仿真實(shí)驗(yàn)-G-M計(jì)數(shù)管特性研究

試驗(yàn)十五G-M測(cè)量核輻射的儀器稱為核輻射探測(cè)器，G-M計(jì)數(shù)管是蓋革-米勒計(jì)數(shù)管的簡(jiǎn)稱，它是構(gòu)造簡(jiǎn)潔而又經(jīng)濟(jì)有用的核輻射探測(cè)器。探測(cè)器。本試驗(yàn)中測(cè)量用的G-M計(jì)數(shù)管屬于氣體計(jì)數(shù)器型的核輻射探測(cè)器，其工作物質(zhì)是氣體，其功能是記錄射線粒子的數(shù)目，但不能區(qū)分粒子能量。G-M計(jì)數(shù)管有易于加工，輸出信號(hào)幅度大，配套儀器簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，在放射性測(cè)量方面有廣泛的應(yīng)用，在核物理試驗(yàn)教學(xué)中更是不行缺少的探測(cè)器。【試驗(yàn)?zāi)康摹堪盐誈-M計(jì)數(shù)管的構(gòu)造，工作原理和使用方法。爭(zhēng)論G-M計(jì)數(shù)管的主要特性。學(xué)習(xí)有關(guān)使用放射源的安全操作規(guī)章?！驹囼?yàn)原理】1．G-M計(jì)數(shù)管的構(gòu)造和工作原理2 G-M計(jì)數(shù)管如圖1所示，通常為一密封并抽真空的玻璃管，中心是一根細(xì)金屬絲作為9:1G-M計(jì)數(shù)管有很多類型，β、γβγ型計(jì)數(shù)管；按所充Br，Cl2 1G-M計(jì)數(shù)管粒子進(jìn)入管內(nèi)，由于粒子與管內(nèi)惰性氣體原子的電子之間的庫(kù)侖作用，可使氣體電離(或激發(fā))，形成正、負(fù)離子對(duì)(負(fù)離子即為電子)，這種電離稱為初級(jí)電離。在電場(chǎng)作用下，正，10-7s之內(nèi)會(huì)使雪崩放電普及計(jì)數(shù)管整個(gè)靈敏低于惰性氣體，見(jiàn)表1，因而會(huì)使大量的猝滅氣體電離，使到達(dá)陰極外表的大局部是猝滅氣的電子放射，終止雪崩放電，形成一個(gè)脈沖電信號(hào)。對(duì)于有機(jī)管而言崩式放電過(guò)程終止，起到使放電自猝滅的作用。1幾種氣體的電離電位原〔分〕子ArNe

第一電離能/eV15.7621.56〔16.5亞穩(wěn)態(tài)〕

原〔分〕子BrCl

第一電離能/eV11.7612.90Kr 14.00

CHOH2 5

11.3因此一次放電過(guò)程可在輸出電阻上產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)。漸消耗削減，一般有機(jī)管的使用壽命約108次計(jì)數(shù)。對(duì)于鹵素管來(lái)說(shuō)，被電離的鹵素離子移動(dòng)到陰極后，仍可復(fù)合為分子，因此鹵素分子幾乎不消耗。所以鹵素管的壽命更長(zhǎng)，可達(dá)109次計(jì)數(shù)以上。同時(shí)鹵素管工作電壓也低于有機(jī)管。一個(gè)帶電粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)管，可以引起一次放電過(guò)程而產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖信號(hào)而被記錄。因此，G-M計(jì)數(shù)管對(duì)帶電粒子(如電子)100%。假設(shè)被探測(cè)的是γ射線，可以利用γ離并產(chǎn)生輸出脈沖。所以G-M計(jì)數(shù)管不僅能探測(cè)帶電粒子也能探測(cè)γ光子，不過(guò)對(duì)后者的探1%。2．G-M計(jì)數(shù)管的特性G-M計(jì)數(shù)管的主要特性包括坪曲線，死時(shí)間等。正常的G-M計(jì)數(shù)管在強(qiáng)度不變的放射源的照耀下，測(cè)量計(jì)數(shù)率隨陽(yáng)極和陰極間外加電壓的關(guān)系，得到如圖2所示的曲線，稱為坪曲線。由圖中看出，在外加電壓低于V0時(shí)，粒的閾值。隨著外加電壓的上升，計(jì)數(shù)管開(kāi)頭有計(jì)數(shù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的外加電壓V0，稱為起始電V1到V2這一范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)率卻幾乎不變，這一段外加電壓的范圍稱為坪區(qū)，V2-V1的電壓值稱為坪長(zhǎng)。計(jì)數(shù)管的工作電壓就應(yīng)選擇在此范圍的中點(diǎn)四周。一般有機(jī)管的坪長(zhǎng)約150V~200V，起始電壓約在800V~1100V。而鹵素管坪長(zhǎng)僅約100V280V~350V范圍。不過(guò)計(jì)數(shù)管的坪區(qū)也并非完全平坦，隨著外加電壓的進(jìn)一步上升，計(jì)數(shù)率也稍有增加，如電壓從V1升至VN升至N。其緣由主要是猝滅不夠完全，即猝滅氣體的正離子到達(dá)2 1 2而增加的。為了表示這一特性，定義坪斜T為2T N2N

