Introduction to Geiger Counters
A Geiger counter(Geiger-Muller tube)is a device used for the detection and measurement of all types of radiation:alpha,beta and gamma radiation.Basically it consists of a pair of electrodes surrounded by a gas.The electrodes have a high voltage across them.The gas used is usually Helium or Argon.When radiation enters the tube it can ionize the gas.The ions(and electrons)are attracted to the electrodes and an electric current is produced.A scaler counts the current pulses, and one obtains a”count”whenever radiation ionizes the gas.
The apparatus consists of two parts,the tube and the(counter+power supply). The Geiger-Mueller tube is usually cylindrical,with a wire down the center.The (counter+power supply)have voltage controls and timer options.A high voltage is established across the cylinder and the wire as shown in the?gure.
When ionizing radiation such as an alpha,beta or gamma particle enters the tube, it can ionize some of the gas molecules in the tube.From these ionized atoms,an electron is knocked out of the atom,and the remaining atom is positively charged. The high voltage in the tube produces an electric?eld inside the tube.The electrons that were knocked out of the atom are attracted to the positive electrode,and the positively charged ions are attracted to the negative electrode.This produces a pulse of current in the wires connecting the electrodes,and this pulse is counted.After the pulse is counted,the charged ions become neutralized,and the Geiger counter is ready to record another pulse.In order for the Geiger counter tube to restore itself quickly to its original state after radiation has entered,a gas is added to the tube.
For proper use of the Geiger counter,one must have the appropriate voltage across the electrodes.If the voltage is too low,the electric?eld in the tube is too weak to cause a current pulse.If the voltage is too high,the tube will undergo continuous discharge,and the tube can be https://www.doczj.com/doc/aa11014477.html,ually the manufacture recommends the correct voltage to use for the https://www.doczj.com/doc/aa11014477.html,rger tubes require larger voltages to produce the necessary electric?elds inside the tube.In class we will do an experiment to determine the proper operating voltage.First we will place a radioactive isotope in from of the Geiger-Mueller tube.Then,we will slowly vary the voltage across the tube and measure the counting rate.In the?gure I have inclded a graph of what we might expect to see when the voltage is increased across the tube.
For low voltages,no counts are recorded.This is because the electric?eld is too weak for even one pulse to be recorded.As the voltage is increased,eventually one obtains a counting rate.The voltage at which the G-M tube just begins to count is called the starting potential.The counting rate quickly rises as the voltage is increased.For our equipment,the rise is so fast,that the graph looks like a”step”
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potential.After the quick rise,the counting rate levels o?.This range of voltages is termed the”plateau”region.Eventually,the voltage becomes too high and we have continuous discharge.The threshold voltage is the voltage where the plateau region begins.Proper operation is when the voltage is in the plateau region of the curve.For best operation,the voltage should be selected fairly close to the threshold voltage, and within the?rst1/4of the way into the plateau region.A rule we follow with the G-M tubes in our lab is the following:for the larger tubes to set the operating voltage about75Volts above the starting potential;for the smaller tubes to set the operating voltage about50volts above the starting potential.
In the plateau region the graph of counting rate vs.voltage is in general not completely?at.The plateau is not a perfect plateau.In fact,the slope of the curve in the plateau region is a measure of the quality of the G-M tube.For a good G-M tube,the plateau region should rise at a rate less than10percent per100volts.That is,for a change of100volts,(?counting rate)/(average counting rate)should be less than0.1.An excellent tube could have the plateau slope as low as3percent per100 volts.
E?ciency of the Geiger-counter:
The e?ciency of a detector is given by the ratio of the(number of particles of radiation detected)/(number of particles of radiation emitted):
ε≡number of particles of radiation detected
number of particles of radiation emitted
(1)
This de?nition for the e?ciency of a detector is also used for our other detectors. In class we will measure the e?ciency of our Geiger counter system and?nd that it is quite small.The reason that the e?ciency is small for a G-M tube is that a gas is used to absorb the energy.A gas is not very dense,so most of the radiation passes right through the tube.Unless alpha particles are very energetic,they will be absorbed in the cylinder that encloses the gas and never even make it into the G-M tube.If beta particles enter the tube they have the best chance to cause ionization. Gamma particles themselves have a very small chance of ionizing the gas in the tube. Gamma particles are detected when they scatter an electron in the metal cylinder around the gas into the tube.So although the Geiger counter can detect all three types of radiation,it is most e?cient for beta particles and not very e?cient for gamma particles.Our scintillation detectors will prove to be much more e?cient for detecting speci?c radiation.
Some of the advantages of using a Geiger Counter are:
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1.They are relatively inexpensive
2.They are durable and easily portable
3.They can detect all types of radiation
Some of the disadvantages of using a Geiger Counter are:
1.They cannot di?erentiate which type of radiation is being detected.
2.They cannot be used to determine the exact energy of the detected radiation
3.They have a very low e?ciency
Resolving time(Dead time)
After a count has been recorded,it takes the G-M tube a certain amount of time to reset itself to be ready to record the next count.The resolving time or”dead time”,T,of a detector is the time it takes for the detector to”reset”itself.Since the detector is”not operating”while it is being reset,the measured activity is not the true activity of the sample.If the counting rate is high,then the e?ect of dead time is very important.
In our experiments in Phy432L,we will estimate the dead time by examining the discharge pulse of the tube.If there is time,we can also examine the series of times between successive Geiger Counter pulses.This is somewhat di?erent than the conventional methods used in other student labs which don’t have the capability to examine the discharge or measure the time between successive pulses.Below,I discuss the conventional method for both correcting for dead time and measuring it. Correcting for the Resolving time:
We de?ne the following variables:
T=the resolving time or dead time of the detector
t r=the real time that the detector is operating.This is the actual time that the detector is on.It is our counting time.tr does not depend on the dead time of the detector,but on how long we actually record counts.
t l=the live time that the detector is operating.This is the time that the detector is
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able to record counts.t l depends on the dead time of the detector. C=the total number of counts that we record.
n=the measured counting rate,n=C/t r
N=the true counting rate,N=C/t l
Note that the ratio n/N is equal to:
n N =
C/t r
C/t i
=
t l
t r
(2)
This means that the fraction of the counts that we record is the ratio of the”live time”to the”real time”.This ratio is the fraction of the time that the detector is able to record counts.The key relationship we need is between the real time,live time,and dead time.To a good approximation,the live time is equal to the real time minus C times the dead time T:
t l=t r?CT(3) This is true since CT is the total time that the detector is unable to record counts during the counting time t r.We can solve for N in terms of n and T by combining the two equations above.First divide the second equation by t r:
t l t r =1?
