试验1盖革—弥勒计数器的特性预习提要试验目的试验仪器
实验盖革弥勒计数器
的几率为（即统计学中的泊松分布公式 ）
P(n) (n)n en n!
当平均数比较大时，泊松分布公式化为高斯分布公式
P()
1
2
e 2
2
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当 n =10时，泊松分布与高斯分布已相当接近，如图所示。
P(Δ) P(n)
第3页，本讲稿共12页
计数率
nc
在进入计数管的射线粒子数 不变的情况下，定标器给出 nB 的计数率（单位时间内的计 数）随加在计数管两极上的 电压而变。这一变化关系曲 线称为G－M计数管的坪特性
曲线
VA
VB
VC
电压
G-M计数管坪特性曲线
第4页，本讲稿共12页
计数管放电后的恢复情况及死时间 、恢复时间可用示波器观察测量。 将计数管阳极经过高压电容接到示 波器的Y输入端（如图） 每次扫描可
1 2
0.10
0.05
泊松分布 高斯分布
-3σ -2σ -σ
0σ
2σ 3σ
高斯分布曲线
0
5
10
15
20
n
n =σ2=10的泊松分布与高斯分布曲线
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二. 实验装置
G－M计数管
高压输出
计数管探头
自动定标器
P
至示波器Y输入
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三. 实验内容
（一）测量G－M计数管的坪特性
在荧光屏上得到图2-1-6中（a）、 （b）、（c）、（d）等图形之一。 实际上看到的是图2-1-6（e）的图 形，它是多次扫描重叠的结果 。从所见图形中小脉冲的包迹 可以看到脉冲的恢复情况，亦 可确定计数器的分辨时间τ。
盖革计数器
实验一G-M计数管特性实验人：*** 合作人：*** 实验时间：2012/04/02【实验目的】1、了解G-M计数器的基本性能2、掌握G-M计数器的使用方法【实验原理】一、G-M计数器的工作原理及其特性G-M计数器是核辐射测量中最基本的气体探测器之一，它主要用来测量γ射线和β射线的强度，也可以用来测量α射线和Ｘ射线。
1、气体探测器中收集的电离离子对数和和外电压的关系曲线图 1 电离离子对数和和外电压的关系曲线G-M区：当气体放大系数M足够大时，电子雪崩持续发展成自激放电，此时增值的离子对总数与原电离无关。
G-M计数器是工作于G-M区的计数器。
2、G-M计数器的优点：（1）灵敏度高；（2）脉冲幅度大;（3）稳定性高；(4)计数器的大小和几何形状可按探测粒子的类型和测量的要求在较大范围内变动；（5）结构简单、使用方便、成本低廉。
3、G-M计数器工作原理：α、β等粒子进入计数管，与管内惰性气体分子碰撞而引起后者电离; 电离产生的电子在强电场下获大动能向正极运动; 电子在运动过程中再与工作气体的分子碰撞而导致新的电离（经过多次碰撞电离）正负离子迅速增值尤其在阳极附近的空间电场最强，次级电子急剧倍增，从而引起沿整条粒子轨线的“电子雪崩”现象，在阳极上便发生放电而产生一个电流脉冲输出。
钟罩形G-M计数器。
主要用于α和β放射性的测量。
由于α和β射线的穿透力差，必须经过特殊的入射图2计数管窗射入计数管才能被探测到。
阳极丝一端固定，另一端不固定，点上一个小玻璃珠，以避免尖端放电，也避免抽气时刺破云母窗。
图 3 G-M计数器的输出脉冲波形G-M计数器的输出脉冲波形如上图3所示。
G-M计数器的输出脉冲由放电后增值的电子和正离子的运动形成的，主要是正离子脉冲的贡献。
其波形与正比计数器的输出脉冲波形类似。
4、计数管的死时间和恢复时间。
死时间（tD）：入射粒子进入计数管引起放电后，形成正离子鞘，使阳极周围的电场削弱，终止了放电。
盖革弥勒计数器及核衰变的统计规律
盖革--弥勒计数器及核衰变的统计规律一．实验目的1. 掌握G-M计数器的工作基础，测定其有关特性，学会使用。
2. 以G-M计数器为测试设备，验证核衰变的统计规律。
3. 学会使用放射性测量结果的误差表示法，学会多次测量结果的误差计算及测试时间的选择。
二．实验仪器盖革--弥勒计数器、放射源、铅室、定标器三．实验原理1. G-M计数器的工作原理G-M计数管有各种不同的结构，本实验选用长圆柱形γ计数管，它们都由圆筒状的阴极和装在轴线上的阳极丝共同密封在玻璃管内组成。
管内充以一定量的惰性气体（氩居多）和少量猝灭气体（为了使一个放射性粒子引起放电后只记一次）。
计数管工作时，在计数管阳极加上直流高压，则在计数管的阳极和阴极（接地）之间形成径向分布的电场。
射线进入管内，与管壁或气体分子相互作用引起管内气体电离，所产生的负离子（实际上即电子）在电场加速下向阳极移动，在到达阳极之前与气体分子发生多次碰撞，打出很多次级电子，这些次级电子也在电场加速下向阳极运动，并在运动过程中与气体分子发生多次碰撞，打出更多次级电子，这样就引起了“雪崩”放电。
在“雪崩”过程中，由于受激原子的退激和正负离子复合产生的光子被猝灭分子吸收。
电子质量小，运动速度快，正离子质量大，运动速度慢，电子到达阳极后，阳极周围形成一层“正离子鞘”，阳极附近的电场随“正离子鞘”的形成而减弱，以致新电子无法增值，放电便终止了。
计数管可看做一个电容器，放电前加了高压，于是在两极上就带有了一定量的电荷，放电过程中在阳极得到一个负电压脉冲。
负脉冲的幅度与电源电压以及电阻R的大小有关，电压高则负脉冲的幅度高；电阻大，脉冲的宽度较大，幅度也较高。
2. G-M计数器的特性1）坪特性——包括起始电压、坪长、坪斜等当射入计数管的粒子数目不变时，改变计数管两极间所加电压值，发现定标器计得的计数率（单位时间内计数）是变化的，曲线中间有一段平坦的部分，所以称其为“坪特性曲线”。
