日本將核污水排入大海之后，民眾除了搶鹽之外，還搶蓋格計(jì)數(shù)器。蓋格計(jì)數(shù)器是一種核探測(cè)器，能夠通過某種間接方法檢測(cè)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(cè)中子。這種蓋格計(jì)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(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)。
如上圖所示，這是一個(gè)蓋格計(jì)數(shù)器的一般結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由蓋格米勒管組成，它其實(shí)是一個(gè)中空的金屬圓柱體，并且內(nèi)部含有某種氣體介質(zhì)。氣體介質(zhì)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(gè)金屬圓柱體連接到一個(gè)非常高電壓的電池的負(fù)極，因此它充當(dāng)陰極。通過圓柱體的中心，有一個(gè)由鎢制成的金屬電極，它連接到負(fù)載電阻，并再次連接到同一電池的正極。負(fù)載電阻上還連接著一個(gè)電子裝置，它能夠檢測(cè)電阻上發(fā)生的電壓降，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。
那么，這個(gè)裝置是如何對(duì)核輻射進(jìn)行計(jì)數(shù)的呢？當(dāng)核輻射進(jìn)入蓋格米勒管中的氣體介質(zhì)時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致電離。什么是電離呢？當(dāng)一些外部核粒子如 α 粒子進(jìn)入材料介質(zhì)時(shí)，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(huì)逃逸出去，從而產(chǎn)生一個(gè)正離子和一個(gè)自由電子。
我們可以看到，中心鎢棒充當(dāng)陽極，而金屬圓柱體充當(dāng)陰極。在連接到高壓電池之下，它們之間會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場。當(dāng)這些正離子和自由電子由某些外部核粒子產(chǎn)生時(shí)，它們會(huì)受到外部電場的影響：電子會(huì)向陽極加速，而正離子會(huì)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(gè)電子還能夠進(jìn)一步誘導(dǎo)二次電離。因此，我們將得到一個(gè)由核粒子誘導(dǎo)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(jié)束，它們還會(huì)繼續(xù)誘導(dǎo)電離，最終產(chǎn)生一種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)或雪崩效應(yīng)，這會(huì)在到達(dá)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(dá)中心，它們就會(huì)被陽極所吸收，然后它們將沿著電路運(yùn)動(dòng)并導(dǎo)致負(fù)載上產(chǎn)生壓降。負(fù)載上的電子設(shè)備將會(huì)檢測(cè)到，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)?，F(xiàn)在，這些電子完成了使命，它們會(huì)繼續(xù)沿著電路運(yùn)動(dòng)，并與聚集在金屬表面的正離子結(jié)合以產(chǎn)生中性分子，從而使整個(gè)裝置恢復(fù)到其原始狀態(tài)。因此，由一個(gè)核粒子的存在引起的整個(gè)過程將產(chǎn)生一個(gè)計(jì)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(jié)合，這個(gè)過程需要一點(diǎn)時(shí)間。在此過程中，核探測(cè)器無法檢測(cè)到更多的外部粒子，因此在這段時(shí)間內(nèi)，探測(cè)器有點(diǎn)死機(jī)。只要此過程沒有完成，它就無法檢測(cè)到另外的核粒子，所以這個(gè)時(shí)間段被稱為死區(qū)時(shí)間。蓋格米勒管的死區(qū)時(shí)間通常約為 200 到 400 微秒。
此外，當(dāng)電子完成電路并與正離子重新結(jié)合時(shí)，這個(gè)過程可能會(huì)導(dǎo)致光子的發(fā)射。這個(gè)光子的能量可能足夠高，也能夠引起另一種雪崩效應(yīng)。我們不希望這樣的情況發(fā)生，因?yàn)橛?jì)數(shù)已經(jīng)完成，我們只想要與外部核粒子相關(guān)的計(jì)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(xué)熄淬，我們所采用的是將氣態(tài)介質(zhì)與某些其他有機(jī)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(dāng)電子與正離子重新結(jié)合時(shí)，不是以光子的形式發(fā)射多余的能量，多余的能量通常會(huì)以振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的形式釋放給附近的酒精吸收。
本文來自微信公眾號(hào)：萬象經(jīng)驗(yàn) （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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