CT
t r
=1?nT(4)
From the?rst equation,we see that the left side is equal to n/N:
n
N
=1?nT(5) Solving for N,we obtain the equation:
N=
n
1?nT
(6)
This is the equation we need to determine the true counting rate from the measured one.Notice that N is always larger than n.Also note that the product nT is the key parameter in determining by how much the true counting rate increases from the measured counting rate.For small values of the nT,the product nT(unitless)is the fractional increase that N is of n.For values of nT<0.01dead time is not important, and are less than a1%e?ect.Dead time changes the measured value for the counting rate by5%when nT=0.05.The product nT is small when either the counting rate n is small,or the deat time T is small.
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Measuring the Resolving Time
We can get an estimate of the resolving time of our detector by performing the following measurements,called the ”two source”method for estimating detector dead time.First we determine the counting rate with one source alone,call this counting rate n 1.Then we add a second source next to the ?rst one and determine the counting rate with both sources together.Call this counting rate n 12.Finally,we take away source 1and measure the counting rate with source 2alone.We call this counting rate n 2.
You might think that the measured counting times n 12should equal n 1plus n 2.If there were no dead time this would be true.However,with dead time,n 12is less than the sum of n 1+n 2.This is because with both sources present the detector is ”dead”more often than when the sources are being counted alone.The true counting times do add up:
N 12=N 1+N 2(7)
since these are the counting rates corrected for dead time.Substituting the expres-sions for the measured counting times into the above equation gives:
n 121?n 12T =n 11?n 1T +n 21?n 2T
(8)An approximate solution to these equations is given by
T ≈n 1+n 2?n 122n 1n 2
(9)You can imagine the di?culties in obtaining a precise value for T using the ”two source”method.One needs to be very careful that the positions of source 1and 2with respect to the detector alone is the same as the positions of these sources when they are measured together.Also,since n 12is not much smaller than n 1+n 2,one needs to measure all three quantities very accurately.For this one needs many counts,since the relative statistical error equals 1/√N tot ,where N tot is the total number of counts.For su?cient accuracy one needs to use an active source for a long time.The values that we usually obtain in our experiments range from 100to 500μsec.The dead time of the G-M tube is also available from the manufacturer,and are between 100and 300μsec.As the G-M tube ages,the dead time can increase.Although dead time will not play a big role in our experiments,one always needs to consider it and make the appropriate corrections.
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蓋革計數器基本原理 蓋革-牟勒計數器（ G ei ger-M uel l er count er）俗稱G-M計數器或簡稱為蓋革管（G ei ger t ube），是現存幾種陳舊的輻射偵檢器之一。在1928年由蓋革（Geiger）和牟勒（Mueller）所提出，其基本的結構是包括兩個電極，外電極（負極）為空心圓柱，內電極（正極）則是位於圓柱內中心軸的細金屬線，在兩電極間則是充滿氣體（一般為鈍氣）。 一個典型的Tow ns end aval anche是由一單獨的原始電子所產生，而許多激態的氣體分子是由電子碰撞二次離子所形成。激動態的分子大約是在幾毫微秒的時間內降回基態，至於激動態與基態間的能量差，則釋出光子的方式帶出，其波長大約是介於可見光和紫外線之間。這些光子所帶有的能量是傳遞連鎖反應的主要關鍵，亦即構成蓋革放電的主要機制。當光子經由光電吸收作用而與陰極表面的氣體或管內其他位置的氣體互相作用時，則釋出一新的電子，此電子隨即遷移至陽極，然後再觸發另一次的突崩（avalanche）。 通常產生所有離子對和激動態分子所需的時間，對一突崩而言，僅為幾毫微秒（~10-9sec）。因為激動態分子的壽命相當的短且光子以光速前進，所以管內兩次自由電子（ s econd f r ee el ect r on）的產生幾乎是符合於首次突崩，而這些兩次自由電子僅需漂移至放大區即可產生二次突崩，其所需的時間亦僅需一微秒的一小部分而已，因此對整個蓋革放電過程所需的時間而言，大約也僅需一微秒而已。從單一突崩的發生到脈衝完整輸出所需的時間，較上述的蓋革放電為長，所以此時的脈衝振幅僅簡單地表為蓋革放電所產生全部電荷的總和。