在强度不变的放射源照射下,G-M管的计数率n 随外加电压变化的曲线即坪曲线如图所示。
大学物理实验课程教学大纲物理实验中心河北工业大学
大学物理实验课程实验教学大纲课程名称：大学物理实验英文名称：University Physics Experiment实验学时：60学时（春天学期30学时；秋季学期30学时）适应专业：全校理工科各专业一、实验目的：物理学是研究物质运动一般规律及物质大体结构的科学，是自然科学的基础。
它的进展不仅推动了整个自然科学，而且对人类的物质观、时空观、宇宙观乃至人类文化都产生了深刻的影响。
物理学的研究必需以客观事实为基础，必需依托观察和实验。
物理实验在物理学的进展进程中起着重要的和直接的作用。
实验能够发觉新事实，实验结果能够为物理规律的成立提供依据。
归根结底物理学是一门实验科学，无论物理概念的成立仍是物理规律的发觉都必需以严格的科学实验为基础，并通过此后的科学实验来证明。
实验物理与理论物理相辅相成。
规律、公式是不是正确必需经受实践查验。
只有经受住实验的查验，由实验所证明，才会取得公认。
物理学又是今世技术进展最主要的源泉。
物理实验的方式、思想、仪器和技术已经被普遍地应用在各个自然科学领域和技术部门和其他学科领域。
本课程是高校各理工科专业开设的一门基础实验课，它与普通物理理论课程既有紧密的联系，又彼此独立。
它不同于一般的探索性的科学实验研究，每一个实验题目都通过精心设计、安排，实验结果也比较有定论。
它不仅能够加深大家对理论的理解，更重要的是可使同窗取得大体的实验知识，在实验方式和实验技术诸方面取得较为系统、严格的训练，是大学生进行自主学习、创新训练及科学研究的第一步，同时在培育科学工作者的良好素质及科学世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化的作用。
本课程的主要目的和任务：1.通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生进一步掌握物理实验的“大体知识，大体方式和大体技术”（即“三基”能力）；并能运用物理学原理和物理实验方式来研究物理现象和规律，加深对物理学原理的理解。
2.培育与提高学生从事科学实验的素质。
其中包括：理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作态度；不怕困难，主动进取的探索精神；遵守操作规程，珍惜公共财物的优良道德；和在实验进程中彼此协作，一路探索的团队合作精神。
盖革—弥勒计数器和核衰变的统计规律
分辨时间的测量
假设测得计数率m，分辨时间为τ，则单位时间内有mτ 时间要产生漏记。若实际的计数率为n，则单位时间内的 漏记数为nmτ
n-m=nmτ
修正后的计数率公式 ：n=m/(1-mτ)
双源法测量分辨时间
• nA=mA/(1-ma τ) • nB=mB/(1-mB τ) • Nab=nA+nB=mAB/(1-mAB τ) • τ =(mA+mB-mAB)/2mAmB
fj :每个分组区间中实际观测到的次数 fj’:每个分组区间中按理论分布应有的出现次数
• 算出随机变数x2所取的值大于某个预定值x21- α的概率P(x2>x21- α), 令此概率为α
• 在检验时，先设定一个小概率α,称为显著性水平，一般设为0.10，可 从表中找到对应的x21- α
• 自由度v=r-s-1 • 若x2<x21- α，则小概率事件未发生，认为此组数据服从泊松分布
核衰变的统计规律
在t时间内平均衰变的原子核的数目：m=N(1-e-λt)
每个核在t时间内发生衰变的几率为1-e-λt，不发生衰变 的几率为e-λt
在t时间内，在N个原子核中有n个核发生衰变的几率为
p(n)=CNn(1-e-λt)n(e-λt)N-n
当N很大且λt<<1时，二项式分布简化为泊松分布
射粒子的数目
所产生的负离子在电场 加速下向阳极运动
负离子与气体分子发生 碰撞打出更多的次级电
子，引起了“雪崩放 电”，在阳极上便得到
一个负的电压脉冲
为了使一个辐射粒子 引起放电后只计一次 数，在计数管内加入 少量猝灭的气体，用 来猝灭正离子鞘和电 离产生的离子增殖。
电流I与计数率的关系
图（1）
盖革-弥勒计数管及核衰变的统计规律实验报告
改革-弥勒计数器及核衰变的统计规律姓名：学号：一、实验目的了解盖革-弥勒计数器的结构、工作原理、性能、特性，学会其使用方法。
掌握核衰变的统计规律。
二、实验仪器G-M计数器，β粒子放射源，脉冲示波器三、实验原理（一）盖革-弥勒计数的工作原理结构：原理：盖革弥勒计数器（G-M计数器）是射线气体探测器中应用最广泛的一种，主要测量ß射线和γ射线的强度。
它由G-M计数管，高压电源，定标器三部分组成。
高压电源为计数管提供工作电压，计数管在射线作用下产生脉冲，定标器则来记录计数管输出的脉冲数。
玻璃管内有圆筒状阴极，在阴极对称轴上装有丝状阳极。
先将管内抽成真空，再冲入一定量惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）。
ß形和γ形不同在于钟罩下是云母片，因为ß射线穿透力低，为提高探测效率采取的措施。
使用G-M计数器测量时，两极间形成柱状轴对称电场。
射线进入，引起气体电离，所产生电子就向阳极移动，在阳极附近与气体分子发生打出次级电子的碰撞，电子同样向阳极移动。
引起“雪崩”放电。
将产生大量紫外光光子，引起全管放电。
大量电子移动到阳极被中和。
大量正离子由于质量大，移动缓慢，在阳极附近形成正离子鞘。
可将计数器看作电容器，使阳极得到一个负的脉冲。
电源高，波幅大：电阻高，脉冲宽。
