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。

根据能量沉积的测量，人们可以测到入射电子或光子的能量。根据能量沉积分布的测量，可以确定入射电子或光子的入射方向。按照这种计数器的结构和它们的运行方式可以把它们分为两类：全吸收型和取样型电子光子簇射计数器。

全吸收型

全吸收型电子光子簇射计数器通常包括：碘化钠晶体组成的闪烁谱仪和铅玻璃切伦科夫计数器。碘化钠晶体（辐射长度λo=2.6cm，临界能量Ec=12.5MeV）和铅玻璃（例如含有53%氧化铅的透明玻璃,λo=2.84cm，Ec=17.3MeV；折射率n≈1.65）都能有效地引起电子光子级联簇射，它们既是簇射介质，又是对带电粒子灵敏的探测元件。簇射产生的次级粒子（正负电子）在碘化钠晶体中沉积能量，晶体又把沉积的能量成比例地转换成闪烁荧光，经光电倍增管转换成与能量成正比的电荷量输出。在铅玻璃中簇射产生的正负电子，当它们的速度超过切伦科夫阈速度（见切伦科夫辐射）-相应电子动能Ek>150keV时，正负电子将产生切伦科夫光,光的产额和超过阈速度的次级正负电子的径迹长度成正比。切伦科夫光由光电倍增管成比例地转换成电荷输出。因此，在一定测量精度范围内，输出电荷量和次级正负电子的径迹总长度成正比，即和入射电子或光子的总能量成正比。全吸收型电子光子簇射计数器通常做成积木式结构，如图1所示。每块晶体（或铅玻璃）由独立的光电倍增管来收集光，各光电倍增管输出电荷量的总和正比于入射高能电子或光子的能量。能量沉积在各单元的分配代表了簇射次级粒子数目的横向（与入射粒子方向垂直的平面内）分布,分析各单元输出电荷量的分布重心,就能确定入射电子或光子的空间方位。

取样型

取样型电子光子簇射计数器是由簇射介质和取样探测元件组成,几种常用的单元如图2所示。实际用的簇射计数器可以由这样一些基本单元构成。高能电子或光子入射到这种计数器中，在簇射介质（常用的有铅,λo=0.56cm，Ec=7.2MeV；钨，λo=0.35cm, Ec=7.9MeV）中产生电磁级联簇射，次级正负电子穿越各探测元件（塑料闪烁体、多丝室或电离室的灵敏区）在其中的能量沉积成正比地转换成电脉冲幅度。虽然沉积在簇射介质中的能量是无法测量的,但只要合理选取簇射介质的取样厚度和探测元件的取样厚度，并使总体布局最佳化，就可以用蒙特-卡罗法来模拟簇射次级粒子在量能器中的能量沉积分布，并通过实验刻度，从而找出探测元件的输出电荷量和簇射次级粒子在整个计数器中的能量沉积的定量关系，实现对入射电子或光子的能量测量。

只要取样的“颗粒度”足够细，各个取样单元的输出电荷量将描绘出级联簇射能量沉积的空间分布。能量沉积的横向分布的重心直接和入射电子或光子的横向坐标相关联。不仅如此，能量沉积的横向分布和纵向分布还明显地依赖于入射粒子的性质。因此，可以根据各取样单元输出电荷量的横向和纵向分布的特点来确定入射电子和光子的方向和鉴别粒子。

一个完善的电子光子簇射计数器（包括相应的读出电子学器件）应能精确地测量入射电子或光子的能量和它们的入射方向，还应能够排除强子和μ子造成的本底，因此希望这种计数器有好的能量分辨率和能量线性，还要有好的空间分辨率和高的粒子鉴别能力。

蒙特-卡罗模拟和实验结果表明，要吸收全部次级粒子所需的计数器的纵向深度, Eo是被测电子或光子的能量，可见所需的计数器的纵向深度随被测粒子的能量以对数方式增加。因此，一个簇射计数器测量能量范围有可能覆盖几个量级，这是一般磁谱仪所无法实现的。随着加速粒子能量的增加，电子光子簇射计数器已经成为高能物理实验中不可缺少的实验设备。