GM计数器分辨时间的测量
辐射探测实验1-实验报告
G-M计数器及核衰变与放射性计数的统计规律实验报告班级：姓名：学号：第一部分 G-M计数器一.实验目的1、了解G-M管的工作原理，掌握其基本性能及其测试方法。
2、学会正确使用G-M管计数装置的方法。
3、了解探测器输出信号与输出回路参数的关系，学会正确选择G-M管计数系统输出回路参量。
二.实验内容1、在一定的甄别阈下，测量卤素G-M管的坪曲线，确定这些坪曲线的各个参量并选择工作电压。
2、用示波器观察法和双源法测定卤素G-M管计数装置的分辨时间。
3、观察并记录G-M计数管的输出电流、电压脉冲与工作电压及输出回路参数的关系。
三.实验原理1、G-M管是一种气体探测器。
当带电粒子射入其灵敏体积时，引起气体原子电离。
电离产生的电子在阳极丝附近的强电场中又引起一系列碰撞电离，即触发“自持放电”。
这一过程产生的电子和正离子向两极漂移时，在外回路产生脉冲信号。
2、从G-M管的工作机制可以看出，入射带电粒子仅仅起一个触发放电的作用，G-M管的输出电流、电压信号的幅度与形状和入射粒子种类与能量无关，只和计数管的几何参量、工作电压以及输出回路参量有关。
在G-M管的使用中，坪特性是其最重要的性能之一。
坪特性是判断管子好坏的主要依据，也是选择管子工作电压的依据。
坪特性曲线就是在一定的实验条件下当入射粒子的注量率不变时，计数管的计数率随工作电压变化的曲线，见图1－1。
图1-1 G-M计数管的坪曲线表征坪特性的参量主要有：起始电压(Vs)：即计数管开始计数时的电压。
坪长： B A=V -V 坪长（单位：百伏）（1-1）这是管子的工作区域，工作电压一般可选在坪区的21~31的范围内。
坪斜：()100% ()2B A B AB A n n n n V V -=⨯+-坪斜（单位：％/百伏）（1-2）坪斜主要是由假计数引起的，当然它的值越小越好。
当工作电压高于B V 时，曲线急剧上升，表明管子内发生了持续放电，这会大大缩短管子的寿命，因此在使用中必须注意避免这种情况。
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。
Time-to-Count方法扩展GM计数管量程的实验研究
２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｎａｖ ａ ｌ Ａｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｐｏ ｗｅ ｒ， Ｎａ ｖ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ３ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
ａ ｎｄ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ． Ｔｈｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐｌ ｅ ｏ ｆ Ｔｉ ｍｅ — ｔ ｏ — Ｃｏｕ ｎｔ ｍ ｅ ｔ ｈｏ ｄ ｗａ ｓ ｉ ｎｔ ｒ ｏ ｄｕｃ ｅ ｄ ． Ｔｈｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｏ ｆ ａ ｎ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ａ ｐｐ ａ ｒ ａ ｔ ｕｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｔｉ ｍｅ ’ ｔ ｏ — — Ｃｏｕ ｎｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｗａ ｓ ｐｒ ｅ — — ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｐｒ ｏ ｂｌ ｅ ｍｓ ｓ ｕｃ ｈ ａ Ｓ ｐｕ ｌ ｓ ｅ — ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｈｉ ｇ ｈ ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎｇ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｅ ｄ ． Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｐｐ ａ ｒ ａ ｔ ｕｓ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ Ｄｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｅ Ｓｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏｌ ｏｇ ｙ Ｉ ｏｎ ｉ ｚ ｉ ｎｇ Ｒａ ｄｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆｉ ｒ ｓ ｔ — ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ Ｍｅ ｔ ｒ ｏｌ ｏ ｇ ｙ Ｓｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄａ ｔ ａ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｉ ｓ ｅ ｘｔ ｅ ｎｄ ｅ ｄ ｔ ｏ ５ ｏｒ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏｆ ｍａ ｇｎ ｉ ｔ ｕ ｄｅ ａ ｎｄ ｎ ｏｎ — ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈａ ｎ １ ０
gm计数器工作原理
gm计数器工作原理
GM计数器是一种基于电磁感应原理的仪器，用于测量电流和电流累积时间的计数器。
下面是GM计数器的工作原理：
1. 电磁感应原理：根据电磁感应定律，当电导体中有电流流过时，会产生一个磁场，而当磁场变化时，会在电导体中感应出电动势。
2. 电流计数：GM计数器通过引入一个简单线圈，将待测电路的电流通过线圈产生一个磁场变化。
当电流流过线圈时，产生的磁场变化引起线圈中的感应电动势。
3. 计数过程：GM计数器中会引入一个磁屏蔽罩，可以将线圈中的磁场强度控制在一定范围内，以避免线圈中感应电动势的变化。
同时，在GM计数器中加入一个定频振荡器，产生一个恒定频率的交流电流。
4. 累计计数：当待测电路中的电流引起感应电动势时，感应电动势的变化会引起定频振荡器输出电流的变化。
GM计数器会检测到输出电流的变化，并实时计数。
随着时间的累加，计数器的数值就可以用于表示电流的累积时间。
总结：GM计数器通过引入线圈和磁屏蔽罩，利用电磁感应原理测量电流，并通过定频振荡器和计数器实现电流累计计数。
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。
GM管输出脉冲计数实验
脉冲宽度减小 有下冲
积分过程对输出脉冲的影响
原输出 INT 0 INT 0.5 INT 2 INT 4 INT 6 不同积分参数下的输出脉冲
测量分辨时间
f (Hz)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0.0
0.5
1.0
I (mA)
X光机不同工作电流下直接计数和微分处理后计数情况对比
微分 无微分
直接计数结果拟合图
直接计数结果拟合残差图
分辨时间τ=320μs
R-Square=0.9992
微分处理后计数结果拟合图
微分处理后计数结果拟合残差图
死时间τ =97.8μs
R-Square=0.99987
对坪特性测量的尝试
f (Hz)
谢谢观看！
Sample R=25kΩ
随采样电阻的增加， 脉冲幅度增加， 宽度增加。
Sample R=100kΩ
电源电压U对输出
U=435V
U=496V
随电源电压的增加，脉冲幅度增加，宽度不变。
放大过程对输出脉冲的影响
线性放大
幅度增大 宽度不变
微分过程对输出脉冲的影响
原输出 DIV max DIV 0.5 DIV 2 DIV 4 DIV 5
800
600
400
200
0
200
400
600
800
1000
U (V)
坪特性曲线
GM管输出脉冲计数实验
● 探究采样电阻、电源电压对输出脉冲影响 ● 探究放大、积分、微分过程对输出脉冲影响
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 5 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3. 坪特性——包括起始电压、 坪长、 坪斜等4. 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 --=5.6. 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。
G-M计数管简介
h
t
A
B
C
62
§ 8.4 G-M计数管
3) G－M计数管的“死时间”、“复原时间”及“分辨时间”
死时间td：随正离子鞘向阴极漂移导致电场屏蔽的减弱，电
子又可以在阳极附近发生雪崩的时间。
复原时间te：从死时间到正离子被阴极收集，输出脉冲恢复
到正常的时间。
分辨时间tf：从“0”到第二个脉冲超过甄别阈的时间，与甄
线的圆柱型GM管，仅当次电子进入灵敏体积才能引起计数，
其探测效率仅～1％。
60
坪特性曲线可用三个指标衡量：
nB N nA
V0 VA
VB
高压
起始电压——V0
坪长 —— VB－VA
坪斜 ——
nB
nA (VB
VA)×100%
[%/100V]
61
nA
§ 8.4 G-M计数管
3) G－M计数管的“死时间”、“复原时间”及 “分辨时间”
（为什么G-M管中央丝极必须是正极？） 6.在电离室内在某一点的一个离子对在向正、负电极漂移过程
中，为什么在外回路中流过的感应电荷是一个单位电荷，而 不是两倍？
64
计数管。
58
§ 8.4 G-M计数管
与正比计数器比较，最基本的区别在于GM计数管的输出脉
冲幅度 与 入射粒子的类型和能量无关，放电终止仅取决于
