近代物理实验盖革米勒计数器

盖革 弥勒计数器及核衰变的统计规律 目录 实验背景 实验目的 实验原理 实验装置 实验内容 1 2 3 4 5 实验背景 盖革的名字同一种在1913年发明的探测高能亚原子粒子的仪器联系在一起 就是所谓的 盖革计数器 盖革计数器是一个装有气体的圆筒 上面加有很高的电势 但是还没有高到能克服气体的电阻将它击穿的地步 如果有一个高能亚原子粒子进入圆筒 它将使其中气体的一个分子电离 新产生的这个离子以很高的能量向阴极运动 途中通过碰撞 再使另外一些原子电离 这些电离的原子本身又开始运动 再进一步电离其他原子 这就是说 圆筒内的气体发生了一次 雪崩 电离过程 由于这个过程 圆筒内的气体会通过一个瞬时电流 它可以被记录下来而发出一次咔嗒声 这种咔嗒声记录的就是粒子进入圆筒的事件 本实验中用来测量 射线和 射线的强度 盖革 1882 9 30 1945 9 24德国物理学家 实验目的 1 了解盖革 弥勒计数器 G M计数器 的结构 工作原理和性能 掌握G M计数器的使用方法 2 验证核衰变的统计规律 了解放射性测量中统计误差的性质 掌握其表示方法 实验原理 一 G M计数器简介 G M计数器由G M计数管 高压电源和定标器三部分组成 如图2 1 1所示 用高压电源提供G M计数管的工作电压 计数管在射线作用下可以产生电脉冲 而定标器则用来记录计数管所输出的脉冲数 二 G M计数管 G M计数管按用途可分为 计数管 如图2 1 2a 和 计数管 如图2 1 2b 首先抽真空 而后充入惰性气体和猝灭气体 产生脉冲的机理 两极间加高电压 产生轴对称电场 射线使气体电离 电子加速向阳极移动 与气体分子碰撞产生次级电子 进而链式这个过程 在阳极附近产生 雪崩放电 产生紫外光子 使全管放电 正离子慢速移向阴极 如 正离子鞘 整个计数管如一个电容器 充放电使阳极产生负的电压脉冲猝灭气体的作用 惰性气体的正离子通过与猝灭气体分子碰撞 逐渐被转换成猝灭气体的正离子 这些正离子在到达阴极之前本身分解为小分子 而不再打出电子 从而猝灭气体起到了猝灭连续放电的作用 三 G M计数管的性能 1 坪特性 坪长 坪坡度 阀电压 如右图VA为阀电压 VB至VC是坪区 雪崩放电 凡在管内引起电离的粒子都能被定标器记录下来 其中VC VB为坪长度 坪有一定的坡度 坪坡度定义为2 死时间 恢复时间和分辨时间 正离子鞘减弱了阳极附近的电场 此时不能被记录 经过td时间鞘运动到r0 距阳极 使电场刚好达到可以引起 雪崩放电 td为死时间 正离子鞘从r0运动到阴极的时间tr称为恢复时间 此内 电场未完全恢复 脉冲幅度较小 若 时间后出现脉冲 则 被称为分辨时间 这些量可以由示波器测得 如图 实验装置 实验内容 一 测量G M计数管的砰特性首先连接好电路 置放射源于计数管适当位置 根据计数管类型选择定标器选择定标器高压电源输出电压档 将电压调节旋钮调至输出电压最低位置 打开定标器电源开关 再打开高压开关 使定标器处于计数状态 缓慢升高电压 找出阔电压 按计数的相对标准误差约为2 选取计数时间 此后每隔20伏测量一次计数 直至砰区终止 测量结束后 将高压调至阔电压以下 画出曲线 标出每个实验点的误差 中间原点计数N 上下横N 和N 求出坪长度 坪坡度 确定阀电压及适宜的工作电压范围 二 观察测量次数对计数率标准误差的影响1 测量本底计数率 没有放射源存在时的计数率 根据砰曲线选取工作电压 测量时间取1分钟共测5次 分别求出每次的标准误差和相对标准误差 再求出5次测量的平均计数率及其标准误差 相对标准误差 将平均计数率的误差与单次计数率的误差比较 并讨论之 2 测5分钟本底计数 由测量值算出每分钟的本底计数率及其标准误差 相对标准误差 将其结果与实验 1 中结果做比较 并讨论之 四 验证核衰变所遵从的统计规律利用本底计数验证泊松分布 根据本底计数率的大小 选定一个合适的时间 使得该时间的平均计数在3 5之间 以此时间为测量时间 重复测量300次以上 计算出实验中某一测量值出现的几率 画出泊松分布的理论曲线 将两条曲线画在同一坐标纸上进行比较 注意事项