N1 100% 〔15-1〕(V V)1 2 12T1V時(shí)，引起計(jì)數(shù)率增加的百分率，一般要求合用的計(jì)數(shù)管T<0.1%V-1。當(dāng)計(jì)數(shù)管兩極上所加電壓超過(guò)V時(shí)，計(jì)數(shù)率會(huì)明顯上升，這說(shuō)明已進(jìn)入連續(xù)放電區(qū)，2超過(guò)坪長(zhǎng)區(qū)域。正確的工作電壓。2G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線3．G-M計(jì)數(shù)管的使用方法G-M計(jì)數(shù)管用作射線探測(cè)儀器，要協(xié)作高壓電源，定標(biāo)器和輸出電路使用。高壓電源號(hào)，通過(guò)電容輸出被定標(biāo)器記錄。度適當(dāng)、電壓讀數(shù)指示明確的適宜的電源。粒子數(shù)目。3要正確識(shí)別陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極接高電壓，陰極接低電壓，不能接錯(cuò)。試驗(yàn)中使用的計(jì)數(shù)管多為玻璃外殼圓柱形γβ口材料為薄云母片或聚酯薄膜。3G-M計(jì)數(shù)管的輸出電路【試驗(yàn)內(nèi)容】G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線，確定其工作電壓得到坪曲線。具體試驗(yàn)步驟，數(shù)據(jù)表格等請(qǐng)自行設(shè)計(jì)，僅提示一下留意事項(xiàng)：保證源強(qiáng)不變的條件，除試驗(yàn)室要選擇半衰期比較長(zhǎng)的放射源之外，更重要的是試驗(yàn)過(guò)程中放射源相對(duì)于計(jì)數(shù)管的幾何位置絕不能轉(zhuǎn)變。正確識(shí)別計(jì)數(shù)管的陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極接高電壓。為查找起始電壓，需使定標(biāo)器處于計(jì)數(shù)的工作狀態(tài)，此時(shí)緩慢增加外加電壓，認(rèn)真不行能被記錄。應(yīng)依據(jù)試驗(yàn)要求的精度，正確選擇測(cè)量時(shí)間。在增加外加電壓的過(guò)程中如覺(jué)察計(jì)數(shù)有明顯增加的趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)馬上降低電壓并不再重復(fù)增加電壓。標(biāo)志的坪曲線，計(jì)算待測(cè)量計(jì)數(shù)管的起始電壓V0，坪長(zhǎng)和坪斜T，并確定計(jì)數(shù)管的工作電壓。選擇了工作電壓后，計(jì)數(shù)管就在此電壓數(shù)值下工作，并在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中不再轉(zhuǎn)變。驗(yàn)證放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律〔選作〕性計(jì)數(shù)，也應(yīng)聽(tīng)從統(tǒng)計(jì)分布，如泊松分布或高斯分布。設(shè)在時(shí)間間隔t內(nèi)核蛻變產(chǎn)生的放射性平均計(jì)數(shù)為nnp(n)n較小〔10以下〕時(shí)，聽(tīng)從泊松分布，假設(shè)n比較大〔20以上〕時(shí)，則聽(tīng)從高斯分布。松分布nn泊松分布可寫(xiě)為：Pnn en 〔15-2〕n!n為每次計(jì)數(shù)的值，其平均值為n，而消滅計(jì)數(shù)為np(n)由式〔15-2〕表示，一般將n3~7范圍內(nèi)。具體試驗(yàn)安排是，使用比較弱的放射源〔放射源離計(jì)數(shù)管稍遠(yuǎn)些〕或直接用本底計(jì)數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量時(shí)間間隔，使在此時(shí)間內(nèi)平均計(jì)數(shù)在10以下。重復(fù)測(cè)量400次以上。計(jì)算n，依據(jù)式〔15-2〕p(n)的理論曲線，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果也標(biāo)示在圖上，進(jìn)展比較，爭(zhēng)論試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明什么。平均計(jì)數(shù)較大時(shí)聽(tīng)從高斯分 高斯分布可寫(xiě)為：Pn

1 nn22e 22

〔15-3〕式中

2n稱為方差。試驗(yàn)時(shí)只需選擇稍強(qiáng)些的放射〔放射源離計(jì)數(shù)管近些，或時(shí)間間隔稍長(zhǎng)些，都可滿足n>20，作法與驗(yàn)證泊松分布一樣，但重復(fù)次數(shù)要求500次以上。測(cè)量所得數(shù)據(jù)可作出計(jì)數(shù)與其消滅次數(shù)的直方圖，與理論曲線相比較?！驹囼?yàn)儀器】特性的計(jì)數(shù)管等。有關(guān)定標(biāo)器，高壓電源的使用方法依據(jù)試驗(yàn)室供給的具體儀器及其使用說(shuō)明書(shū)來(lái)操作。60Co137Cs105Bq。有關(guān)使用放射源的安全規(guī)章和留意事項(xiàng)等，可參閱附錄。試驗(yàn)室供給與待測(cè)計(jì)數(shù)管的性能參數(shù)等相協(xié)作的輸出電路板。【試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格】〔1〕測(cè)量起始電壓：V= V0測(cè)量坪曲線2坪曲線數(shù)據(jù)表格電壓電壓/V計(jì)數(shù)/次電壓/V計(jì)數(shù)/次電壓/V計(jì)數(shù)/次電壓/V計(jì)數(shù)/次確定工作電壓：V= V泊松分布。高斯分布?！緮?shù)據(jù)處理】作G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線。計(jì)算坪斜。作泊松分布和高斯分布的直方圖?！靖戒洝渴褂梅派湓吹陌踩?guī)章確的操作下，對(duì)人體可不造成損害。因此要特別重視安全操作又要消退不必要的恐驚感。教學(xué)試驗(yàn)中常使用的放射源多為封閉型且活性很小生的試驗(yàn)素養(yǎng)動(dòng)身，必需嚴(yán)格要求遵守安全操作規(guī)程，這是格外