34，走进核物理实验篇_气体探测器简介

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气体探测器一般由含有气体介质、阴极和阳极的圆柱形管组成。在圆柱管的对称轴上放置一根金属阳极丝，作为高压的阳极，圆柱体的内壁作为零（接地）电位的阴极。

为了避免气室内的污染（主要是化学污染），通常气体介质为惰性气体。气体探测器示意图如图1所示。

图1：气体探测器示意图

气体探测器的工作原理是入射辐射使气体分子电离，从而产生电子-离子对。为了充分收集气体探测器中产生的电子-离子对，必须施加外部电压。

由于外部电压的存在，电子-离子对一旦产生就分别向阳极和阴极运动，从而在电极上产生感应电流。

该电流脉冲包含了入射带电粒子辐射的所有信息。

气体探测器有不同的工作区域，如电离区、正比区、盖革-米勒区和连续放电区。

电离区：如果外部施加的电压足够强，带电粒子复合可以忽略不计，则所有电荷都会被有效地收集而不会丢失，在此条件下测得的稳态电流称为电离电流。

正比区：产生的电子和离子与中性气体分子进行多次碰撞，直到被收集。当施加的电压足够强时，电子获得高动能，进一步电离中性分子，而离子的迁移率低，它们获得的能量很少。 然后初始电子和二次电子可以被加速并可以引起进一步的电离，从而产生二次电子级联， 这被称为雪崩现象。因此，电子总数可以数百上千倍增加，阳极处的感应电流信号更容易被探测到。在这种雪崩条件下，电流（即收集的电荷）取决于倍增因子，并且与所施加的电压成正比，这称为正比区。在此区域中，倍增因子是线性的。

有限比例区域：如果我们在正比区的基础上进一步增加所施加的电压，倍增将变得非线性。 出现这种非线性效应是因为电子由于高迁移率而被快速收集，而正离子则缓慢移动，需要很长时间才能被收集，因此会产生（几乎）静止的正离子云，从而导致外加电场扭曲，进而导致电子和离子倍增的扭曲。

盖革-米勒区：在盖革-米勒区，由于施加高压而产生的电场非常强，以至于可能发生二次和更高阶的雪崩（电子离子对）。这些雪崩的产生和传播是由初级雪崩中原子激发所发射的光子触发的。由于这些光子不受电场影响，它们可能会传播很远（沿着阳极丝横向）。因此，整个探测器内部（气体灵敏体积）参与雪崩过程。