気体電離の検出器(電離箱・比例計数管・GM計数管)

放射線の電離、蛍光作用を用いてX線検出を行う。

電離は、気体(気体充填)・固体(半導体)のどちらを用いるか、蛍光はシンチレータを用いることで放射線を検出します。

気体の場合は印加電圧をかけて、気体の電離電荷を収集する。その収集イオン対数の割合によって、検出の仕方が異なる。

電離箱領域、比例計数管領域、GM計数管領域の３つがある。

電離箱領域は電離される電荷が飽和しており、電離電荷を用いて放射線を計測することが出来る。電離電流は10^-11A程度の微弱な電流であるが、これを微分値(微分方式)、積分値で検出するか(積分方式)、パルス電流(パルス電離箱)によって検出する、という3つの方法で検出する。

(最近ではパルス電離箱はあまり使われていない。)

電離箱においては、気温や気圧による変化を考慮した大気補正計数kを乗することで、測定値を補正計算する。

比例計数領域では、電離した二次電子がよりエネルギーを持つことでさらに他の電子を電離する電子なだれを利用する。印加電圧に比例して収集出来るイオン対が増えるので、電離箱よりも検出感度はよい。また、α線・β線の分離測定を行うことが出来る。

GM計数管と比べて分解時間は短い(数μs)が、エネルギー分解能は電離箱より悪いので、最近ではあまり使われていない。

比例計数管の種類のひとつとして、半球方向、全球方向から放射線のガス電離を検出する2π,4πガスフローカウンターがある。これは幾何学効率を一定(G=0.5~1)にして、検出することが出来る。

電離ガスはPRガスとQガスがある。

PRガス:Arガス90%、CH4ガス10%  CH4ガスは紫外線により光電子が発生するのを防ぐ。

Qガス：He(98~96%)、イソブタンC4H10(2〜4%)

Qガスは比較的低い電圧でGM領域になり、検出効率が非常によい。


電子なだれがより大きくなると放電を起こす。この放電をコントロールして電離検出値を検出するのが、GM計数管領域である。

1回のガイガー放電につき約10^9〜10^10個のイオン対が生成され、数V程度の出力が得られる。その為、前置増幅の必要が(原理的には)なく、簡単な増幅だけで検出することが出来る。

ただし、エネルギー分解能が非常に悪く、エネルギー分析が出来ないこと、分解時間が長いので数え落としが必要であることに気をつける。

計数の数え落とし

N=n/1-nτ  
N:真の計数率　n：計数率