（二）计数管的特性开始输出小，计数器示零，电压超过某一值时，定标器开始计数，此时电压Va 为阈电压。
随着脉冲幅度升高，计数率迅速增加，升到Vb 时，只要产生一个离子对，就能引起全管雪崩放电。
进一步升高，只能提高幅度，不能增加个数，直到Vc ，称为坪区。
Vc-Vb 为坪长度。
坪斜]%100[)(2212121每伏特⋅-⋅+-=V V n n n n ε，表示为电压升高1伏计数率的相对增加量。
（三）核衰变的统计规律及测量数据的处理 1、衰变规律：对大量核而言，其衰变遵从统计规律，有衰变定律-λλ0(t)e N =N其中t 表示时间，N0为t=0时刻的放射性核数，N(t)为t 时刻的放射性核数，λ称为衰变常数。
G-M实验
指导教师：赖发春
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
实验目的
1.了解盖革——弥勒计数管的结构、原理及特 性。 2.测量盖革——弥勒计数管坪曲线，并正 确选择其工作电压。 3.测量盖革——弥勒计数 管的死时间、恢复时间和分辨时间。
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
实验仪器
G－M计数管，前置放大器，自动定标器，
率。
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
实验证明，在对长寿命放射性强度进行多次重复 测量时，即使条件相同，每次测量的结果仍然不 同；然而，每次结果都围绕着某一个平均值上下 涨落，服从一定的统计规律。假如在时间τ内，核 衰变平均数是n，每秒核衰变数为n的出现几率p
（n）服从统计规律的泊松分布
物理学实验教学示范中心
示波器和放射源2个。
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
实验原理
盖革——弥勒计数管简称G－M计数管，是核辐 射探测器的一种类型，它只能测定核辐射粒子的 数目，而不能探测粒子的能量。它具有价格低廉、 设备简单、使用方便等优点，被广泛用于放射测 量的工作中。
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
G－M计数有各种不同的结构，最常见的有钟罩形 β 计数管和圆柱形计数管两种，这两种计数管都 是由圆柱状的阴极和装在轴线上的阳极丝密封在 玻璃管内而构成的，玻璃管内充一定量的某种气 体，例如，惰性气体氩、氖等，充气的气压比大
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
G－M计数管的坪曲线
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
由于正离子鞘的存在，因而减弱了阳极附近的电
场，此时若再有粒子射入计数管，就不会引起计 数管放电，定标器就没有计数，随着正离子鞘向 阴极移动，阴极附近的电场就逐渐得到恢复，当 正离子鞘到达计数管半径r0处时，阳极附近电场 刚刚恢复到可以使进入计数管的粒子引起计数管 放电，这段时间称为计数管的死时间，以td来表 示；正离子鞘从r0到阴极的一段时间，我们称为 恢复时间，以tr表示。在恢复时间内由于电场还 没有完全恢复，所以粒子射入计数管后虽然也能 引起放电，但脉冲幅度较小，当脉冲幅度小于定 标器灵敏阈时，则仍然不能被定标器记录下来， 随着电场的恢复，脉冲幅度也随之增大，如果在τ 时间以后出现的脉冲能被定标器记录下来，那么τ 就称为分辨时间。
盖革弥勒计数器及核衰变的统计规律实验报告
盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律盖革-弥勒计数器是气体探测器的一种，用来测定射线强度，既单位时间的粒子个数。
近年来，随着闪烁探测器及半导体探测器的发展，其重要性有所下降，但由于它的设备简单，使用方便，在有关的放射性测量中仍在广泛使用。
一、实验目的掌握G-M计数器的工作基础，测定其有关特性，学会使用；以G-M计数器未测试设备，验证核衰变的统计规律；学会使用放射性测量结果的误差表示法，学会多次测量结果的误差计算及测试时间的选择。
二、实验原理1、G-M计数器原理：G-M计数器是利用射线使计数管内的工作气体电离，然后收集产生的电荷来记录射线的探测器。
玻璃管内有圆筒状阴极，在阴极对称轴上装有丝状阳极。
先将管内抽成真空，再充入一定量的惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）在G-M计数管两级加上电压，设其阳极半径为a，阴极半径为b，阳极与阴极间的电压为U，则沿着管径向位置为r处的电场强度为，可见随着r减小，电场强度增大，且阳极附近急剧增大。
2、脉冲原理（1）当射线进入G-M管中使得管中气体电离后，正离子和负离子在管内电场的作用下分别向阴极和阳极移动。
在阳极附近强大的电场作用下，电子获得强大的动能以至于将阳极附近的气体电离。
经过多次碰撞，殃及附近的电子急剧增多，形成了“雪崩电子”；在这些碰撞中会产生大量的紫外线光子，这些光子能进一步的产生第二波的“雪崩”效应，增加电子。
这个电子不断增加的过程称为气体放大。
（2）雪崩过程发生在殃及附近，加上电子的质量远远小于阳离子的质量，速度比阳离子快，因此电子很快被阳极吸收，在管内留下一个被大量阳离子构成的阳离子鞘包围着的阳极。
正离子鞘将随着电离的发生逐渐增厚，由于正离子鞘的作用，阳极附近的电场将随之减小，以致新电子无法增殖，即电场强度不足以引发雪崩效应，雪崩效应停止，正离子鞘停止生成，放电便终止了，伺候，正离子鞘在电场的作用下慢慢移向阴极，最后到达阴极被中和，阳极附近的电场也随之恢复，使得与G-M串联的电阻记录下一个电压脉冲。