盖勒-弥勒计数器和放射性探测实验方案 一．实验目的 1．理解盖革—弥勒计数器的工作原理和掌握测量方法; 2．了解核辐射计数（放射衰变）的统计分布规律及计数率测定的标准偏差计算方法。 二．实验内容 1．测定盖革—弥勒计数器的工作原理和掌握测量方法； 2．用盖革—弥勒计数器测定放射源的强度及其衰变规律。 三．实验原理 1．盖革-弥勒计数器的工作原理 盖革-弥勒计数器简称G-M计数器。它由G-M计数管、高压电源和定标器组成。常见的G-M计数管，是在一密封的玻璃管内，中心张紧一根钨丝作为阳极，紧贴玻璃管的内表面装一金属圆筒作为阴极。管内充以惰性气体。 用G-M计数管作测量时，高压电源通过高电阻R加在计数管的两极上。于是，在管内的两极间产生一柱对称电场，愈靠近阳极，电场愈强。当有粒子射入计数管后，将引起管内的气体电离，产生少量的离子对。但所产生的负离子（实际上是电子）被电场加速向阳极运动。在趋向阳极的过程中，与气体分子多次发生碰撞，打出很多次极电子。这些次极电子仍可获得足够的能量又产生新的电离，因此在阳极附近，次极电子急剧倍增，出现所谓“雪崩”现象，同时，雪崩过程向阳极丝两端扩展，从而导致整个计数管放电。 由于电场在阳极附近最强，所以绝大多数离子对是在阳极附近产生的，在电场作用下，电子的迁移速度比正离子大得多，很快趋向阳极被中和，而正离子还仍然包围着阳极，形成所谓“正离子鞘”。正离子鞘大大削弱了阳极附近的电场，从而使电子暂时失去电离气体分子的能量，雪崩过程就自动停止。之后，正离子鞘在电场作用下向阴极运动。 计数管的两极间具有一定的电容，加上高电压后使两面三刀极带有一定量值的电荷。随着正离子鞘运动到阴极中和后，两极上的电荷量将减少，阳极电位降低，于是高压电源通过电阻R向计数管充电，使阳极电位得到恢复，从而在阳极上得到一个负电压脉冲。脉冲的大小决定于计数管中的场强，而与入射粒子引起的原始离子对的数目无关（在计数评区内）。只要脉冲幅度足以触发定标器，定标器就记录下这个负脉冲，作为一次计数。 正离子到达阴极后会从阴极上打出电子，因为这时阳极附近的电场已经恢复，被打出的电子经过电场加速又会引起计数管放电。这样只要有一个辐射粒子射入计数管，将会引起一次又一次循环不断的放电，从而使计数管无法再记录第二个入射的粒子。 为了使第一次放电后不再引起下一次放电，就在计数客内加入少量能使放电猝来的其他气体。当第一次放电后形成的正离子鞘向阴极运动途中，和猝灭气体分子碰撞，使其电离、隋性气体离子吸收其放出的电子而成为中性分子。于是到达阴极的几乎全是猝灭气体的正离子，它们吸收阴极上的早子使自身离解成小分子，而不打出电子，第二次放电被猝灭。 计数管每计数一次，就有一部分猝灭气体分子被电离，因此，其浓度逐渐降低。在正常条件下，这类管子达107—108次以后，就不能猝灭第二次放电了。 2．G-M计数管的坪特性
绝密★考试结束前 浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟期中联考 高三物理学科试题 考生须知： 1.本试题卷分选择题和非选择题两部分，共8页，满分100分，考试时间90分钟。 2.答题前，在答题卷指定区域填写班级、姓名、考场号、座位号及准考证号。 3.所有答案必须写在答题卷上，写在试卷上无效。 4.考试结束后，只需上交答题卷。 选择题部分 一、选择题I(本题共13小题，每小题3分，共39分，每小题给出的四个备选项中，只有一项是符合题目要求的) 1.下列由科学家命名国际单位对应的物理量是矢量 A.韦伯 B.特斯拉 C.安培 D.焦耳 2.小明在手机中“12306”APP上查找到一辆从温岭站到杭州东站的动车时间表，如图所示，已知温岭到杭州的路程约为300km，下列说法正确的是 A.动车进站过程中可以把动车看做质点 B.从温岭站到杭州东站的平均速度为120km/h C.若动车出站速度从零加速到200km/h用时5min，动车启动加速度约为0.2m/s2 D.若动车进站减速过程中，动车对乘客的作用力竖直向上 3.小孩用一轻质弹簧拉水平地面上的箱子，但没有拉动，已知弹簧与水平面有一定夹角θ(且θ≠0)，以下说法正确的是
A.箱子对地面的压力大于箱子的重力 B.小孩对弹簧的拉力大小等于箱子受到的摩擦力大小 C.小孩对弹簧的拉力和箱子对弹簧的拉力是一对相互作用力 D.小孩受到的地面摩擦力大小和箱子受到地面的摩擦力大小相同 4.关于原子物理知识方面，下列说法正确的是 A.随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 B.盖革－米勒计数器不仅能用来计数，还能区分射线的种类 C.质子、中子、电子都参与强相互作用 D.原子中电子的坐标没有确定的值，只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率 5.图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，电压表为交流电表。当变压器副线圈电压值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。则下列说法正确的是 A.开关闭合后，电压表示数为5V B.转换器产生的交流电在1s时间内电流变化5次 C.若原、副线圈匝数比至少满足1：1000才能使钢针放电 D.若原、副线圈匝数比为1：2000，在一个周期内钢针放电时间为0.1s 6.“跳楼机”以惊险刺激深受年轻人的欢迎，它的基本原理是将巨型娱乐器械由升降机送到离地面一定高处，然后让座舱自由落下。一段时间后，制动系统开始启动，使座舱均匀减速，到达地面时刚好停下，下列说法正确的是
GM计数器分辨时间的测量 【摘要】 GM计数器可用于测定核辐射粒子的数目，是一种被广泛采用的核探测仪器。分辨时间是GM计数器最主要的参数之一。本实验通过两种方法：1）双源法、2）示波器法对GM计数器的分辨时间作了测量，得到实验所用GM计数器的分辨时间约为0.2ms，并对结果进行了比较与分析。 【关键词】GM计数器分辨时间双源法 【引言】 GM计数器是核辐射探测器的一种，可用于测量包括α粒子、β粒子、γ射线以及X射线在内的辐射粒子数。GM计数器在科学研究、核辐射污染探测、液体污染监测等领域有着广泛的应用。GM计数管的结构设计与安装有较高的灵活性，不同规格的GM计数管可以适合不同使用者的需求。坪特性与分辨时间是GM计数器的最主要的两个性能指标。 本实验通过双源法和示波器法两种不同的方法对GM计数器的分辨时间进行了测量，并对结果进行了比较与分析。 【理论背景】 (一)GM计数器的结构 盖革—弥勒计数器简称为GM计数器，也称作气体放电计数器。由GM计数管、高压电源和定标器组成。最常见的有钟罩形β计数管和长圆形γ计数管两种，都是由圆筒状的阴极和装在轴上的阳极丝（通常是钨丝）密封于玻璃管内构成，内部抽空充惰性气体（氦、氖）、卤素气体。 (二)GM计数器工作原理 GM计数管工作时，高压电源经过电阻R加在阳极上，管内产生柱状电场。当射线进入计数管之后，引起管内的气体电离，所产生的电子在电场作用下向阳极移动，并进一步与气体分子发生碰撞打出很多次级电子，次级电子在电场作用下产生更多的次级电子，引起“雪崩放电 ．．．．”。雪崩过程中，受激原子退激以及正负离子复合发射大量的光子，这些光子主要为猝灭气体所吸收，并使雪崩区沿着丝极向两端扩展导致全管放电。最后有大量的电子到达阳极。电子到达阳极之后，由于正离子的质量较大，运动速度慢，因此在阳极周围形成“正离子鞘”，并使得阳极附近的电场减小，新的电子无法增殖，放电终止。由于阳极上的正离子被电子所中和，因此其电位降低，电源电压通过电阻R 向计数管充电，使电位恢复，阳极上得到一个负的电压脉冲。脉冲达到定标器的灵敏度时便可触发定标器计数。 (三)分辨时间、死时间、恢复时间 GM计数管放电后在阳极附近产生一个正离子鞘，并减弱了阳极附近的电场，此时若有粒子进入，不能引起放电，也就不能引起定标计数。随着正离子鞘向阴极移动，阳极附近电场逐渐恢复。当正离子鞘移动到一定距离时，阳极附近的电场刚刚恢复到可以 放电，称这段时间t d为死时间 ．．．，从这一时刻开始到正离子鞘移动到阴极为止的时间则 称为恢复时间 ．．．．t r，在t r时间内，由于电场没有完全恢复，因此此时进入的粒子虽然能引起放电，但有可能因为脉冲幅度小于定标器的灵敏度而不能引起计数，如果τ时间后出
