文章來源：萬象經(jīng)驗 作者：Eugene Wang

蓋格計數(shù)器是一種核探測器，能夠通過某種間接方法檢測不同類型的核輻射，例如α粒子、β粒子和伽馬輻射，在某些情況下還可以檢測中子。這種蓋格計數(shù)器所基于的原理非常有趣，但在我們深入講解之前，讓我們先討論這種計數(shù)器的結構。

這是一個蓋格計數(shù)器的一般結構。該結構主要由蓋格米勒管組成，它其實是一個中空的金屬圓柱體，并且內(nèi)部含有某種氣體介質。氣體介質通常由某種惰性氣體（如氬氣）和其他醇化物組成。

現(xiàn)在，這個金屬圓柱體連接到一個非常高電壓的電池的負極，因此它充當陰極。通過圓柱體的中心，有一個由鎢制成的金屬電極，它連接到負載電阻，并再次連接到同一電池的正極。負載電阻上還連接著一個電子裝置，它能夠檢測電阻上發(fā)生的電壓降，并進行計數(shù)。

那么，這個裝置是如何對核輻射進行計數(shù)的呢？當核輻射進入蓋格米勒管中的氣體介質時，它會導致電離。什么是電離呢？當一些外部核粒子如α粒子進入材料介質時，它與材料的分子碰撞并將能量傳遞給它。這些分子或原子最外層的電子吸收了一些能量，如果能量足夠大，這些電子將會逃逸出去，從而產(chǎn)生一個正離子和一個自由電子。

我們可以看到，中心鎢棒充當陽極，而金屬圓柱體充當陰極。在連接到高壓電池之下，它們之間會產(chǎn)生很強的電場。當這些正離子和自由電子由某些外部核粒子產(chǎn)生時，它們會受到外部電場的影響：電子會向陽極加速，而正離子會向陰極加速。

現(xiàn)在的情況是，一旦電子被加速到非常高的速度，它還將與位于其他位置的氣態(tài)分子碰撞，并且這個電子還能夠進一步誘導二次電離。因此，我們將得到一個由核粒子誘導電離的自由電子和由該電子二次電離產(chǎn)生的電子。但事情并沒有就這樣結束，它們還會繼續(xù)誘導電離，最終產(chǎn)生一種鏈式反應或雪崩效應，這會在到達中心電極之前沿著路徑引起大量電離，這種現(xiàn)象被稱為湯森雪崩。

一旦所有這些電子到達中心，它們就會被陽極所吸收，然后它們將沿著電路運動并導致負載上產(chǎn)生壓降。負載上的電子設備將會檢測到，然后進行計數(shù)?，F(xiàn)在，這些電子完成了使命，它們會繼續(xù)沿著電路運動，并與聚集在金屬表面的正離子結合以產(chǎn)生中性分子，從而使整個裝置恢復到其原始狀態(tài)。因此，由一個核粒子的存在引起的整個過程將產(chǎn)生一個計數(shù)。

從核粒子引起電離，到湯森雪崩的產(chǎn)生，再到電子重新與正離子結合，這個過程需要一點時間。在此過程中，核探測器無法檢測到更多的外部粒子，因此在這段時間內(nèi)，探測器有點死機。只要此過程沒有完成，它就無法檢測到另外的核粒子，所以這個時間段被稱為死區(qū)時間。蓋格米勒管的死區(qū)時間通常約為200到400微秒。

此外，當電子完成電路并與正離子重新結合時，這個過程可能會導致光子的發(fā)射。這個光子的能量可能足夠高，也能夠引起另一種雪崩效應。我們不希望這樣的情況發(fā)生，因為計數(shù)已經(jīng)完成，我們只想要與外部核粒子相關的計數(shù)。

因此，為了防止這種情況發(fā)生，需要采取某些措施，這些措施被稱為熄淬。其中一種方法是化學熄淬，我們所采用的是將氣態(tài)介質與某些其他有機化合物（例如酒精）混合。在這種情況下，我們有90%的氬氣和10%的酒精。酒精的作用是，每當電子與正離子重新結合時，不是以光子的形式發(fā)射多余的能量，多余的能量通常會以振動或旋轉的形式釋放給附近的酒精吸收。