辐射类型无关。大于探测器发出的信号与进入探测器的辐射类型无关的电压范围被称为盖革-缪勒(G-M)区。工作在这个电压区下的探测器，其放大因子为106～108。

每分钟记录的脉冲的数目作为暴露于放射源的G-M检测器的电极间的电压的函数绘制在页边图8-8中。如果电压小于开启电压就不计数，因为探测器形成的电压脉冲太小而不能通过鉴别器，进入脉冲计数器。当电压稍微高于开启电压时，鉴别器发射脉冲，并且被记录下。在坪阈电压处，所有的脉冲都被发射到脉冲计数器。将电压增加到坪阈电压以上不能显著地增加计数率。因此，G-M探测器可以用相对便宜不是格外稳定的高压电源。一般情况下，G-M探测器的工作电压约在坪阈电压的三分之一处。例如，在页边图8-8中，可以为该探测器选择1150V的工作电压。稳态电压所包含的电压范围随着探测器的构造和所用计数气体的变化而变化。

如果提供给探测器的电压升高到G-M稳态电压以上，阳极附近的计数气体原子可以被自发地电离。这个电压区域称为自发放电区或者连续放电区，因为计数气体可以在没有辐射的条件下被电离。若所施加的电压高于G-M稳态电压将会永久地毁坏G-M电子管。

页边图8-9列出了几种G-M探测器。在探测器的中心是由细钨丝或不锈钢的细金属丝制成的阳极。阳极被金属或玻璃阴极所环绕，阴极内部被涂上了一层石墨或蒸镀金属导电层。在探测高能X和γ-线时，可以在阴极涂上诸如铋和铅这类重金属来增强G-M探测器的效率。端窗G-M检测器(页边图8-9A)常用于放射性样本的检验。该窗口通常是由厚度为每平方厘米几毫克的分瓣云母构成的。薄窗口允许α粒子和低能量β粒子进入计数体积内。厚度在100～200μg/cm2之间的超薄聚酯薄膜窗口是可得到的，但是必须和流量计数器一起使用，并且还要有计数气体的持续供给，因为这么薄的窗口对计数气体而言是可透过的。

薄壁探测器主要与便携式检测仪一起使用(页边图8-9B)。该薄壁是金属或者玻璃的，其厚度约为30mg/cm2。利用无窗流通探测器(页边图8-9C)，在计数的时候，将放射性样本密封在电离室内。薄壁浸液电子管(页边图8-9D)可以被插入到放射性溶液中。探针型探测器(页边图8-9E)的灵敏区在长、细探针的尖端。这些探测器可以用于查找集中在人体组织中的放射性物质。高原子序数壁的电离室(页边图8-9F)主要用于检测X-线和γ-线。

当G-M探测器内发生一次电离事件时，沿着整个阳极就会产生电子雪崩。残余的阳离子需要200μs或者更长的时间迁移到阴极。在阳离子所需的迁移时间内，探测器将不能完全响应进入计数体的额外辐射。页边图8-10中的曲线描绘了在一次电离事件后作为时间的函数的探测器响应。在“停滞时间”内，检测器对额外辐射是完全没有响应的。在“恢复时间”内发生的一次电离事件产生一个小于常态的电压脉冲。“分辨时间”是在一次电离事件和第二次电离事件之间的时间，该时间提供足够大脉冲以通过鉴别器且被计数。

逼近G-M探测器阴极的阳离子从电离室壁拉出电子。当这些电子与阳离子结合时，释放出紫外线和X-线光子。其中的一些光子撞到电离室壁上并释放出电子，使电离室持续放电。如果允许电子二次释放的发生，那么在第一次电离事件之后检测器将不对辐射做出响应。在页边图8-11A中画出了G-M探测器的自维持放电。

已经设计出不同的使G-M探测器自维持放电“熄火”的方法。最常用的方法是向计数气体内加入低浓度的(约为0.1%)选定气体。最常用作“内部熄火剂”的气体是多原子有机气体(例如，醋酸戊酯或者乙醇蒸汽)或卤素(例如，Br2或者Cl2)。它们的效果如页边图8-11B所示。当阳离子向阴极移动时，它们与熄火气体的分子互相碰撞，并将电荷转移给它们。带电荷的熄火气体分子迁移到阴极，并将电子从电离室壁拉出。当被拉出的电子与带电分子结合时所释放的能量使熄火气体分子解离。这种与多原子有机气体的解离是不可逆的。对于用这些熄火剂中的一种进行熄火的G-M探测器来说，有效寿命是108～1010脉冲。从理论上讲，卤素熄火管有无穷大的有效期，因为解离以后分子可以重组。

通常用于G-M探测器的计数气体都是惰性气体，例如氩气、氦气、氖气。流通式计数器中使用的“盖革气体”由99%氦气和约1%的丁烷或异丁烷组成。用有机气体熄火的G-M电子管，平稳状态的范围应该是200～300V，斜率应该不大于1% ～2%/100V的。卤素熄火管平稳状态较短(100～200V)，斜率是3% ～4%/100V。

对于进入计数体积的X-线和γ-线而言，G-M计数器的检测效率约为1%，而对于α粒子和β粒子而言则接近100%。当然，许多α粒子和低能β粒子被探测器的窗口吸收了。无窗流通式计数器常用于探测这些粒子。页边图8-12显示的是带有端窗G-M管的检测仪，它用于检测放射性污染是否存在。