高中物理选修3-5同步练习 原子核的组成 2．下列哪些事实表明原子核具有复杂的结构() A．α粒子的散射实验 B．天然放射现象 C．阴极射线的发现 D．X射线的发现 3．有三种射线，射线a很容易穿透黑纸，速度接近光速；射线b可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线c照射带电的导体，可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是() A．a是α射线，b是β射线，c是γ射线 B．a是β射线，b是γ射线，c是α射线 C．a是γ射线，b是α射线，c是β射线 D．a是γ射线，b是β射线，c是α射线 4．下列哪些现象能说明射线来自原子核() A．三种射线的能量都很高 B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响 C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关 D．α射线、β射线都是带电的粒子流 5．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th的原子来说() A．x＝90y＝90z＝234 B．x＝90y＝90z＝144 C．x＝144y＝144z＝90 D．x＝234y＝234z＝324 6．氢有三种同位素，分别是氕11H、氘21H、氚31H，则() A．它们的质子数相等B．它们的核外电子数相等 C．它们的核子数相等D．它们的中子数相等 8.如图所示，天然放射性元素，放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都 沿直线前进，则α射线() A．向右偏B．向左偏 C．直线前进D．无法判定
9.如图所示，R 是一种放射性物质，虚线方框内是匀强磁场，LL ′是厚纸板，MN 是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O 、P 两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O 点的射线种类、到达P 点的射线种类应属于下表中的( ) 10．如图所示，x 为未知的放射源，L 为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L 后，计数器的计数率大幅度减小；在L 和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x 可能是( ) A ．α和β的混合放射源 B ．纯α放射源 C ．α和γ的混合放射源 D ．纯γ放射源 11.如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置，假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3 mm 厚的铝板，那么是三种射线中的哪种射线对控制铝板厚度起主要作用？当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离如何调节？ 12.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S 产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P 上，设离子在P 上的位置到入口处S 1的距离为x 。 (1)设离子质量为m 、电荷量为q 、加速电压为U 、磁感应强度大小为B ，求x 的大小； (2)氢的三种同位素11H 、21H 、31H 从离子源S 出发，到达照相底片的位置距入口处S 1的距 离之比x H x D x T 为多少？
实验1 盖革—弥勒计数器的特性 [ 预习提要 ] 1．弄清实验原理及操作方法和注意事项。 2．坪曲线怎样进行测绘？测量中要注意什么问题？ 3．如何由坪曲线求得G-M计数管的性能参量和确定工作电压？ 4．设计各项实验数据记录表格。 [ 实验目的 ] 1．了解盖革—弥勒计数器的结构、原理和主要性能参数的测定方法，了解核辐射探测常识。2．熟悉放射性测量误差的表示方法及其与测量次数和时间之间的关系。 3．应用微机系统处理实验数据。 [ 实验仪器 ] 盖革—弥勒计数管1支，长寿命放射源1个，铅室1个，FJ-367型通用闪烁探头1个，FH-408型自动定标器2台，长余辉示波器1台，微机及计算软件1套。 [ 实验基础知识 ] 在原子核物理领域内的实验技术可分为三个方面：加速器技术、反应堆技术和探测技术。它们构成一套完整的和物理实验技术。加速器核反应堆是产生核辐射的工具，也就是粒子源。探测技术则包括探测和研究这些核辐射的性质，以及它们与物质的相互作用等课题。在我们做得和物理实验中，主要是掌握一些辐射探测技 术。近四十年来探测技术发展很快，就放射性计数测量的装置就有各式各样的很多，如盖革—弥勒计数器（简称G-M计数器），正比计数器，脉冲电离室，闪烁计数器，半导体探测器等等。本实验要介绍和使用的G-M计数器是核辐射探测器中较简单的一种。它本身只能用于测定辐射粒子的数目。它是最早使用的核辐射探测器，近年来随着闪烁计数器和半导体探测器的发展，其重要性有所下降，但由于它设备简单，使用方便，仍广泛用于有关放射性测量的工作中。 阴 管 阳极a. 钟罩型 b. 长圆管形型 图1-1-1 G-M计数管
高中物理-探测射线的方法课后训练 基础巩固 1．用威耳逊云室探测射线，其中粒子在威耳逊云室中径迹直而粗的是( ) A．α粒子B．β粒子 C．γ粒子D．以上都不是 2．关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是( ) A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹 B．威耳逊云室中径迹粗而直的是α射线 C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线 D．威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负3．下列说法中错误的是( ) A．威耳逊云室和盖革—米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质 B．盖革—米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类 C．用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是β粒子的径迹 D．根据气泡室中粒子径迹的照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况 4．在威耳逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是( ) A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹 B．由于β粒子的速度大，其径迹粗而且长 C．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹 D．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗 5．