一种测量电子在有外加电场气体中漂移速度的方法与流程

本发明涉及辐射探测技术领域，具体涉及一种测量电子在有外加电场气体中漂移速度的方法。

背景技术：

在气体电离辐射探测、离子迁移谱技术等核辐射探测领域中，电子的漂移速度是决定其时间响应性能的重要因素，对辐射测量结果有决定性的影响。研究气体中电子的漂移速度是提高电离辐射探测器时间响应性能、优化探测器设计的前提，对于促进气体电子学以及气体电离辐射探测技术的发展有重要的意义。

目前对于气体中电子、离子漂移速度的研究主要是通过实验测量或模拟计算的手段进行，常用的方法有：漂移管测量法、气体电子倍增器测量法、高压充气电离室测量法及蒙特卡洛模拟方法。

技术实现要素：

为支持电离辐射探测技术方面的研究，本发明的目的在于提供一种测量有外加电场气体中电子漂移速度的方法，由于屏栅电离室中电子感应出的阳极信号受到栅极的屏蔽，阳极信号产生时与阴极信号相比存在时间差δt；本发明方法利用电子在阴极和栅极间漂移的过程中不在阳极感应出信号的特点，依据阴极和栅极的间距d和信号产生时间差δt对电子漂移速度进行测量计算。

一种测量电子在有外加电场气体中漂移速度的方法，该方法包括以下步骤：

一、搭建屏栅电离室探测装置，电离室主体是以不锈钢为材料的圆柱形，在腔内靠近上、下面的位置分别接有通电的不锈钢圆环作为阴极和阳极进行离子探测，阴、阳极之间接有可进行位置调节的接地不锈钢圆环作为栅极用于屏蔽阳极信号，阴极和栅极之间的区域是气体电离发生的场合；

二、量取屏栅电离室阴极与栅极的间距d；

三、向屏栅电离室腔内通入需要测量的特定组分气体；

四、靠近阴极电板平行放置准直器，筛选带电粒子的入射角度，保证带电粒子射入电离室时初速度方向与外加电场方向垂直；同时入射的带电粒子在电离室中的飞行具备准直特性，在带电粒子的选择方面限定选择质量数较大的带电粒子进行实验，如α粒子等重粒子，此类带电粒子在电离室中的运动径迹近似不发生纵向位移，其横向运动过程中电离产生的电子均视为从阴极位置开始向阳极漂移；产生带电粒子的放射性源的源强a不能太强，限定a<10⁵bq。

五、带电粒子进入电离室后引起气体电离产生正离子和自由电子，正离子在产生的瞬间就在阴极上感应出信号，自由电子产生后受到栅极的屏蔽需漂移通过栅极才会在阳极上感应出信号，阴、阳极信号在产生时间上存在时间差δt；产生的信号通过前置放大器、甄别器和tdc时间-数字转换器进行放大甄别和时幅变换作用，在记录仪上获得时间数据δt；

六、根据步骤二和步骤五测量得到的数据，通过公式计算电子漂移速度v。

和现有技术相比较，本发明方法的优点如下：

本发明方法是基于屏栅电离室设计的测量有外加电场的气体中电子漂移速度的方法，通过简单入射如α粒子等重粒子，可测量不同组分气体的电子漂移速度大小，为电子漂移速度的测量提供了有效途径。

附图说明

图1是屏栅电离室测试系统示意图。

图2是屏栅电离室原理说明示意图。

具体实施办法

如图1所示的屏栅电离室测试系统，可获取相互独立的屏栅电离室阴阳极探测信号，得到阴阳极信号产生的时间差δt。如图2则是屏栅电离室原理说明图。

以组分为ar和co2(90％/10％),压强为1atm的气体为例，阴、阳极电压分别设置为-800v和300v，以下为通过屏栅电离室测量该气体电子漂移速度的实例：

一、量取屏栅电离室阴极与栅极的距离d＝70mm；

二、向屏栅电离室腔内通入需要测量的ar和co2(90％/10％),压强为1atm的气体；

三、选择²⁴¹am-α源产生带电粒子，靠近阴极电板通过准直器平行射入α粒子，保证α粒子初速度方向与外加电场方向垂直，其横向运动过程中电离产生的电子均从阴极开始向阳极漂移；

四、通过测量得到阴阳极产生信号时间差δt＝9.47μs；

五、根据步骤一和步骤四测量得到的数据进行分析，通过公式计算电子漂移速度v＝7391.8m/s。

技术特征：

技术总结
在气体电离辐射探测、离子迁移谱技术等核辐射探测领域中，电子的漂移速度是决定其时间响应性能的重要因素，对辐射测量结果有决定性的影响。研究气体中电子的漂移速度是提高电离辐射探测器时间响应性能、优化探测器设计的前提，对于促进气体电子学以及气体电离辐射探测技术的发展有重要的意义；本发明方法是基于屏栅电离室探测器设计的测量在有外加电场气体中电子漂移速度的方法，通过靠近阴极的准直器平行于阴极平面入射如α粒子等重粒子，可测量电子在不同组分气体不同电场条件下漂移速度的大小，为电子漂移速度的测量提供了有效途径。

技术研发人员：张清民;陈海铮;赵映潭;杨艳
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2018.10.31
技术公布日：2019.01.29