阳极电位的下降。只要有电子进入计数管的灵敏体积，就会导
致计数，入射粒子仅仅起到一个触发的作用。 所以,G-M计数
管仅能用于计数。
59
§ 8.4 G-M计数管
55
§ 8.4 G-M计数管
但在G-M计数管中，光子反馈和离子反馈就成为主要的过程。以光
GM计数器和核衰变规律试验
Adj. R-Square
0.98725
Value
STD Error 1
Intercept
416.86736 3.77088
I Slope
0.15637 0.00671|
起始电压 Vb = 376V 阈电
压 * = 41OV
坪斜
0.156/V
最佳工作电压。=55OV
其中而是雪崩发生半径，与阳极丝半径相当，即
ln(r0/a) t 0 所以，GM计数管输出脉冲主要是由正离子感生的慢 信号贡
献
MM ■■■
WHB ■■■
MB ■■■ MB ■■■ ■■■ '
时滞以：从电离发生 112:雪崩开始到电子被阳极I
到雪崩开始经历时间 收集的时间
初级电子的运动感生 雪崩产生的大量次级电子的 缓慢的脉冲增长 1 f运动感生处急剧上升的脉冲
1—mr
klg + b
足” =，，两式结合有
m =--------
1 + T(klg + b)
02 GM计数器特性—分辨时间
T
测量二
1.90U Tiw 50.00US
开启示波器的“波形保持”功能，观察由线性放大器成形后输出的、相邻波之间的最小时间差。
此处将示波器阈值设为0.614V,与定标器下阈相同 分辨时可T a 8O3 非常粗略的算法，若示波器阈值更小，则测得死时间。但trig过小，难以固定脉冲在屏上位置。
GM计数管原理
结构
圆筒状阴极和中心轴上阳极丝 装于 密药玻璃革中，内充有情 性气体。 极间加高压，形成柱对称的电 场， 场强随半径减小遥速增大。
板间电势差为均，阳极丝半径a, 柱状 阴极半径b,半径尸处的电 场强度为
G-M实验
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
示波器上观察到的死时间及分辨时间
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
在工作电压下，没有放射源时所测得的计数率称 为G－M计数管的本底。它是由于宇宙射线、空 气中及周围微量放射性以及制作管子用的物质中 放射杂质所引起的。所以我们要在实验测量的计 数率数据中减去本底计数率才能得到真正的计数
物理学实验教学示范中心近代物理实验gm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
气压低。由于β 射线容易被物质所吸收，所以β 计数管在制造上安装了一层薄的云母做成的窗， 以减少β 射线通过时引起的吸收，而射线的贯穿 能力强，可以不设此窗。
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
圆柱形G-M计数管
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
计数管系统示意图
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
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
GM计数器死亡时间的研究.pdf
GM 计数器死亡时间的研究杨圣 0730*******（复旦大学物理系，上海 200433）摘要：实验中发现，在X 射线高压和管流较高的情况下，实际计数率会随着理论计数率的增大而减小。
而这个结果是无法用传统的非拓展型死亡时间来解释的。
本文基于泊松分布，建立了一种新的拓展型死亡时间模型，以及广义死亡时间模型，从而解释了高理论计数率率下的实际计数率的减小，并且提出了一种可行的测量不同计数率下的死亡时间的方法。
关键字：死亡时间，盖革计数器，计数率，泊松分布A Research about Dead time of GM CountersABSTRACT ：In the X-Ray Diffraction experiments, we found that when the voltage and current of X-ray’s tube are high, the actual counting rate would decrease when the theoretical counting rate increased. However, this phenomenon can’t be explained by the traditional non-extended dead time model. In this paper, basing on the Poisson distribution, we made an extended dead time model and a generalized dead time model. We then explained the phenomenon and proposed a new feasible method of measuring the dead time under different counting rate. KEYWORD ：Dead time; GM Counters; Counting rate; Poisson distribution1． 引言在测量X 射线衍射谱时，我们有时需要X 射线谱的强度。