带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹。如图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里。该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是( ) A．粒子先经过a点，再经过b点B．粒子先经过b点，再经过a点 C．粒子带负电D．粒子带正电 能力提升 6．用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线。10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是( ) A．放射源射出的是α射线 B．放射源射出的是β射线 C．这种放射性元素的半衰期是5天 D．这种放射性元素的半衰期是2.5天 7．用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中正确的是( ) A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹 B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹 C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹
双栅极空气计数器猝熄脉宽算法! 史仪凯"张海南"王爱军"卢健康 #西北工业大学机械系"陕西西安$%&&$’( 摘要)针对双栅极空气计数器#*+,-(放电猝熄的物理过程"提出了计数器猝熄脉宽的一种新算法.该算法理论简便实用"能够较好地用于计数器的优化设计.算例结果验证了这种算法的有效性. 关键词)猝熄脉宽"计数器"气体放电 中图分类号)/01$234文献标识码),文章编号)%&&&5’$61#’&&&(&’5&%125&2 为了对空气中低能电子#外逸电子7光电子等( 进行准确有效地计数"在研究盖革弥勒计数器 #+8-(的基础上"设计了一种改进型双栅极空气计 数器#*+,-(9%"’:.所谓的双栅极)一个是围绕阳极 的栅极为猝熄栅极"用于熄灭放电;另一个是装在猝 熄栅极与试件间的栅极为抑制栅极"主要用于防止 正离子轰击试件.放电的熄灭和正离子的抑制是靠 加在猝熄栅极和抑制栅极上的正脉冲完成的92"4:.猝 熄时间过长则增加计数器的死时间"增加漏计数.过 短则放电熄灭不彻底"容易造成误计数.因此"脉冲 宽度#即猝熄时间(是一个极其重要的参数.本文在 分析*+,-工作物理过程基础上"提出了猝熄脉冲 宽度的新算法.算例结果表明"该算法不仅与实验数 据完全一致"而且为*+,-控制电路的设计提供了 可靠的理论依据. <=>?@放电工作原理 *+,-的结构如图%所示.阴极通过电阻A接 高压电源.B %为猝熄栅极"初始电压为C%&&D;B ’ 为抑制栅极"初始电压为C1&D. 低能电子由试件发射"在两个栅极和阳极形成电场的作用下向计数器内运动.由于阳极附近电场强度足够大"电子在一个平均自由程内获得足够的能量使气体电离.控制阳极工作电压"计数器工作在+8区"一次放电生成约%&$个正离子电子对.正离子和电子分别顺着和逆着电场方向运动"在阳极上感应出脉冲"如图’所示.当电子运动速度加快时"则形成脉冲的线性部分.如果不加限制"阳离子到达阴极后又会放出二次电子"引起多次放电.利用第一次放电脉冲的线性段"通过隔直电容E引入控制电路.控制电路在放电脉冲的作用下"在B %7B’ 上分别施加C4&&D和F2&D的电压.猝熄栅极电压的迅速升高降低了阳极附近的电场强度"从而使放电很快熄灭.正离子绝大多数在猝熄栅极被中和.少数穿过猝熄栅极"被加有F2&D电压的抑制栅极所吸收.当放电完全被熄灭后"恢复初始工作状态" 以待 图%*+,- 的结构 图’*+,-放电脉冲 ’&&&年6月第%1卷第’期 西北工业大学学报 G H I J K L M H N O H J P Q R S T P S J KU H M V P S W Q K X W L M Y K X Z S J T X P V 8L V’&&& D H M3%1O H3’ !收稿日期)%[[1F%’F%\基金项目)航空科学基金资助#[\]62%2&(作者简介)史仪凯#%[6’F(男"陕西省兴平市人"西北工业大学教授"主要从事机电控制及自动化研究. 万方数据
案例6-4 生活中的放射线 三门中学何赛君 一、教学设计思路 根据建构主义学习理论，学生的学习是基于经验基础上的知识建构。学生是知识建构的主体。选修课程的教学应该根据内容特点和要求，通过教学方式和学习方式的多样整合，实现三维目标的整体达成。本课时的教学设计根据内容的实践性和知识性特点，首先采用学生“信息搜集---信息整理---交流分享”的形式获得对放射线天使和魔鬼双重特点的认识。探测射线的方法需要调动学生的已有知识(如射线的电离能力、带电粒子在磁场、电场中的偏转 -辐射个人剂量报警仪等）综合分析，加上威尔逊云室、气泡室、盖革-米勒计数器、xγ 的技术结构，理解难度很大，宜采用教师讲授的方法。实践性作业的设计使课堂教学得以延伸。 二、前期分析 本课题是浙江省首批推荐使用的网络视频选修课程《魔法城探秘-有关核电发展的安全与环境问题的专题活动》的第一讲。放射线是这个课程的一个重要概念。放射线的成分和产生机理如果学生没有学过原子物理知识是陌生的，即使学过原子物理知识的学生，对放射线的了解也是不全面的。在民众谈核色变的背景下，我们的学生要有别于一般的民众，要敢于质疑，要有实事求是的辩证观，不能人云亦云，这就要让我们的学生见多识广，让学生通过实例从较深层次认识放射性的魔鬼与天使的双重特征。要驾驭放射线，使之为民众造福，就得知道放射线的探测方法。作业的设计除了知识性的巩固，还有研究性的作业内容。对改变学习方式，通过渗透与巩固、课堂听课与实践活动想结合的学习方式，增强学习的自主性和主动性。 重点与难点： 1．教学重点 搜集材料，知道放射性的危害和防护，知道放射性在医疗、农业、工业上的应用实例。2．教学难点 知道显示放射线的原理和常见探测方法。 三、教学目标 1．知识与技能 （1）知道放射性的危害和防护措施 （2）能举例说明放射性在医疗、农业、工业上的应用
改革-弥勒计数器及核衰变的统计规律 姓名：学号： 一、实验目的 了解盖革-弥勒计数器的结构、工作原理、性能、特性，学会其使用方法。 掌握核衰变的统计规律。 二、实验仪器 G-M计数器，β粒子放射源，脉冲示波器 三、实验原理 （一）盖革-弥勒计数的工作原理 结构： 原理： 盖革弥勒计数器（G-M计数器）是射线气体探测器中应用最广泛的一种，主要测量?射线和γ射线的强度。它由G-M计数管，高压电源，定标器三部分组成。高压电源为计数管提供工作电压，计数管在射线作用下产生脉冲，定标器则来记录计数管输出的脉冲数。 玻璃管内有圆筒状阴极，在阴极对称轴上装有丝状阳极。先将管内抽成真空，再冲入一定量惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）。?形和γ形不同在于钟罩下是云母片，因为?射线穿透力低，为提高探测效率采取的措施。 使用G-M计数器测量时，两极间形成柱状轴对称电场。射线进入，引起气体电离，所产生电子就向阳极移动，在阳极附近与气体分子发生打出次级电子的碰撞，电子同样向阳极移动。引起“雪崩”放电。将产生大量紫外光光子，引起全管放电。大量电子移
动到阳极被中和。大量正离子由于质量大，移动缓慢，在阳极附近形成正离子鞘。 可将计数器看作电容器，使阳极得到一个负的脉冲。电源高，波幅大：电阻高，脉冲宽。 （二）计数管的特性 开始输出小，计数器示零，电压超过某一值时，定标器开始计数，此时电压Va 为阈电压。 随着脉冲幅度升高，计数率迅速增加，升到Vb 时，只要产生一个离子对，就能引起全管雪崩放电。进一步升高，只能提高幅度，不能增加个数，直到Vc ，称为坪区。Vc-Vb 为坪长度。 坪斜]%100[)(2 212 12 1每伏特?-?+-= V V n n n n ε， 表示为电压升高1伏计数率的相对增加量。 （三）核衰变的统计规律及测量数据的处理 1、衰变规律： 对大量核而言，其衰变遵从统计规律，有衰变定律 -λλ0(t)e N =N 其中t 表示时间，N0为t=0时刻的放射性核数，N(t)为t 时刻的放射性核数，λ称为衰变常数。 泊松分布和高斯分布： 设N 为尚未衰变的放射性核数，n 为某时间t 内衰变的核数，假设该种放射性核的半衰期很长，即在测量过程中可以认为N 不变，可以推出t 时间内有n 个核衰变而其余的核不衰变的几率为（即泊松分布公式 ） n n e n n n P -=!)()(
