實(shí)驗(yàn)蓋革彌勒計(jì)數(shù)器

實(shí)驗(yàn)蓋革彌勒計(jì)數(shù)器第一頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一.實(shí)驗(yàn)原理（一）G－M計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介

G－M計(jì)數(shù)器由G－M計(jì)數(shù)管、高壓電源和定標(biāo)器三部分組成，如圖所示。用高壓電源提供G－M計(jì)數(shù)管的工作電壓，計(jì)數(shù)管在射線作用下可以產(chǎn)生電脈沖，而定標(biāo)器則用來(lái)記錄計(jì)數(shù)管所輸出的脈沖數(shù)。高壓電源前置放大器定標(biāo)器計(jì)數(shù)管探頭RCG-M計(jì)數(shù)管第二頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二在對(duì)射線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，計(jì)數(shù)管的兩電極間要加幾百伏至一千多伏的高壓，在管內(nèi)形成柱狀軸對(duì)稱電場(chǎng)。射線進(jìn)入管內(nèi)，一旦引起氣體電離，所產(chǎn)生的電子就在電場(chǎng)作用下加速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，在陽(yáng)極附近與氣體分子發(fā)生打出次級(jí)電子的碰撞，次級(jí)電子同樣向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，也與氣體分子碰撞，打出更多次級(jí)電子，這樣，在陽(yáng)極附近引起所謂“雪崩”放電。在雪崩過(guò)程中，由于受激原子的退激和正負(fù)離子復(fù)合將發(fā)射大量紫外光光子，這些光子將使雪崩區(qū)沿陽(yáng)極絲向兩端擴(kuò)展，從而導(dǎo)致全管放電。雪崩過(guò)程中產(chǎn)生的大量電子迅速運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極并被中和。而大量的正離子，由于質(zhì)量大，向陰極運(yùn)動(dòng)的速度慢，在陽(yáng)極附近形成一層“正離子鞘”，正離子鞘較緩慢地移到陰極被中和掉。計(jì)數(shù)管可以看作一個(gè)電容器，上述遷移與中和過(guò)程中陽(yáng)極電位降低，隨之高壓電源通過(guò)電阻R向計(jì)數(shù)管充電，使陽(yáng)極電位逐漸恢復(fù)，這樣就在陽(yáng)極上得到一個(gè)負(fù)的電壓脈沖。時(shí)間脈沖幅度第三頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二ncnBVAVB電壓計(jì)數(shù)率VCG-M計(jì)數(shù)管坪特性曲線在進(jìn)入計(jì)數(shù)管的射線粒子數(shù)不變的情況下，定標(biāo)器給出的計(jì)數(shù)率（單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)）隨加在計(jì)數(shù)管兩極上的電壓而變。這一變化關(guān)系曲線稱為G－M計(jì)數(shù)管的坪特性曲線第四頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二時(shí)間脈沖幅度tdτtr靈敏閾（定標(biāo)器）（a）（b）(c)（d）（e）計(jì)數(shù)管放電后的恢復(fù)情況及死時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間可用示波器觀察測(cè)量。將計(jì)數(shù)管陽(yáng)極經(jīng)過(guò)高壓電容接到示波器的Y輸入端（如圖）每次掃描可在熒光屏上得到圖2-1-6中（a）、（b）、（c）、（d）等圖形之一。實(shí)際上看到的是圖2-1-6（e）的圖形，它是多次掃描重疊的結(jié)果。從所見(jiàn)圖形中小脈沖的包跡可以看到脈沖的恢復(fù)情況，亦可確定計(jì)數(shù)器的分辨時(shí)間τ。第五頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（二）核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律與放射性測(cè)量的統(tǒng)計(jì)誤差

1.核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)大量核而言，其衰變遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，有衰變定律

N(t)=N0e-λt其中t表示時(shí)間，N0為t=0時(shí)刻的放射性核數(shù)，N(t)為t時(shí)刻的放射性核數(shù)，λ稱為衰變常數(shù)。第六頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2．泊松分布和高斯分布

設(shè)N為尚未衰變的放射性核數(shù)，n為某時(shí)間t內(nèi)衰變的核數(shù)，假設(shè)該種放射性核的半衰期很長(zhǎng)，即在測(cè)量過(guò)程中可以認(rèn)為N不變，可以推出t時(shí)間內(nèi)有n個(gè)核衰變而其余的核不衰變的幾率為（即統(tǒng)計(jì)學(xué)中的泊松分布公式）

當(dāng)平均數(shù)比較大時(shí)，泊松分布公式化為高斯分布公式

第七頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二當(dāng)=10時(shí)，泊松分布與高斯分布已相當(dāng)接近，如圖所示。-3σ

P(Δ)3σ2σσ0-σ-2σ

高斯分布曲線P(n)0.100.0505101520n泊松分布高斯分布=σ2=10的泊松分布與高斯分布曲線第八頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二.實(shí)驗(yàn)裝置

G－M計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管探頭自動(dòng)定標(biāo)器高壓輸出P至示波器Y輸入第九頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）測(cè)量G－M計(jì)數(shù)管的坪特性（二）觀察測(cè)量次數(shù)對(duì)計(jì)數(shù)率標(biāo)準(zhǔn)誤差的影響（三）觀察本底對(duì)凈計(jì)數(shù)率的影響（四）驗(yàn)證核衰變所遵從的統(tǒng)計(jì)規(guī)律（五）用示波器測(cè)量計(jì)數(shù)管的死時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間第十頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1．計(jì)數(shù)器所記錄的電壓脈沖是如何形成的？脈沖幅度是否與射線能量成正比？計(jì)數(shù)多少是否就是放射源發(fā)射的粒子數(shù)？2．在通常情況下進(jìn)行放射性測(cè)量時(shí)總有本底存在，為得到放射源的凈計(jì)數(shù)率（由放射源引起的計(jì)數(shù)率），必須從測(cè)量得到的總計(jì)數(shù)率中減掉本底計(jì)數(shù)率，試考慮本底對(duì)凈計(jì)數(shù)率誤差的影響。在凈計(jì)數(shù)率很低的情況下如何？在凈計(jì)數(shù)率高的情況下又如何？為使所求得的凈計(jì)數(shù)率滿足一定的精度要求，總計(jì)數(shù)和本底計(jì)數(shù)的測(cè)量時(shí)間應(yīng)如何安排？3．放射性測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)誤差的含義是什么？試舉例說(shuō)明之？思考題第十一頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二參考文獻(xiàn)1.于群，原子核物理實(shí)驗(yàn)方法，第四章