盖革-米勒计数器简介
盖革-米勒计数器科技名词定义中文名称：盖革-米勒计数器英文名称：Geiger-M黮ler counter;GM counter其他名称：盖革计数器盖革-米勒计数器一种专门探测电离辐射(α粒子、β粒子、γ射线)强度的记数仪器。
由充气的管或小室作探头，当向探头施加的电压达到一定范围时，射线在管内每电离产生一对离子，就能放大产生一个相同大小的电脉冲并被相连的电子装置所记录，由此测量得单位时间内的射线数。
英文Geiger-Müller counter介绍气体电离探测器。
是H.盖革和P.米勒在1928年发明的。
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，起到猝熄作用。
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，德国物理学家盖革（Hans Wilhelm Geiger,1882-1945）（左图）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。
1909年盖革和马斯登（Ernest Marsden，1889-1970）在实验中发现α粒子碰在金箔上偶尔会发生极大角度的偏折。
卢瑟福对这个实验的各种参数作了详细分析，于1911年提出了原子的有核模型。
从1920年起，盖革和德国物理学家米勒（E. Walther Muller，1905-1979）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。
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。
核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortran
第一章习题1，简述核物理常用基本概念1，元素（element ）：元素，也叫化学元素，指具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。
2，原子（atom ）:构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。
3，原子核（atomic nucleus ）：简称“核”，位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。
4，核素（nuclide ）：指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。
5，核子(nucleon)：质子、反质子、中子和反中子的总称，是组成原子核的粒子。
6，原子序数（ atomic number ）:是指元素在周期表中的序号，用Z 表示。
7，质量数（mass number ）：是原子内质子和中子数之和，用A 表示。
8，中子数（neutron number ）：特指原子核内的中子个数，用N 表示。
9，核素表示：N AZX ，简写为 ：X A10，同重元素（isobar ）：质量数相同而中子数和质子数不同的元素。
11，同位素（isotope ）：原子序数相同而中子数不同的核素。
12，同中异位素（isotone ）:中子数相同而质子数不同的核素。
13，同质异能素（isomer ）:处于较长寿命的激发态的核素。
14，原子量（atomic weight ）：某种原子的质量与碳-12原子质量的1/12的比值称为该原子的原子量，又称相对原子质量。
15，分子量（molecular weight ）：组成分子的所有原子的原子量的总和。
16，同位素丰度（isotope abundance ）：自然界中存在的某一元素的各种同位素占所有同位素的相对含量(以原子物质的量百分计)。
17，用丰度计算元素：原子量设元素的原子量为A ，各同位素的原子量为，各元素的自然界丰度为，则有18，阿伏伽德罗常数：12g 12C 所包含的C 原子个数，用Na 表示。
Na 6.022 x 102319，核素图（Chart of the Nuclides ）：用原子序数作横座标，原子核中的中子数作纵座标，制作的一张图表。
G-M计数器和核衰变的统计规律
坪特性曲线
► 坪区仍有一定大小的坪坡度，这主要是由于
多次计数（即一个粒子引起两个以上的计数） 的增加和计数管灵敏体积的增大。 左图中拟合直线的 斜率为 （0.14±0.02）/V
分辨时间
► 当脉冲数较多时，会出现脉冲叠加的情况
► 一个脉冲出现后，如果在时间τ以后出现的脉
冲能被定标器记录下来，则τ成为分辨时间。
X光机工作电流-计数率关系
► 理论上计数率应当和X光机的工作电流时间的存在， 实际上X光机工作电流与计数率的关系为
Count (kI b) /[1 (kI b) * ]
X光机工作电流-计数率关系
可得分辨时间τ=（97±9）μs.
