盖勒-弥勒计数器和放射性探测实验方案

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

当计数管在强度不变的放射源照射下，改变加在计数管两极间的电压，可得到计数率随电压变化的G-M计数管的“坪曲线”。坪曲线的主要参数有起始电压、坪长和坪坡度。

当计数管两极间电压较小时，定标器闭幕不计数。因为此时计数管阳极附近电场强度很小，不足以引起雪崩过程，放电脉冲小，不能触发定标器。当电压增加电压到U2，在这范围内，入射粒子只要电离一个气体分子，就会引起全管放电，所有脉冲都达到可记录的幅度。计数率几乎不再随电压的升高而增加，也不受原始离子对数目的影响，曲线这段叫做“坪区”，对应的电压差U2—U1叫做“坪长”，它是计数管的工作区，通常计数管的工作电压选在坪长的三分之一至二分之一之间，由于坪区的存在，工作电压的波动对计数率影响很小。

在坪区末端，从U2开始，电压若升高，计数率将急剧上升，这时由于电压太高，计数管已进入“连续放电压”。计数管连续放电一次，要消耗大量猝灭气体分子，加速计数管老化。因此，在使用时，一定要避免发生连续放电。

G-M计数管坪曲线图 3．放射性测量的统计规律

放射性物质各原子内部的核衰变是完全随机的、独立的。因此，核辐谢计数遵从统计规律，即泊松分布。

泊松分布公式：p(n)=λn/n! ·e-λ （其中λ为平均计数n’） 上式表明，在时间T内，平均计数为n’时，计数为n出现概率。

当n较大时，用泊松分布计算误差较困难，只要n>10以上，可用高斯分布代替泊松分布。高斯分布公式为：

P(n)= (1/2? n’)*exp[(n’-n)^2/2n],

实测随机抽样n无限多次测量平均数n之间的标准误差，按高斯分布有 ?^2=∫(n’-n)^2P(n)dn=n’;

即 ?=(n’)^1/2;

相对标准误差 En=?n’=1/(n’)^1/2; 一般常用计数率m=n/t表示，基标准误差为

?m?m/t^???

相对标准误差为 Em= ?mm’=1/(mt)^1/2;

从上式看出，测量时间愈长，总的计数愈大，计数率的相对误差愈小。应当说明，上式在无限多次测量地基础上得到的，实际上我们无法也没必要办到，因此将一次测量值作为平均值处理。同时在评定测量结果不确定度时，也将在上述几个公式的基础上进行计算。

4.放射源活度测量

放射源的放射性活度定义为单位时间内衰变的原子核个数。放射性活度常用

10

单位为居里，规定每秒衰变3.7*10次为1居里。放射性活度测量的主要依据是计数器探测的计数率。为了测量准确，第一要考虑仪器的差异，用标准源对仪器进行对比标定；第二要考虑环境已有的放射性影响（如宇宙射线），进行本底计数率校正。

测量时，先对末知源进行测量，设计娄率为mx;将未知源换成标准源，计数率为m0;最后在没有放射源的情况下，仪器的本底计数率为mb,标准源的活度已知为D0，则未知源的活度Dx为：Dx=(mx-mb)/(mo-mb)D0

四．实验仪器

盖革-弥勒（G-M）计数管、自动定标器（带高压电源）、长寿命放射源、铅室及其他物品。 五、实验步骤

１、调节计数时间100s，放上任一源，从280V 至500V 每隔20V 记录一组数据，作出

坪曲线图，求出相应参数。

２、在上一步中选取工作电压（ 2 1 ~U U ），时间取300s，分别测量已知源与未知源的

记数，记录数据。

３、不放源，时间取1s，记录出现了哪些记数及出现的次数，求出500 次中每个记数

出现的概率，做分布曲线图。

４、分不同时间测量，和相同时间多次测量与单次测量比较。研究放射性测量的规律。

５、给定相对标准误差的情况下，利用公式 计算相应时间，并通过实验证实。

电 气 0 4

陈 景 军

0 4 0 6 5 2 1 7

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