近代物理實驗蓋革米勒計數(shù)器名師優(yōu)質(zhì)課獲獎市賽課一等獎課件

蓋革-彌勒計數(shù)器及核衰變統(tǒng)計規(guī)律第1頁目錄試驗背景；試驗目標；試驗原理；試驗裝置；試驗內(nèi)容。12345第2頁試驗背景

蓋革名字同一個在1913年創(chuàng)造探測高能亞原子粒子儀器聯(lián)絡在一起，就是所謂“蓋革計數(shù)器”。蓋革計數(shù)器是一個裝有氣體圓筒，上面加有很高電勢，不過還沒有高到能克服氣體電阻將它擊穿地步。假如有一個高能亞原子粒子進入圓筒，它將使其中氣體一個分子電離。新產(chǎn)生這個離子以很高能量向陰極運動，途中經(jīng)過碰撞，再使另外一些原子電離；這些電離原子本身又開始運動，再深入電離其它原子。這就是說，圓筒內(nèi)氣體發(fā)生了一次“雪崩”電離過程。因為這個過程，圓筒內(nèi)氣體會經(jīng)過一個瞬時電流，它能夠被統(tǒng)計下來而發(fā)出一次咔嗒聲。這種咔嗒聲統(tǒng)計就是粒子進入圓筒事件。本試驗中用來測量β射線和γ射線強度。

蓋革（1882.9.30～1945.9.24德國物理學家）第3頁試驗目標（1）了解蓋革-彌勒計數(shù)器（G-M計數(shù)器）結(jié)構(gòu)，工作原理和性能，掌握G-M計數(shù)器使用方法；（2）驗證核衰變統(tǒng)計規(guī)律，了解放射性測量中統(tǒng)計誤差性質(zhì)，掌握其表示方法。第4頁試驗原理一、G-M計數(shù)器介紹：G-M計數(shù)器由G-M計數(shù)管，高壓電源和定標器三部分組成，如圖2-1-1所表示。用高壓電源提供G-M計數(shù)管工作電壓，計數(shù)管在射線作用下能夠產(chǎn)生電脈沖，而定標器則用來統(tǒng)計計數(shù)管所輸出脈沖數(shù)。第5頁二、G-M計數(shù)管：G-M計數(shù)管按用途可分為β計數(shù)管（如圖2-1-2a）和γ計數(shù)管（如圖2-1-2b）。首先抽真空，而后充入惰性氣體和猝滅氣體。產(chǎn)生脈沖機理，兩極間加高電壓，產(chǎn)生軸對稱電場；射線使氣體電離，電子加速向陽極移動，與氣體分子碰撞產(chǎn)生次級電子，進而鏈式這個過程，在陽極附近產(chǎn)生“雪崩放電”。產(chǎn)生紫外光子，使全管放電。第6頁正離子慢速移向陰極，如“正離子鞘”。整個計數(shù)管如一個電容器，充放電使陽極產(chǎn)生負電壓脈沖猝滅氣體作用，惰性氣體正離子經(jīng)過與猝滅氣體分子碰撞，逐步被轉(zhuǎn)換成猝滅氣體正離子，這些正離子在抵達陰極之前本身分解為小分子，而不再打出電子，從而猝滅氣體起到了猝滅連續(xù)放電作用。第7頁三、G-M計數(shù)管性能：1、坪特征——坪長、坪坡度、閥電壓，如右圖VA為閥電壓，VB至VC是坪區(qū)（雪崩放電，凡在管內(nèi)引發(fā)電離粒子都能被定標器統(tǒng)計下來），其中VC-VB為坪長度，坪有一定坡度，坪坡度定義為2、死時間、恢復時間和分辨時間——正離子鞘減弱了陽極附近電場，此時不能被統(tǒng)計，經(jīng)過td時間鞘運動到r0（距陽極），使電場剛好到達能夠引發(fā)第8頁雪崩放電，td為死時間；正離子鞘從r0運動到陰極時間tr稱為恢復時間，此內(nèi)，電場未完全恢復，脈沖幅度較小。若τ時間后出現(xiàn)脈沖，則τ被稱為分辨時間。這些量能夠由示波器測得，如圖第9頁

第10頁

第11頁

第12頁試驗裝置

第13頁試驗內(nèi)容（一）測量G-M計數(shù)管砰特征首先連接好電路，置放射源于計數(shù)管適當位置。依據(jù)計數(shù)管類型選擇定標器選擇定標器高壓電源輸出電壓檔。將電壓調(diào)整旋鈕調(diào)至輸出電壓最低位置。打開定標器電源開關(guān)，再打開高壓開關(guān)，使定標器處于計數(shù)狀態(tài)。遲緩升高電壓，找出闊電壓。按計數(shù)相對標準誤差約為2%選取計數(shù)時間，今后每隔20伏測量一次計數(shù)，直至砰區(qū)終止。測量結(jié)束后，將高壓調(diào)至闊電壓以下。畫出曲線，標出每個試驗點誤差，中間原點計數(shù)N，上下橫N+??和N-??，求出坪長度、坪坡度，確定閥電壓及適宜工作電壓范圍。第14頁（二）觀察測量次數(shù)對計數(shù)率標準誤差影響1、測量本底計數(shù)率（沒有放射源存在時計數(shù)率）。依據(jù)砰曲線選取工作電壓，測量時間取1分鐘共測5次。分別求出每次標準誤差和相對標準誤差。再求出5次測量平均計數(shù)率及其標準誤差，相對標準誤差。將平均計數(shù)率誤差與單次計數(shù)率誤差比較，并討論之；2、測5分鐘本底計數(shù)。由測量值算出每分鐘本底計數(shù)率及其標準誤差，相對標準誤差。將其結(jié)果與試驗（1）中結(jié)果做比較，并討論之。（四）驗證核衰變所遵從統(tǒng)計規(guī)律利用本底計數(shù)驗證泊松分布。依據(jù)本底計數(shù)率大小，選定一個適當時間，使得該時間平均計數(shù)

在3~5之間。以此時間為測量時間，重復測量300次以上第15頁計算出試驗中某一測量值出現(xiàn)幾率，畫出泊松分布理論曲線。將兩條曲線畫在同一坐標紙上進行比較。注意事項：