G-M计数管的坪特性
►在进入计数管的放射性粒子不变的情况
下，改变加在计数管电极上的电压，由
定标器记录相应的计数率可得到一曲线
图，此曲线称为G-M计数管的坪特性曲
线。
坪特性曲线
V0
V1
V2
V0 称为起 图线中较平的一段BC段称为坪区。 V V2 V1 称为坪长 始电压， V1 称为阈电压， 度。图中 V0 420V V1 440V V2 710V V 270V
G-M计数管性能的测量
殷申初 10300190020 指导教师 吴义政
实验仪器及工作原理
► G-M计数管
GM计数器工作时，高 压由高压电源经过电阻R加 到计数管的阳极上，于是 在计数管内产生一主状对 称的电场。辐射粒子使电 极间气体电离，生成的电 子和正离子在电场作用下 漂移，最后收到电极上并 形成计数。
坪特性曲线
► 电压低于 V0 时，脉冲幅度过小不能触发定标器计
数，计数率为零；V0 到 V1 区间内，只有一部分粒 子能触发定标器计数。电压超过 V1 后，放电进入 盖格区，此时只要产生一对离子就会引起全管放电， 此时增加电压只增加脉冲幅度而不增加脉冲个数， V2 所以计数率不变，形成坪区。电压超过 后，正离 子到达阴极打出次级电子再一次放电的几率大于1， 此时进入连续放电区，计数率随电压剧烈增加。 ► 坪特性曲线是衡量G-M计数管性能的重要标志，在 使用计数管时通常工作电压选在盖格区内。
液体闪烁测量技术
适用于自动化操
作
＋
＋
计数率低时， 测 外标准道有 很大
量误差大
的计数率
＋
闪烁液体积要求 闪烁液体积要求 闪烁液体积可不等，
相等
相等
且适用于塑料闪烁
杯
＋表示与左邻相同
第五节 契伦柯夫计数( Cerenkov Counting )
契伦柯夫计数用于测量 高能β射线
契伦科夫辐射(Cerenkov Radiation ) 高能电子通过折射率较大的透明介质时,若其速度大于光在该介质中的速度, 在粒子经过之处,将沿一定方向发射出接近紫外波长范围的可见光。
1.3
1.4
1.5
1.6 折射率
η＞1.559, 可测量14C ( Emax = 0.156MeV ) α－溴化萘η=1.658
三 淬灭 契伦柯夫计数效率较低的原因 (除了阈能因素外): 1.契伦柯夫辐射波长范围 250 ~ 350 nm
而光电倍增管响应在 350 ~ 430 nm 2.契伦柯夫辐射有方向性
影响液闪测量的主 要问题是什么？
淬灭 （Quenching）
广义淬灭：
hν
放射性核素
溶剂分子
第一闪烁剂
第二闪烁剂
1．化学淬灭：（杂质淬灭、浓度淬灭、分子内淬灭）
Impurity
热能
淬灭杂质：R－SH, R －NO2, R －CO －R, R －CHO, R －X(Cl,Br,I ) CCl 4＞ CHCl 3＞ CH2Cl2
C1
C2
E1 =
C1
d
C3 ············ C10
E1
E2
E3 ············ E10
6.将外标准源放在闪烁杯旁进行照射,闪烁杯中产生Compton 电子。
双源法测GM计数器的分辨时间
双源法测计数装置的分辨时间
实验成员：
***
目录
一、 实验原理.................................................................... 2 资料个人收集整理，勿做商业用途 1.1 GM 计数管................................................................... 2 资料个人收集整理，勿做商业用途 1.2 GM 计数管的输出波形............................................... 