近代物理实验2-1盖革-米勒计数器及核衰变统计规律
盖革-米勒计数器及核衰变统计规律方啸（南开大学物理科学学院，天津 300071）【摘要】本文介绍了盖革-米勒计数器的基本结构、工作原理和性能，并给出了核衰变的理论统计规律。
之后作者通过设计实验和分析数据测量了盖革-米勒计数管的坪特性，并验证了核衰变的统计规律。
【关键字】盖革-米勒计数器计数管坪特性核衰变统计规律1.引言盖革-米勒计数器（G-M计数器）是一种气体电离探测器，由德国物理学家盖革（Hans Wilhelm Geiger,1882～1945）和米勒（E. Walther Muller，1905～1979）在1928年发明[1]。
G-M计数器与正比计数器类似，但所加的电压更高。
带电粒子射入气体，在离子增殖过程中，受激原子退激，发射紫外光子，这些光子射到阴极上产生光电子，光电子向阳极漂移，又引起离子增殖，于是在管中形成自激放电。
为了使之能够计数，计数器中充有有机气体或卤素蒸气，能吸收光子，起到猝灭作用。
盖革-米勒计数器优点是灵敏度高，脉冲幅度大，缺点是不能快速计数。
1908年，盖革按照卢瑟福（ E. Ernest Rutherford，1871～1937）的要求，设计制成了一台α粒子计数器。
卢瑟福和盖革利用这一计数器对α粒子进行了探测。
从1920年起，盖革和米勒对计数器作了许多改进，灵敏度得到很大提高，被称为盖革-米勒计数器，应用十分广泛。
本文第二个部分先介绍了G-M计数器的结构组成，阐述了其重要部件G-M 计数管的工作原理和性能。
第三部分给出了核衰变的理论统计规律，并对测量误差做出了理论估计。
第四部分是实验的具体设计。
第五部分对实验获得的数据进行分析处理。
实验成功测得了G-M计数管的坪特性，并验证了核衰变的统计规律。
2.G-M计数器图1 G-M计数器实验装置图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1）。
G-M计数管按用途可分为γ计数管(常见圆管型）和β计数管(常见钟罩型)(如图2)。
近代物理实验2-1 盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律
a
G-M计数管
• 性能： • （1）坪特性：坪长、坪坡度、阈电压 • （2）死时间、恢复时间、分辨时间 • （3）探测效率 • （4）寿命 • （5）温度效应
雪崩放电
a
G-M计数管
雪崩效应的效果： 图为单丝正比室电场强度与第一汤姆系数（用来表征电 离的增长）的关系，充入气体为Ar和甲烷
a
G-M计数管
• 气体分子退激发出光子—可能与阴极发生光电效应—产生 光电子重复电离—连续放电
• 淬灭气体的作用：
• 1.强烈吸收光子，避免光电效应 • 2.碰撞中吸收正离子能量，起到淬灭连续放电作用
a
G-M计数管
• 性能： • （1）坪特性：坪长、坪坡度、阈电压 • （2）死时间、恢复时间、分辨时间 • （3）探测效率 • （4）寿命 • （5）温度效应
温度效应：计数管在一定的温度范围内才能正常工作。
温度太低—猝灭分子凝聚—猝灭作用减弱—坪长缩短， 直至完全失去猝灭能力。
a
G-M计数器
a
核衰变统计规律
1 N
• 结果为：
N 1
多次测量
N
• 若在完全相同的条件下，重复K次测量，平
均计数为： • 标准误差： • 相对误差：
1
K
K
Ni
i1
N
K
1
• 结果为：
KN
N 1
KN
a
实验内容
• （一）测量G-M计数管的坪特性 • （二）观察测量次数对计数率标准误差的影响 • （三）观察本底对净计数率的影响 • （四）验证核衰变所遵从的统计规律 • （五）用示波器测量计数管的死时间，恢复时间
近代物理实验-盖革米勒计数管的特性测量
近代物理实验——盖革-米勒计数管的特性测量一、实验简介盖革-米勒计数器是根据射线能使气体电离的性能制成的，是最常用的一种金属丝计数器。
两端用绝缘物质封闭的金属管内贮有低压气体，沿管的轴线装了金属丝，在金属丝和管壁之间用电池组产生一定的电压（比管内气体的击穿电压稍低），管内没有射线穿过时，气体不放电。
当某种射线的一个高速粒子进入管内时，能够使管内气体原子电离，释放出几个自由电子，并在电压的作用下飞向金属丝。
这些电子沿途又电离气体的其它原子，释放出更多的电子。
越来越多的电子再接连电离越来越多的气体原子，终于使管内气体成为导电体，在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象。
从而有一个脉冲电流输入放大器，并有接于放大器输出端的计数器接受。
计数器自动地记录下每个粒子飞入管内时的放电，由此可检测出粒子的数目。
1937年盖革和物理学家席勒（Leo Szilard，1898-1964）用九个盖革-米勒计数器排成一个环形，测定了宇宙射线的角分布。
盖革-米勒计数器是核物理学和粒子物理学中不可缺少的探测器，至今仍然是实验室中敏锐的“眼睛”。
二、实验目的1.了解盖革米勒计数管的原理，结构及参数测量方法。
2.熟悉放射性测量误差的表示方法。
3.应用微机系统处理数据。
三、实验原理在GM计数管两极加几百伏电压，两极间形成柱对称电场。
当射线进入管内引起气体电离。
产生大量电子-正离子对。
在电场作用下，向两极运动。
电子在向阳极运动过程中，与气体碰撞，产生新的电子-离子对，使阳极附近产生爆炸性增殖，同时，受激分子退激发或粒子复合产生光子。
光子在阴极打出光电子。
光电子在电场作用下产生新的雪崩。
由于电子漂移速度快，电子被阳极收集，而正离子滞留在阳极附近，形成正离子鞘导致雪崩停止。
正离子鞘向阴极运动。
当电压较小时，场强不足以引起雪崩，不能触发定标器。
