盖勒-弥勒计数器和放射性探测实验方案

1、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

2、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

3、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

4、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107108次以后，就不能猝灭第二次放电了。2G-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

5、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U2U1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，

6、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)=n/n! e- （其中为平均计数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n10以上，可用高斯分布代替泊松分布。高斯分布公式为：P(n)= (1/2p n)*exp(n-n)2/2n,实测随机

7、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 d2=(n-n)2P(n)dn=n;即 d =(n)1/2;相对标准误差 En=d/ n=1/(n)1/2;一般常用计数率m=n/t表示，基标准误差为dm =(m/t) 1/2;相对标准误差为 Em= dm/m=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

8、常用单位为居里，规定每秒衰变3.7*1010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、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。、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。、不放源，时间取1s，记录出现了哪些记