2 资料个人收集整理，勿做商业用途 1.3 坪曲线.......................................................................... 3 资料个人收集整理，勿做商业用途 1.4 双源法......................................................................... 3 资料个人收集整理，勿做商业用途 1.5 ...................................................................................... 4 资料个人收集整理，勿做商业用途
双源 7478 7564 7505 7487 7308 7453 7545 7371 7484 7473 373.34
所以， =3.615/s， =211.835/s， =202.3/s， =373.34/s，计算得到该计数装 置的分辨时间 =486.69 微秒。资料个人收集整理，勿做商业用途
GM计数器分辨时间的测量
GM计数器分辨时间的测量【摘要】GM计数器可用于测定核辐射粒子的数目，是一种被广泛采用的核探测仪器。
分辨时间是GM计数器最主要的参数之一。
本实验通过两种方法：1）双源法、2）示波器法对GM计数器的分辨时间作了测量，得到实验所用GM计数器的分辨时间约为0.2ms，并对结果进行了比较与分析。
【关键词】GM计数器分辨时间双源法【引言】GM计数器是核辐射探测器的一种，可用于测量包括α粒子、β粒子、γ射线以及X射线在内的辐射粒子数。
GM计数器在科学研究、核辐射污染探测、液体污染监测等领域有着广泛的应用。
GM计数管的结构设计与安装有较高的灵活性，不同规格的GM计数管可以适合不同使用者的需求。
坪特性与分辨时间是GM计数器的最主要的两个性能指标。
本实验通过双源法和示波器法两种不同的方法对GM计数器的分辨时间进行了测量，并对结果进行了比较与分析。
【理论背景】(一)GM计数器的结构盖革—弥勒计数器简称为GM计数器，也称作气体放电计数器。
由GM计数管、高压电源和定标器组成。
最常见的有钟罩形β计数管和长圆形γ计数管两种，都是由圆筒状的阴极和装在轴上的阳极丝（通常是钨丝）密封于玻璃管内构成，内部抽空充惰性气体（氦、氖）、卤素气体。
(二)GM计数器工作原理GM计数管工作时，高压电源经过电阻R加在阳极上，管内产生柱状电场。
当射线进入计数管之后，引起管内的气体电离，所产生的电子在电场作用下向阳极移动，并进一步与气体分子发生碰撞打出很多次级电子，次级电子在电场作用下产生更多的次级电子，引起“雪崩放电．．．．”。
雪崩过程中，受激原子退激以及正负离子复合发射大量的光子，这些光子主要为猝灭气体所吸收，并使雪崩区沿着丝极向两端扩展导致全管放电。
最后有大量的电子到达阳极。
电子到达阳极之后，由于正离子的质量较大，运动速度慢，因此在阳极周围形成“正离子鞘”，并使得阳极附近的电场减小，新的电子无法增殖，放电终止。
由于阳极上的正离子被电子所中和，因此其电位降低，电源电压通过电阻R 向计数管充电，使电位恢复，阳极上得到一个负的电压脉冲。
G-M计数器
G－M计数管特性及核衰变规律
实验原理
高压
放大器前置放大器
定标器
G-M计数器的坪曲线
开始新的测量停止测量测量过程的总计数当前计数率（次/秒）
刚完成的测量周期的计数值现有数据基础上,
继续测量过程退出程序
测量进行的时间
计数参数设置
测量周期定时时间的设定测量周期数的设定甄别阈的设定
实验结果显示
通道A 直方图,显示在弹出的框图中
数据保存
软件操作界面介绍
检查高压旋钮是否处于较小的位置，确认处于较小位置后，才能打开电源，调节
高压，调节过程要缓慢。
注意：严禁用手触摸高压接触部分
用镊子取放射源，在计数器托盘中央小心地放入，有字的一面朝上，关上计数器小门。
先让仪器预热几分钟，等高压电源稳定后，方可进行测量分析。
设定甄别阈，在一定甄别阈下测量坪曲线。
注意：