定标器开始计数对应起始电压，随电压升高，计数率退速增大。
从A B V V - 引起全管放电。
B A V V - 为坪长。
盖革弥勒计数器及核衰变的
为提高探测效率采取的措施。
实验原理和相关名词
使用G-M计数器测量时，两极间形成柱状轴对称电场。射线进 入，引起气体电离，所产生电子就向阳极移动，在阳极附近与 气体分子发生打出次级电子的碰撞，电子同样向阳极移动。引 起“雪崩”放电。将产生大量紫外光光子，引起全管放电。大 量电子移动到阳极被中和。大量正离子由于质量大，移动缓慢， 在阳极附近形成正离子鞘。
坪坡度
定义为电压升高1伏计数率的相对增加量。
死时间，恢复时间，分辨时间
随着正离子鞘向阴极移动，阳极附近电场逐渐回复，假定t时间 运动到某处，使得阳极附近电场恢复到能引起雪崩放电程度，t 就称为死时间。 正离子鞘从该处运动到阴极的时间称为恢复时间。 如果在时间t以后出现脉冲，开始能被定标器记录下来，称为分 辨时间。
盖革-弥勒计数器及核 衰变的统计规律
内容摘要
1. 仪器介绍 2.实验原理 3.相关名词 4.实验内容 5.注意事项
仪器介绍
盖革弥勒计数器（G-M计数器）是射线气体探测器中 应用最广泛的一种，主要测量ß射线 和 γ射线的强度。
由G-M计数管，高压电源，定标器三部分组成。
高压电源为计数管提供工作电压，计数管在射线作用 下产生脉冲，定标器则来记录计数管输出的脉冲数。
注意事项
1.放射性射线对人体有危害，开始前一定要阅读实验关于使用放 射性源的规定，严格遵守。
2.计数器是低气压玻璃器件，易碎，防止碰撞，使用时工作电压 选取适当，严防出现连续放电现象。
高压电源
R
G-M计数管
前置放大 器
C
定标器
G-M计数器可分为ß计数管和γ计数管。
阴 极
阳极
γ计数管 阳极
云母 片
玻璃壳
盖革一米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律
1.计数管在什么情况下出现连续放电？ 出现连续放电时怎徉处理？ 如何延长计数管的使用寿命？当电场强度大到一定程度时，由于放大后的次级离子数足够多，电离电荷所产生的电场抵消一部分外加电场，即所谓空间电荷效应，这时气体放大系数不是恒定的，而与原电离有关。
区域Ⅴ为G-M 区，进入该区后，离子倍增更加猛烈，空间电荷效应越来越强，此时电离电流强度不再与原电离有关，反映在曲线上是α和β两根曲线重合，并且随电压的变化较小。
工作在该区的气体探测器是G-M 计数管。
当工作电压超过2V 继续升高时，计数率将急剧上升，这时计数管已进入“连续放电区”。
计数管经过一次连续放电，就会使猝熄气体大量分解。
使用时，要小心避免发生连续放电。
升高电压时，应该特别注意其计数情况，如发现计数率剧增，要立刻降低电压！计数管每计数一次，就有部分猝熄气体分子被分解(每次约1010个)，从而失去猝熄作用，所以G-M 计数管有一定的寿命。
在正常条件下，有机管约为891010次计数。
卤素气体分解后有可能重新复合，因此尽管含量少，但计数寿命可达9101010次计数。
G-M 计数管必须在一定温度范围内才能正常工作。
温度太低时，部分猝熄气体会凝聚，使猝熄作用减弱，坪长缩短直至完全丧失猝熄能力而连续放电。
一般有机管的工作温度约为0～40℃，卤素管约为-10～50℃。
2.G-M 计数管的计数与哪些因素有关？ 能否用它来测量能量和区分射线种类？与坪曲线、分辨时间、探测效率和寿命等因素有关。
在一定的外加电压下，不论射线在计数管内打出多少正负离子对，最后形成的正离子鞘总是一样的。
因此，G-M 计数管不能区分不同种类，不同能量的粒子，只要射入的粒子引起电离，就可以被记录。
3.分辨时间的存在对计数有什么影响？ 能否克服？ 如何用示波器来测量分辨时间？ 一般情况下，G-M 计数管的分辨时间在100μs ～400μs 之间。
由于分辨时间较长，故G-M 计数管不能进行快速计数。
盖革米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律
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
t t t 从这之后到正离子到达阴极的时间称为恢复时间,在恢复
时间内，粒子进入计数管所产生的脉冲幅度低于正常值． D R
D
因为任何电子线路总有一定的触发阈，脉冲幅度必须 超过触发阈时才能触动记录电路．因此，从第一个脉冲开 始到第二个脉冲的幅度恢复到触发阈的这段时间内，进入 计数管的粒子均无法记录下来，这段时间称为系统的分辨 时间．
3.次级电离 4.“电子雪崩” 5. 在阳极上便发生放电而产生一个电脉冲输出．
6.形成“正离子鞘”：使一个粒子入射只能引 起一次雪崩即只形成一个电脉冲
（三）、G-M计数管的性能：
1、坪曲线．在强度不变的放射源照射 下，G-M管的计数率n随外加电压变化 的曲线
起始电压V0，坪长即坪区的长度V2-V1， 坪斜即坪区的坡度T，通常用坪区内电
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管的结构和工作原理
1.工作时，柱状对称电场．
2.初电离：带电粒子进入计数管，与管内气 体分子发生碰撞，使气体分子电离即初电离 （粒子不能直接使气体分子电离，但它在阴 极上打出的光电子可使气体分子发生电离）
五、思考题
六、注意事项：
1.放射性射线对人体有危害，开始实验前一定要阅读实 验室关于使用放射源的规定，并严格遵守； 2.计数管是低气压玻璃器件，易碎，要防止碰撞。使用 时工作电压要选取适当，严防出现连续放电现象。
盖革米勒计数器实验报告
