gm计数器工作原理

盖革米勒计数器的原理

盖革米勒计数器（Gigemiller counter）是一种用于测量辐射的设备，通过利用辐射与物质相互作用所产生的电离效应原理进行计数。

其工作原理如下：

1. 辐射入射：当辐射（如射线或粒子束）通过盖革米勒计数器时，与物质相互作用，产生电离效应。

2. 电离效应：辐射中的粒子通过与原子、分子碰撞，会从原子或分子中移除电子，形成正离子和自由电子对。

3. 电流放大器：通过放大器将自由电子对产生的微弱电流信号放大，以便能够进行信号测量和计数。

4. 计数器：放大后的电流信号被计数器接收，计数器中的电子元器件记录和累计辐射粒子击中探测器的次数。

5. 显示结果：通过显示装置将测量得到的计数结果展示出来，通常以单位时间内的计数次数来表示辐射强度。

盖革米勒计数器的原理基于辐射与物质之间的相互作用，通过测量辐射粒子的电离效应产生的电流信号进行计数。它是一种常用的粒子探测器，被广泛应用于核物理实验、医学放射诊断等领域。

近代物理实验I PHYS130058.06 GM计数器分辨时间的测量 张路 08300190041

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。

（工作分析）计数器工作原理的模式化分析

计数器工作原理的模式化分析

时序逻辑电路是《脉冲和数字电路》这门课程的重要组成部分，计数器是时序逻辑电路基础知识的实际应用，其应用领域非常广泛。计数器原理是技工学校电工电子专业学生必须重点掌握的内容，也是本课程的考核重点，更是设计计数器或其他电子器件的基础。

但近年来技校学生的文化理论基础和理解能力普遍较差，按照课件体系讲授计数器这个章节的知识，超过70%的学生听不懂。

我先后为四届学生讲授过这门课，于教学实践中摸索出壹套分析计数器的方法——模式化分析，即把分析步骤模式化，引导学生按部就班地分析计数器。用这种方法分析，我只要以其中壹种计数器（如异步二进制计数器）为例讲解，学生便能够自行分析其他计数器。

教学实践证明，用这种方法讲授计数器知识，学生比较感兴趣，觉得条理清晰，易于理解，掌握起来比较轻松。这种方法仍有壹个好处，不管是同步计数器仍是异步计数器，不管是二进制计数器仍是十进制计数器，不管是简单的计数器仍是复杂的计数器，只要套用这种方法，计数器工作原理迎刃而解。即使是平时基础很差的学生，只要记住几个步骤，依葫芦画瓢，也能把计数器原理分析出个大概来。

一、 明确计数器概念

分析计数器当然要先清楚什么是计数器啦。书上的概念是：计数器是数字系统中能累计输入脉冲个数的数字电路。我告诉学生，计数器就是这样壹种电子设备：把它放于教室门口，每个进入教室的同学均于壹个按钮上按壹下，它就能告诉你壹共有多少位同学进入教室。其中，每个同学按壹下按钮就是给这个设备壹个输入信号，N个同学就给了N个信号，这N个信号就构成计数器的输入CP脉冲，计数器要统计的就是这个CP脉冲系列的个数。当然，如果没有接译码器，计数器的输出端显示的是二进制数而非十进制数，比如有9位同学进入教室，它不显示“9”，而是显示“1001”。

随后，我简要介绍了计数器的构成和分类，且强调，计数器工作前必须先复位，即每个触发器的输出端均置零。

计数器工作原理及应用

除了计数功能外，计数器产品还有一些附加功能，如异步复位、预置数（注意，有同步预置数和异步预置数两种。前者受时钟脉冲控制，后者不受时钟脉冲控制）、保持（注意，有保持进位和不保持进位两种）。虽然计数器产品一般只有二进制和十进制两种，有了这些附加功能，我们就可以方便地用我们可以得到的计数器来构成任意进制的计数器。下面我们举两个例子。在这两个例子中，我们分别用同步十进制加法计数器74LS160构成一个六进制计数器和一个一百进制计数器。

因为六进制计数器的有效状态有六个，而十进制计数器的有效状态有十个，所以用十进制计数器构成六进制计数器时，我们只需保留十进制计数器的六个状态即可。74LS160的十个有效状态是BCD编码的，即0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001[图5-1]。

图5-1

我们保留哪六个状态呢？理论上，我们保留哪六个状态都行。然而，为了使电路最简单，保留哪六个状态还是有一点讲究的。一般情况下，我们总是保留0000和1001两个状态。因为74LS160从1001变化到0000时，将在进位输出端产生一个进位脉冲，所以我们保留了0000和1001这两个状态后，我们就可以利用74LS160的进位输出端作为六进制计数器的进位输出端了。于是，六进制计数器的状态循环可以是0000、0001、0010、0011、0100和1001，也可以是0000、0101、0110、0111、1000和1001。我们不妨采用0000、0001、0010、0011、0100和1001这六个状态。

如何让74LS160从0100状态跳到1001状态呢？我们用一个混合逻辑与非门构成一个译码器[图5.3.37b]，当74LS160的状态为0100时，与非门输出低电平，这个低电平使74LS160工作在预置数状态，当下一个时钟脉冲到来时，由于等于1001，74LS160就会预置成1001，从而我们实现了状态跳跃。