第三节探测射线的方法 第四节放射性的应用与防护 [学习目标] 1.知道探测射线的几种方法，了解探测射线的几种仪器． 2.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程． 3.知道放射性同位素和人工放射性同位素，了解放射性的应用与防护． 一、探测射线的方法(阅读教材P73～P75) 1．探测方法 (1)组成射线的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡． (2)射线能使照相乳胶感光． (3)射线能使荧光物质产生荧光． 2．探测仪器 (1)威耳逊云室：①原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹． ② (2)气泡室：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢． 粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹． (3)盖革—米勒计数器： ①优点：G-M计数器非常灵敏，使用方便． ②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类． 拓展延伸?———————————————————(解疑难) 不同探测方法的对比 威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类，而盖革—米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类． 1.(1)射线中的粒子与其他物质作用时，产生一些现象，可以显示射线的存在．() (2)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的径迹．() (3)盖革—米勒计数器既可以统计粒子的数量，也可以区分射线的种类．() 提示：(1)√(2)×(3)× 二、放射性的应用与防护(阅读教材P76～P78)
1．核反应 (1)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程． (2)原子核的人工转变 ①1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子． ②卢瑟福发现质子的核反应方程： 147N ＋42He →178O ＋11H ． (3)遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒． 2．人工放射性同位素 (1)放射性同位素的定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素． (2)人工放射性同位素的发现： ①1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P. ②发现磷同位素的方程：42He ＋2713Al →3015P ＋10n ． 3．放射性同位素的应用与防护 (1)应用射线：应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优良品种等． (2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于示踪原子． (3)辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用．要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染． 拓展延伸?———————————————————(解疑难) 1．放射线在我们的生活中无处不在．在合理应用放射性的同时，又要警惕 它的危害，进行必要的防护．过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然产生破坏作用．如图是世界通用的辐射警示标志． 2.(1)衰变和原子核的人工转变都属于核反应．( ) (2)在用到射线时，利用人工放射性同位素和天然放射性物质都可以．( ) (3)用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物做“示踪原子”．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)√
近代物理实验报告 指导教师：得分： 实验时间： 2009 年 10 月 22 日，第九周，周四，第 5-8 节 实验者：班级材料0705 学号 200767025 姓名童凌炜 同组者：班级材料0705 学号 2007670 姓名车宏龙 实验地点：综合楼 507 实验条件：室内温度℃，相对湿度 %，室内气压 实验题目：盖革-米勒计数器 实验仪器：（注明规格和型号） 圆柱形γ计数管一支，自动定标器一台（带高压电源），示波器一台，137Cs放射源一枚。 实验目的： 1.掌握盖革-米勒计数器的结构、原理、使用方法 2.验证核衰变的统计规律，熟悉放射性测量误差的表示方法 实验原理简述： 1.计数管的构造与工作原理 GM计数管有圆柱形和钟罩型两种，其共同结构为 圆筒状的阴极和装在轴线上的阳极丝共同密封在 玻璃管内而成。管内通常充有约10kpa的惰性气 体及相应的猝熄气体。 当带电粒子进入计数管的灵敏区域时，将引起管 内气体的电离，电力产生的电子在电场加速下向 阳极运动，一方面因电场加速获得能量，一方面 又因与气体分子碰撞而损失能量。在充有猝熄气 体的计数管中，这些光子大部分将被猝熄气体所吸收，因而达不到阴极，但却会逐步沿铅丝极方向扩展并产生新的电子（光电作用），这些电子又会进一步产生雪崩式的放电。 当电子到达阳极的时候，因为正离子移动的很慢，基本上没有移动能力，从而形成了围绕着丝级的正离子鞘。
由于放电后电子中和了阳极上的一部分电荷， 使得阳极电位降低， 随着正粒子向着阳极运动， 高压电源便通过电阻R 向计数管充电， 使得阳极电位回复， 在阳极上变得到一个负的脉冲电压。 这个负的脉冲电压， 便起到了计数的显示作用。 2. 计数管的特性 2.1 坪特性——包括起始电压、 坪长、 坪斜等 当射入计数管的粒子数目不变时， 改变计数管两级之间所加的高压值， 发现由定标器测得的计数率有变化， 如图所示的曲线。 在这个图中， V0称为起始电压， ΔV=V2-V1称为坪长， 在坪区内， 电压每升高1V 是， 计数率增加的百分数称为坪斜， 由公式表示为 %100*) (12112V V n n n k l --= 坪特性曲线反映了计数管的性能， 所以使用前必须对它进行测量。 2.2死时间， 回复时间与分辨时间 将正离子鞘从r0移动到rc 这段不能输出脉冲的死寂时间称为死时间td ， 而此后正离子鞘从rc 移动到阴极这段时间内， 阳极附近的电场逐步恢复到原来的大小， 这段所消耗的时间称为恢复时间tg 。 将从一个正常呗记录的脉冲之后， 到能产生第二个可触动定标器的脉冲这段时间τ， 叫做分辨时间。 即是说， 只有飞来的两个粒子的时间间隔大于这个分辨时间时， 才能够触发两个能够被识别的定标器脉冲。 由于分辨时间的存在， 有很多粒子将会被漏记， 影响测量值的准确度。 因而需要计数率修正公式进行修正， 修正公式如下 τ m m n -= 2 2.3 计数管的本底 计数管处于工作电压下， 在没有放射源时所测得的计数率叫本底。 在实际测量中需要在实测值中减去本底 2.4计数管的探测效率 探测效率是指当有一个粒子通过计数管的灵敏体积时， 引起一个输出脉冲的概率。