近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间： 2009 年 10 月 22 日，第九周，周四，第 5-8 节实验者：班级材料0705 学号 200767025 姓名童凌炜同组者：班级材料0705 学号 2007670 姓名车宏龙实验地点：综合楼 507实验条件：室内温度℃，相对湿度 %，室内气压实验题目：盖革-米勒计数器实验仪器：（注明规格和型号）圆柱形γ计数管一支，自动定标器一台（带高压电源），示波器一台，137Cs放射源一枚。
实验目的：1.掌握盖革-米勒计数器的结构、原理、使用方法2.验证核衰变的统计规律，熟悉放射性测量误差的表示方法实验原理简述：1.计数管的构造与工作原理GM计数管有圆柱形和钟罩型两种，其共同结构为圆筒状的阴极和装在轴线上的阳极丝共同密封在玻璃管内而成。
管内通常充有约10kpa的惰性气体及相应的猝熄气体。
当带电粒子进入计数管的灵敏区域时，将引起管内气体的电离，电力产生的电子在电场加速下向阳极运动，一方面因电场加速获得能量，一方面又因与气体分子碰撞而损失能量。
在充有猝熄气体的计数管中，这些光子大部分将被猝熄气体所吸收，因而达不到阴极，但却会逐步沿铅丝极方向扩展并产生新的电子（光电作用），这些电子又会进一步产生雪崩式的放电。
当电子到达阳极的时候，因为正离子移动的很慢，基本上没有移动能力，从而形成了围绕着丝级的正离子鞘。
由于放电后电子中和了阳极上的一部分电荷， 使得阳极电位降低， 随着正粒子向着阳极运动， 高压电源便通过电阻R 向计数管充电， 使得阳极电位回复， 在阳极上变得到一个负的脉冲电压。
这个负的脉冲电压， 便起到了计数的显示作用。
2. 计数管的特性2.1 坪特性——包括起始电压、 坪长、 坪斜等 当射入计数管的粒子数目不变时， 改变计数管两级之间所加的高压值， 发现由定标器测得的计数率有变化， 如图所示的曲线。
在这个图中， V0称为起始电压， ΔV=V2-V1称为坪长， 在坪区内， 电压每升高1V 是， 计数率增加的百分数称为坪斜， 由公式表示为%100*)(12112V V n n n k l --=坪特性曲线反映了计数管的性能， 所以使用前必须对它进行测量。
利用盖革计数器测量核衰变的统计规律实验报告
所谓“雪崩”电子；在这些碰撞中会产生大量紫外线光子, 这些光子能够进一步地近代物理实验实验报告盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律同组者：****操作人员：*** .号. *******一.实验仪器:G-M 计数器，3粒子放射源，脉冲示波器。
二•实验原理:1. G-M 计数器原理:高压电源定量惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）在G-M 阳极半径为a ，阴极半径为b ，则沿着管径向位置为r 处的电场强度为E=V 。
见随着r 减小，电场强度增大，且在阳极附近急剧增大。
2. 脉冲原理:1. ）当射线进入G-M 管中使得管中气体电离后，正离子和负离子在管内电场的作用下分别向阴极和阳极移动。
在阳极附近强大的电场作用下，电子获得极大的动能定标器G-M 计数管玻璃管内有圆筒状阴极， 在阴极对称轴上装有丝状阳极。
先将管内抽成真空,再冲入一计数管两极加上电压/In(a/b)可以至于将阳极附近的气体电离。
经过多次碰撞，阳极附近的电子急剧增多，形成了产生第二波的“雪崩”效应，增加电子。
这个电子不断增多的过程成为气体放大。
2. ）雪崩过程发生在阳极附近，加上电子的质量远远小于阳离子的质量，因此电子很快被阳极吸收，在管内留下一个由大量阳离子构成的阳离子鞘包围着阳极。
之减小，直到电场强度不足以引起雪崩效应， 这时雪崩效应停止， 阳离子鞘停止生成，G-M 管进入恢复过程。
在电场的作用下，正离子鞘缓慢地向阴极移动，阳极附近的电场也随之恢复，使得与 G-M 管串联的电阻记录下一个电压脉冲。
3.）当阳离子到达阴极时会再次打出光电子， 如果这些电子再次形成离子放电的话,一个入射粒子就将产生多个信号了。
为了避免再次形成雪崩效应， 使得一个入射粒子只产生一个信号，在管内加入少量的卤素气体来吸收这部分电子。
3. 脉冲特性:1. ）坪曲线盖革计数器的计数率与电压有“坪”；在 VC 之后，计数率随着电压急速增大。
2. ）电源电压越大，负脉冲幅度越大；串联电阻越大，脉冲宽度较宽，幅度也较大。
盖革一米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目：盖革一米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业指导教师：葛茂茂实验时间： 2007年 11 月 25 日 8 时 30 分至12时 30 分实验地点：四合院实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一．实验目的:（1）了解盖革—米勒计数管的工作原理及特点； （2）学会如何测量其特性参数及确定管子的工作电压；（3）掌握测量物质吸收系数的方法，并验证核衰变的统计规律。
二．实验原理l 、G-M 管的结构和工作原理。
G-M 管的结构类型很多，最常见的有圆柱形和钟罩形两种，它们都是由同轴圆柱形电极构成。
测量时，根据射线的性质和测量环境来确定选择哪种类型的管子。
对于α和β等穿透力弱的射线，用薄窗的管子来探测；对于穿透力较强的γ射线，一般可用圆柱型计数管。
G-M 管工作时，阳极上的直流高压由高压电源供给，于是在计数管内形成一个柱状对称电场。
带电粒子进入计数管，与管内气体分子发生碰撞，使气体分子电离，即初电离(γ粒子不能直接使气体分子电离，但它在阴极上打出的光电子可使气体分子发生电离）。
