烟台科利夫建筑机械有限公司

契伦科夫计数器： 带电粒子在透明介质中运动，当其速度超过光在该介质中的传输速度时，就会产生微弱的可见光──契伦科夫辐射光。它的辐射角与粒子速度有关，因而提供了一种测量带电粒子速度的方法。工作介质可以是固体、液体或气体。它按结构和工作方式可分为阈式、微分式和光学校正式三类。后两种有较高的速度分辨本领。契伦科夫计数器常用于鉴别动量相同而质量各异的粒子。

一种利用切连科夫辐射的粒子探测器。当粒子种类已知时，一定的发射角对应一定的粒子能量。利用这种效应可探测加速器或宇宙线中的高能电子、质子、介子及高能γ射线。切连科夫计数器由产生切连科夫光的辐射体和探测这种光的光电倍增管组成。玻璃、水、透明的塑料均可用作辐射体。此外,气体（如CO2）也能产生切连科夫光，虽然其辐射强度比固体或液体小,但是,由于它的折射率小,可用来探测更高速度的粒子。所以,应根据所探测粒子的速度范围，适当选用辐射体。切连科夫辐射的持续时间仅10秒，与快速光电倍增管配合,切连科夫计数器有很高的时间分辨率。

在γ射线天文中，切连科夫计数器常与闪烁计数器构成望远镜，用于探测10兆电子伏以上的γ射线。图中所示是卫星上用的一架计数器望远镜，用切连科夫计数器探测γ射线产生的电子对，从而识别γ射线的入射方向。对于几百兆电子伏以上的γ射线，则使用气体切连科夫计数器，它与闪烁计数器联合使用，有方向性好、本底小的优点。大于10兆电子伏的γ光子在大气中产生空气簇射,其高能正负电子对能使大气成为辐射体,产生切连科夫辐射,其方向接近高能γ光子进入大气层时的方向，可在地面用光电倍增管进行探测，构成独特的切连科夫计数器望远镜。

一种能记录微弱的切伦科夫辐射，又能分辨辐射的传播方向，用以确定带电粒子速度的探测装置。带电粒子在均匀介质中诱发的切伦科夫辐射的特性和带电粒子的速度密切相关，这种关系可以用下式来描述

θ为辐射传播方向与粒子飞行方向的夹角,称为辐射的半锥角

υ＝βc为带电粒子的速度；n为辐射介质的折射率。当

时,才能产生切伦科夫辐射。在介质的折射率选定时，辐射的半锥角θ 随着带电粒子速度增加而增大，单位长度上辐射的光子数目也随着增加。1955年，美国物理学家就是利用切伦科夫计数器的组合，从具有一定动量的π介子束中发现反质子的。

切伦科夫计数器的基本组成包括：辐射介质、光收集系统和光探测器。人们通常把切伦科夫计数器分为阈式和微分式两种。

阈式切伦科夫计数器图a是一个典型的阈式切伦科夫计数器的原理图。带电粒子沿着计数器的轴线掠过辐射介质，当粒子速度

时，粒子诱发的切伦科夫辐射分别以不同的半锥角传播，不同的半锥角对应着不同的粒子速度。阈式切伦科夫计数器的光收集系统可以把不同半锥角的辐射会聚到光子探测器（如光电倍增管）上，而光子探测器则将所收集到的辐射转换成可观测的信号。因此，只要带电粒子的速度超过某一选定的阈速度 βo(n)〔可以调节辐射介质的折射率n，来改变计数器的阈速度βo(n)〕，计数器就输出一个计数。这种计数器是对入射粒子束中速度超过βo(n) 的带电粒子数目做累积计数，因而也称这种计数器为积分式切伦科夫计数器。

微分式切伦科夫计数器图b是一个典型的微分式切伦科夫计数器的原理图。光收集系统包括半径为R 的球面镜和半径可调的环状光阑。速度在βi到βi±Δβi之间的带电粒子

在各个瞬时位置发射的切伦科夫辐射形成半锥角为θi到θi±Δθi的光锥。球面镜将这光锥会聚在其焦平面上，形成平均半径为ri＝ftgθi的光环

。调节焦平面上环状光阑的半径，使半径为ri的辐射光环投射在光电倍增管的阵列上，光电倍增管给出可观察的信号。如果带电粒子速度

它们诱发的切伦科夫辐射光环半径偏离环状光阑的孔径，光电倍增管记录不到这种粒子诱发的辐射。因此，这种计数器只记录粒子束中速度在βi－Δβi<β<βi＋Δβi区间内的带电粒子。

辐射介质可以是气体、液体和固体，但应具有对辐射色散小、透明度好的光学特性，而且要求它们有低的荧光背景。

速度分辨率Δβ/β和探测效率是切伦科夫计数器最主要的性能指标。典型的气体阈式切伦科夫计数器在足够高的探测效率条件下，速度分辨率约为10 ～10 。气体微分式切伦科夫计数器,若经过光学系统的色差校正,速度分辨率可达约 10 ，而且有足够高的探测效率。

切伦科夫计数器在原子核物理和粒子物理发展史上起过重要作用。它是实验物理中一种应用广泛的粒子探测器。