分层训练(十一)探测射线的方法放射性的应用与防护 [基础达标练] 1．原子核A Z X与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知() A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2 C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2 2．下列说法正确的是() A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好 B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算 D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变 3．用α粒子轰击铍-9核，生成一个碳-12核和一个粒子，则该粒子() A．带正电，能在磁场中发生偏转 B．带负电，能在磁场中发生偏转 C．电离本领特别强，是原子的组成部分之一 D．在任何方向的磁场中都不会发生偏转 4．(多选)有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是() A.3015P与3014X互为同位素 B.3015P与其同位素有相同的化学性质 C．用3015P制成化合物后它的半衰期变长 D．含有3015P的磷肥中，3015P可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 5．1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al―→n＋X.X的原子序数和质量数分别为() A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 6．(多选)关于放射线的探测，下列说法正确的是() A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似 B．由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况 C．盖革－米勒计数器探测射线的原理中也利用射线的电离本领 D．盖革－米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质 7．在充氮的云室中做α粒子轰击氮核的实验，如图所示的云室照片中，正确的是() 8．以下是物理学史上3个著名的核反应方程 X＋73Li→2Y Y＋14 7N→X＋17 8O Y＋94Be→Z＋12 6C X、Y和Z是3种不同的粒子，其中Z是() A．α粒子B．质子 C．中子D．电子 9．如图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时会打出粒子流B，经研究知道()
第3、4节探测射线的方法__放射性的 应用与防护 1．1912年英国物理学家威耳逊发明了威耳逊云室。 2．射线可使气体或液体电离，使照相乳胶感光，使荧光物质 产生荧光。 3．原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核 反应。 4．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。 5．1928年由德国物理学家盖革与米勒研制成功了用于探测射 线的盖革－米勒计数器。 6．1934年，约里奥—居里夫妇发现了人工放射性同位素。 7．放射性同位素有很多应用，如应用它的射线，或把它作为 示踪原子；放射性同位素也有很多危害。过量的射线对人 体组织有破坏作用，同时对水源、空气等也有污染。
一、探测射线的方法 1．探测方法 (1)组成射线的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。 (2)射线能使照相乳胶感光。 (3)射线能使荧光物质产生荧光。 2．探测仪器 (1)威耳逊云室 ①原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹。 ②粒子径迹形状：
(2)气泡室：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。 粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹。 (3)盖革－米勒计数器 ①原理：在金属丝和圆筒间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。 ②优点：G-M计数器非常灵敏，使用方便。 ③缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类。 二、核反应和放射线的应用与防护 1．核反应 (1)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 (2)原子核的人工转变 1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。卢瑟福发现质子的核反应方程：14 7N＋42He→17 8O＋11H。 遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。 2．人工放射性同位素 (1)放射性同位素的定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。 (2)人工放射性同位素的发现：1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P。 (3)发现磷同位素的方程：42He＋2713Al→3015P＋10n。 3．放射性同位素的应用与防护 (1)应用射线 应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优良品种等。 (2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于示踪原子。 (3)辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。 1．自主思考——判一判
近代物理实验实验报告 -----盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律 同组者：**** 操作人员：*** 学号：******* 一．实验仪器： G-M计数器，β粒子放射源，脉冲示波器。 二．实验原理： 1.G-M计数器原理： 玻璃管内有圆筒状阴极，在阴极对称轴上装有丝状阳极。先将管内抽成真空，再冲入一定量惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）在G-M计数管两极加上电压V0 ，设其阳极半径为a，阴极半径为b，则沿着管径向位置为r处的电场强度为E=V。/ln(a/b)可见随着r减小，电场强度增大，且在阳极附近急剧增大。 2.脉冲原理： 1.）当射线进入G-M管中使得管中气体电离后，正离子和负离子在管内电场的作 用下分别向阴极和阳极移动。在阳极附近强大的电场作用下，电子获得极大的动能 以至于将阳极附近的气体电离。经过多次碰撞，阳极附近的电子急剧增多，形成了 所谓“雪崩”电子；在这些碰撞中会产生大量紫外线光子，这些光子能够进一步地