初电离产生的电子在电场的加速下向阳极运动，同时获得能量。
当能量增加到一定值时，又可使气体分子电离产生新的离子对，这些新离子对中的电子又在电场中被加速再次发生电离碰撞而产生更多的离子对。
由于阳极附近很小区域内电场最强，故此区间内发生电离碰撞几率最大，从而倍增出大量的电子和正离子，这个现象称为雪崩。
雪崩产生的大量电子很快被阳极收集，而正离子由于质量大、运动速度慢，便在阳极周围形成一层 “正离子鞘”，阳极附近的电场随着正离子鞘的形成而逐渐减弱，使雪崩放电停止。
此后，正离子鞘在电场作用下慢慢移向阴极，由于途中电场越来越弱，只能与低电离电位的猝灭气体交换电荷，之后被中和，使正离子在阴极上打不出电子，从而避免了再次雪崩。
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实验1 盖革—弥勒计数器的特性[ 预习提要 ]1．弄清实验原理及操作方法和注意事项。
2．坪曲线怎样进行测绘？测量中要注意什么问题？3．如何由坪曲线求得G-M计数管的性能参量和确定工作电压？4．设计各项实验数据记录表格。
[ 实验目的 ]1．了解盖革—弥勒计数器的结构、原理和主要性能参数的测定方法，了解核辐射探测常识。
2．熟悉放射性测量误差的表示方法及其与测量次数和时间之间的关系。
3．应用微机系统处理实验数据。
[ 实验仪器 ]盖革—弥勒计数管1支，长寿命放射源1个，铅室1个，FJ-367型通用闪烁探头1个，FH-408型自动定标器2台，长余辉示波器1台，微机及计算软件1套。
[ 实验基础知识 ]在原子核物理领域内的实验技术可分为三个方面：加速器技术、反应堆技术和探测技术。
它们构成一套完整的和物理实验技术。
加速器核反应堆是产生核辐射的工具，也就是粒子源。
探测技术则包括探测和研究这些核辐射的性质，以及它们与物质的相互作用等课题。
在我们做得和物理实验中，主要是掌握一些辐射探测技术。
近四十年来探测技术发展很快，就放射性计数测量的装置就有各式各样的很多，如盖革—弥勒计数器（简称G-M计数器），正比计数器，脉冲电离室，闪烁计数器，半导体探测器等等。
本实验要介绍和使用的G-M计数器是核辐射探测器中较简单的一种。
它本身只能用于测定辐射粒子的数目。
它是最早使用的核辐射探测器，近年来随着闪烁计数器和半导体探测器的发展，其重要性有所下降，但由于它设备简单，使用方便，仍广泛用于有关放射性测量的工作中。
阴管阳极a. 钟罩型 b. 长圆管形型图1-1-1 G-M计数管1. G-M 计数器的结构和工作原理G-M 计数器由G-M 计数管、高压电源和定标器构成。
G-M 计数管有各种不同的结构。
最常见的有钟罩形β计数管（图1-1-1a ）和长圆管形γ计数管（图1-1-1b ）两种。
他们都是由圆筒状的阴极和装在轴上的阳极丝密封在玻璃管内构成。
管内充以一定量的气体（主要是惰性气体如氩、氖等）气压比大气压低，例如10cmHg 。
因为β射线易被吸收，所以β计数管需要一薄窗（用云母片左），以便β射线易于进入；γ射线管则不必，因为γ射线贯穿本领很强。
用G-M 计数器作测量时，高压是由电源经过高电阻R 加到计数管的阳极上，于是就在计数管内产生一柱状对称电场；但有射线进入计数管时，就会使计数管放电输出一个负脉冲，由定标器记录负脉冲的个数。
其计数器装置如图1-1-2所示。
负脉冲产生的过程是这样的：当射线射入计数管后，引起管内的气体电离，所产生的负离子（实际上即是电子）在电场加速下向加速下运动，在到达阳极之前与气体分子发生多次碰撞，打出很多次级电子，这些电子也在电场加速下向阳极运动，也与气体分子发生碰撞打出更多的次级电子，这样就引起了所谓“雪崩”放电，在雪崩过程中，这些光子将主要为猝灭气体分子所吸收。
同时使雪崩区沿着丝级两端扩展。
而导致全管放电，最后到达阳极的就有大量的点子。
由于计数管内电场是柱状对称的，所以在阳极附近电场最强，极大多数的次级电子都是在阳极附近产生的。
当电子很快到达阳极后，由于正离子质量较大，运动速度很慢，于是就在阳极周围形成一层“正离子鞘”，他慢慢向阴极移动，最后到达阴极被中和。
计数管可以看作一个电容器，放电前加了高压，于是两级就带有一定量的电荷；放电后电子和正离子中和掉极上的一部分电荷，使阳极电位降低，于是高压电源就通过高电阻R 向计数管充电，使阳极电位逐渐恢复，在阳极上就得到一个负的电压脉冲，波形如图1-1-3所示。
此脉冲的形状和幅度与电源电压及电阻R 的大小有关：电压高则负脉冲的幅度高;则脉冲宽度较宽，幅度也较高。
因为放电后，正离子打到阴极上会打出电子来，被打出的电子经电场加速又会引起计数管放电，这样，只要有一个放射性粒子进入，就会引起计数管连续放电。
为了使一个放射性探头定标器图1-1-2 G-M 计数器装置方框图 图1-1-3 G-M 计数管阳极产生的电压负脉冲波形粒引起放电后只计一次数，必须设法使放电猝灭。
通常使放电猝灭办法是在计数管猝内除充惰性气体外，还加入少量能使放电猝灭的其他气体。
此种计数管称作自灭计数管。
猝灭气体的分子具有多原子的结构，其电力电位较低。
当计数管放电后，惰性气体的正离子在向阴极运动的途中与猝灭气体分子相碰，就把电荷转交给猝灭气体分子气体分子，而不打出次级电子，不会再引起第二次的放电，于是放电被猝灭。
自猝灭管按其所充猝灭气体的性质，可以分为有机气体（如酒精蒸汽、乙醚蒸汽等）的有机管和充卤素气体（如溴蒸汽）的卤素管两类。
2. G-M 计数器的性能G-M 计数器的工作性能由阈电压、坪坡度、分辨时间、计数效率、寿命和温度影响等因素决定。
下面对这些因素分别作说明。
（1）坪特性—坪长度、坪坡度和阈电压在进入计数管的放射性粒子数不变的情况下，改变加在计数管电极上的电压V ，由定标器记录相应的计数率（单位时间内记录的脉冲数N ）得到如图1-1-4的曲线。
