利用X光研究GM计数器的原理和计数特性-复旦大学物理教学试验

利用X光研究G-M计数器的原理和计数特性
王烁1，乐永康2
（1复旦大学力学与工程科学系，2复旦大学物理学系，上海200433）
盖革-穆勒计数器（G-M计数器）是一种在早期核物理实验中使用最广泛的粒子探测器。

由于G-M计数器具有造价低廉、灵敏度高、输出脉冲幅度大等优点，至今仍被普遍用于核物理学和工业领域。

但G-M计数器也有着死时间过长，不能进行快速计数的缺点，在高照射率下的计数结果将严重失真。

在实验教学中，G-M计数器常被用作各种电离辐射的探测器[1-2]。

G-M计数器工作特性的研究和用G-M计数管研究核辐射的统计规律等都是近代物理实验教学的经典内容。

当有电离辐射进入G-M管，由于管内雪崩放电后阳离子鞘的漂移速度很慢，G-M计数器有一个100μs量级的死时间。

测量死时间的一种常用方法是双源法，但该方法只适用于低照射率情形（nτ<<1，n为每秒辐射数，τ为死时间）,而且在实验中往往无法保证两个放射源在单独和同时测量时几何位置和周围环境都相同，所以测量的精度有限。

在实验室的电离辐射源中，X光机具有辐射集中、污染小、强度可调等优点，且照射率和X光的工作电流成很好的线性关系。

本文用X光机作为连续可调的辐射源研究了G-M计数器的输出脉冲波形和死时间，并尝试用校正公式拓展G-M计数器的有效工作范围。

在低照射率下，我们用示波器观察了G-M计数器的完整输出脉冲波形，并从理论上对脉冲的特性作出解释：在不同工作电压时，脉冲幅度和工作电压近似线性关系；脉冲宽度由电路时间常数决定，选择合适的采样电阻可以在脉冲幅度和脉冲宽度的选择上得到较优的结果，从而适当拓展G-M计数器的有效工作范围。

通过改变X光机的工作电流，记录G-M计数器在不同照射率下的计数结果，根据死时间对计数率的影响规律我们可以拟合出死时间，并得到计数率的校正公式。

基于这个校正公式，我们成功地将G-M的计数器的最大有效计数率从1500/s拓展至4000/s。

参考文献
[1] 复旦大学等. 原子核物理实验方法[M]. 北京: 原子能出版社，1997.
[2] 北京大学，复旦大学. 核物理实验[M]. 北京：原子能出版社，1984.。