产生第二波的“雪崩”效应，增加电子。这个电子不断增多的过程成为气体放大。 2.）雪崩过程发生在阳极附近，加上电子的质量远远小于阳离子的质量，因此电子 很快被阳极吸收，在管内留下一个由大量阳离子构成的阳离子鞘包围着阳极。正离子鞘将随着电离发生而逐渐增厚。由于正离子鞘的作用，阳极附近的电场强度将随之减小，直到电场强度不足以引起雪崩效应，这时雪崩效应停止，阳离子鞘停止生成，G-M管进入恢复过程。在电场的作用下，正离子鞘缓慢地向阴极移动，阳极附近的电场也随之恢复，使得与G-M管串联的电阻记录下一个电压脉冲。 3.）当阳离子到达阴极时会再次打出光电子，如果这些电子再次形成离子放电的话， 一个入射粒子就将产生多个信号了。为了避免再次形成雪崩效应，使得一个入射粒子只产生一个信号，在管内加入少量的卤素气体来吸收这部分电子。 3.脉冲特性： 1.）坪曲线盖革计数器的计数率与电压有 关，如下图。在小于V0 时完全没有计 数，此时管内的电场强度不足以激发电子 雪崩；在V0 到VB 之间，计数率随着电 压快速增大；在VB 到VC 之间，计数率 随着电压小幅地增加，这段直线被成为 “坪”；在VC 之后，计数率随着电压 急速增大。 2.）电源电压越大，负脉冲幅度越大；串联电阻越大，脉冲宽度较宽，幅度也较大。
核辐射探测器 nuclear radiation detector 又称核探测元件(nuclear detection element)。是探测辐射射线用的器件。常用的有电离室、计数管和闪烁计数器、原子核乳胶、固体核径迹探测器和半导体探测器等。这类探测元件可以测量辐射射线和它们的性质。其原理主要是利用射线与物质相互作用时所产生的多种效应。如应用带电粒子与物质作用产生电离的原理制作的电离室、计数管，以及α径迹探测器等；利用其荧光作用做成的闪烁计数器；利用电离和激发所引起的化学反应过程制作原子核乳胶，固体核径迹探测器等。对带电离子可直接应用上述性质，对不带电的粒子(如γ射线)，则应用其与物质作用的三种效应(光电效应、康普顿-吴有训效应、电子对效应)所产生的二次电子来达到上述目的。[1] 计数器 以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。 气体电离探测器 通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M 计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。多丝室和漂移室这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒子经过的区域。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录仪器连接。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目，可从测量离子漂移到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信号并大致规定了事件发生的部位，根据这种原理制成的计数装置称为漂移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多丝室高。半导体探测器辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗做半导体材料，主要有三种类型：①在n型单晶上喷涂一层金膜的面垒型;②在电阻率较高的p型硅片上扩散进一层能提供电子的杂质的扩散结型;③在p型锗（或硅）的表面喷涂一薄层金属锂后并进行漂移的锂漂移型。高纯锗探测器有较高的能量分辨率，对γ辐射探测效率高,可在室温下保存,应用广泛。砷化镓、碲化镉、碘化汞等材料也有应用。闪烁计数器通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成可测的电信号来测量核辐射。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分三大类：①无机闪烁体,常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体，它们对电子、γ辐射灵敏,发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十分有效。其他如用银(Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子;玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射,加入载体后可测量中子；氟化钡(BaF2)密度大，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。②有机闪烁体,包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等),前两种使用普遍。由于它们的光衰减时间短(2～3纳秒,快塑料闪烁体可小于1纳秒)，常用在时间测量中。它们对带电粒
云南大学物理实验教学中心 实验报告 课程名称：近代物理实验 实验项目：盖革一米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律 学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业 指导教师：葛茂茂 实验时间： 2007年 11 月 25 日 8 时 30 分至12时 30 分 实验地点：四合院 实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□
一．实验目的: （1）了解盖革—米勒计数管的工作原理及特点； （2）学会如何测量其特性参数及确定管子的工作电压； （3）掌握测量物质吸收系数的方法，并验证核衰变的统计规律。 二．实验原理 l 、G-M 管的结构和工作原理。 G-M 管的结构类型很多，最常见的有圆柱形和钟罩形两种，它们都是由同轴圆柱形电极构成。测量时，根据射线的性质和测量环境来确定选择哪种类型的管子。对于α和β等穿透力弱的射线，用薄窗的管子来探测；对于穿透力较强的γ射线，一般可用圆柱型计数管。 G-M 管工作时，阳极上的直流高压由高压电源供给，于是在计数管内形成一个柱状对称电场。带电粒子进入计数管，与管内气体分子发生碰撞，使气体分子电离，即初电离(γ粒子不能直接使气体分子电离，但它在阴极上打出的光电子可使气体分子发生电离）。初电离产生的电子在电场的加速下向阳极运动，同时获得能量。当能量增加到一定值时，又可使气体分子电离产生新的离子对，这些新离子对中的电子又在电场中被加速再次发生电离碰撞而产生更多的离子对。由于阳极附近很小区域内电场最强，故此区间内发生电离碰撞几率最大，从而倍增出大量的电子和正离子，这个现象称为雪崩。雪崩产生的大量电子很快被阳极收集，而正离子由于质量 大、运动速度慢，便在阳极周围形成一层 “正离子鞘”，阳极附近的电场随着正离子鞘的形成而逐渐减弱，使雪崩放电停止。此后，正离子鞘在电场作用下慢慢移向阴极，由于途中电场越来越弱，只能与低电离电位的猝灭气体交换电荷，之后被中和，使正离子在阴极上打不出电子，从而避免了再次雪崩。在雪崩过程中,由于受激原子的退激和正负离子的复合而发射的紫外光光子也被多原子的猝灭气体所吸收。这样,一个粒子入射就只能引起依次雪崩。 计数管可看成是一个电容,雪崩放电前加有高压,因而在两极上有一定量的电荷存在,放电后电子中和了阳极上一部分电荷，使阳极电位降低。随着正离子向阴极运动，高压电源便通过电阻 R 向计数管充电，使阳极电位恢复，在阳极上就得到一个负的电压脉冲。因此，一次雪崩放电就得到一个脉冲，即一个入射粒子入射只形成一个脉冲，脉冲幅度的大小由高压电源电压和电阻R 决定,与入射粒子的能量和带电量无关。 2、G-M 管的特性 （1） 坪曲线。在强度不变的放射源照射下,G-M 管的计数率n 随外加电压变化的曲线如图1所示。 由于该曲线存在一段随外加电压变化而变化较小的区间即坪区，因此把它叫做坪曲线。坪曲线的主要参数有起始电压、坪长和坪斜。起始电压即计数管开始放电时的外加电压，图中用0V 表示。坪长即坪区的长度，图中为21V V 和之差。坪斜即坪区的坡度，通常用坪区内电压每增加l00V 时计数率增长的百分比表示： 4 211221101 2n n T n n V V -=?+-（）（V ） [单位:%/(l00V)], (1) 式中T 表示坪斜，1n ，2n 分别对应于1V 和2V 时的计数率。