由于此曲线有很平（计数率随电压改变很小）的一段（BC 段），因此把此曲线称坪特曲线，而把BC 段称作坪区。
V 0称为起始电压，V 1称为阈电压，ΔV = V 2- V 1称为坪长度。
坪坡度是指在坪区内，电压每升高1伏时计数率增长的百分数。
坪坡度又名坪斜。
%100)()(12112×−−=V V N N N 坪斜 (1-1-1) 上式中N 1和N 2分别是对应于V 1和V 2的计数率。
坪特性曲线的形状可解释如下：电压较低时，放电只在计数管内局部地区发生，因此产生的负脉冲较小，且其幅度与粒子产生的原始粒子对数有关。
电压低于V 0时，由于脉冲幅度过小不能触发定标器计数，因此计数率为零；在V 0到V 1区间内，只有一部分产生原子离子对数较多的粒子，引起的负脉冲较大，能触发定标器计数，因此计数率仍较小。
但随着电压升高，脉冲幅度增大，因此计数率也增大。
电压超过V 1后，放电进入盖革区。
因此只要产生一对离子就会引起全管放电，脉冲幅度只决定于电压而与原始离子对数无关。
所以，此时所有产生电离的粒子都被定标器记录下来。
此后再增加电压，只是增加脉冲的幅度而不增加脉冲个数，所以计数保持不变，即为坪区。
但坪区仍有一定大小的坡度，即随着电压的增加计数率有少量的增加，这主要是由于多次计数（既入射一个粒子引起二个以上的计数）的增加和计数管的灵敏体积的增大（末端效应）。
电压超过V 2后，计数率随电压剧烈增加，这是因为电压较高时，每次放电产生的离子数目非常大，正离子到达阴极时打出次级电子引起再一次放电的几率亦增大。
此几率达到1时，就进入连续放电区。
如果定标器灵敏度不够高（既需要较大幅度的脉冲才能触发），则坪曲线可能出现如图1-1-4虚线所示的情况。
即使起始电压升高，坪区缩短，为此在使用时要应用灵敏度足够高012图1-1-4 G-M 计数管的坪特性的定标器或增加一个前级放大器。
（2）死时间、恢复时间和分辨时间在前面讨论脉冲产生过程时讲到过，放电后在阳极附近产生一个正离子鞘，由于正离子鞘的存在，减弱了阳极附近的电场，此时若有粒子射入，不能引起放电也就不能引起定标器计数。
随着正离子向阴极运动，阳极附近的电场逐渐恢复，当正离子到达半径r 0时，阳极附近的电场刚刚恢复到可以发生放电，这段时间t d 称为死时间，正离子从r 0到阴极的一段时间t r 称为恢复时间（见图1-1-5（f ））。
在t r 时间内，由于电场没有完全恢复，所以粒子射入后，虽然能引起放电，但脉冲幅度较小，若小于定标器的灵敏阈，则仍不能被定标器记录下来。
随着电场的恢复，产生的脉冲幅度也随着增高。
如果在时间τ以后出现的脉冲能被定标器记录下来，则τ称为分辨时间。
若定标器灵敏度足够高的话，分辨时间τ与死时间t d 可以很接近。
分辨时间τ还与计数管上所加的电压和负载电阻R 的大小有关。
R 大则τ增大；电压增大则τ减小。
计数管放电后的恢复情况及死时间可以用脉冲示波器观察测量。
将计数管阳极经过耐高压的电容联到脉冲示波器的纵轴输入端，每次扫描得到如图1-1-5中 ( a )、( b )、( c )、( d )、( e )等图形，其中( a )、( b )表示恢复初期脉冲幅度较小而不能计数的情况。
实际看到的是如图1-1-5 ( f ) 的图形，它是多次扫描重叠的结果，从许多小脉冲的包迹可以看出脉冲的恢复。
由脉冲示波器的时标或扫描速度可以测量死时间t d 和恢复时间t r 的大小；若知道定标器的灵敏阈，亦可求得分辨时间的大小。
由于分辨时间的存在，在一次计数后的τ时间内进入计数管的辐射粒子就会被漏记。
影响了测量的准确性。
对此漏记可以进行修正；若单位时间一共计了m 次，每次计数后有一段时间τ要产生漏计，则单位时间内共有m τ时间要产生漏计；如果没有产生漏计时单位内的技术应该是n 次，则在m τ时间内应该计数nm τ次，这恰好应等于单位时间内的漏计数n-m ：图1-1-5 G-M 计数器的死时间td 、恢复时间tr 、分辨时间ττnm m n =− （1-1-2） 于是得到修正计数率的公式： τm m n −=1 （1-1-3） 分辨时间τ是计数器的一个重要特性，在m τ << 1的条件下，τ是常数，否则，τ将随着计数率m 的增大而降低。
（3）计数效率计数管的计数效率是指一个辐射粒子进入计数管后的计数几率。
对于G-M 计数管，只要辐射粒子产生电离就能计数，所以计数效率也就是辐射粒子进入计数管后引起电离的几率。
计数效率不仅与计数管本身的结构有关，也与辐射粒子的种类和能量大小有关。
α粒子和β粒子是带电粒子，能直接引起电离，所以计数效率较高，通常都在90%以上，而γ射线由于其不带电，不能直接产生电离，要通过和计数管壁碰撞产生光电子或康普顿电子才能引起电离得到计数，所以计数效率较低，通常只有1%左右。
（4）寿命和温度范围由于自灭计数管每放电一次就要分解大量的猝灭气体，猝灭气体被分解后不能再起猝灭作用，所以是一种消耗。
一般计数管内充有猝灭气体的分子数目约为1020个，每次放电约损失1010个，所以寿命约为107-108次计数。
卤素分子被分解后能重新复合，所以卤素管寿命较长。
加高工作电压后，每次放电所消耗的猝灭气体将大大增加，会降低计数管的寿命，所以工作电压应选的低一些，以延长计数管的寿命，通常选在距坪起端31到21坪处。
在测量过程中，必须十分注意保护计数管避免连续放电，因为一次连续放电就可能将猝灭气体耗尽使计数管损坏。
升高电压时应特别注意计数情况，如发现（3）计数率有突然升高的趋势，应当立即降低电压，切忌将电压加高到超出坪区以外的范围。
G-M 计数管有一定的正常工作温度范围，温度过高或过低都会使特性变坏，甚至不能工作，使用时必须注意。