每调节一次高压，测量并将该次测量结果记录在纸上； 调节高压旋钮，缓慢升高电压
坪上计数大小与测量时间、放射源的位置有关，可以改变上述条件以达到改变计数大小的目的
测坪过程中，当接近坪区末端，看到计数率明显增加时，要立即把工作电压降下来，绝不允许计数器进入连续放电区。
测量坪曲线
要求坪上点的数值大于1000
如果噪音较大，将阈值调至300以上
调节合适的工作条件，使每次计数的平均值小于10，测量次数大于1000次
记录保存数据
调节合适的工作条件，使每次计数的平均值大于20，测量次数大于1000次
记录保存数据
完成测量后，将电压调到0，再关闭电源。
确定采集好数据后，关闭定标器上的计算机电源，整理桌面，离开实验室。
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GM计数器分辨时间的测量
【摘要】
GM计数器可用于测定核辐射粒子的数目，是一种被广泛采用的核探测仪器。
分辨时间是GM计数器最主要的参数之一。
本实验通过两种方法：1）双源法、2）示波器法对GM计数器的分辨时间作了测量，得到实验所用GM计数器的分辨时间约为0.2ms，并对结果进行了比较与分析。
【关键词】GM计数器分辨时间双源法
【引言】
GM计数器是核辐射探测器的一种，可用于测量包括α粒子、β粒子、γ射线以及X射线在内的辐射粒子数。
GM计数器在科学研究、核辐射污染探测、液体污染监测等领域有着广泛的应用。
GM计数管的结构设计与安装有较高的灵活性，不同规格的GM计数管可以适合不同使用者的需求。
坪特性与分辨时间是GM计数器的最主要的两个性能指标。
本实验通过双源法和示波器法两种不同的方法对GM计数器的分辨时间进行了测量，并对结果进行了比较与分析。
【理论背景】
(一)GM计数器的结构
盖革—弥勒计数器简称为GM计数器，也称作气体放电计数器。
由GM计数管、高压电源和定标器组成。
最常见的有钟罩形β计数管和长圆形γ计数管两种，都是由圆筒状的阴极和装在轴上的阳极丝（通常是钨丝）密封于玻璃管内构成，内部抽空充惰性气体（氦、氖）、卤素气体。
(二)GM计数器工作原理
GM计数管工作时，高压电源经过电阻R加在阳极上，管内产生柱状电场。
当射线进入计数管之后，引起管内的气体电离，所产生的电子在电场作用下向阳极移动，并进一步与气体分子发生碰撞打出很多次级电子，次级电子在电场作用下产生更多的次级电子，引起“雪崩放电
．．．．”。
雪崩过程中，受激原子退激以及正负离子复合发射大量的光子，这些光子主要为猝灭气体所吸收，并使雪崩区沿着丝极向两端扩展导致全管放电。
最后有大量的电子到达阳极。
电子到达阳极之后，由于正离子的质量较大，运动速度慢，因此在阳极周围形成“正离子鞘”，并使得阳极附近的电场减小，新的电子无法增殖，放电终止。
由于阳极上的正离子被电子所中和，因此其电位降低，电源电压通过电阻R 向计数管充电，使电位恢复，阳极上得到一个负的电压脉冲。
脉冲达到定标器的灵敏度时便可触发定标器计数。
(三)分辨时间、死时间、恢复时间
GM计数管放电后在阳极附近产生一个正离子鞘，并减弱了阳极附近的电场，此时若有粒子进入，不能引起放电，也就不能引起定标计数。
随着正离子鞘向阴极移动，阳极附近电场逐渐恢复。
当正离子鞘移动到一定距离时，阳极附近的电场刚刚恢复到可以
放电，称这段时间t d为死时间
．．．，从这一时刻开始到正离子鞘移动到阴极为止的时间则
称为恢复时间
．．．．t r，在t r时间内，由于电场没有完全恢复，因此此时进入的粒子虽然能引起放电，但有可能因为脉冲幅度小于定标器的灵敏度而不能引起计数，如果τ时间后出
现的脉冲能够被记录下来，则称τ为分辨时间．．．．。
【实验方法与步骤】
(一) 双源法测量GM 计数器分辨时间
由于分辨时间的存在，GM 计数器实际测得的计数率m 小于真实值n ，且满足
1m
n m τ=-
为了计算得到τ，采用双源法，即测量A 、B 两个放射源分别照射下的计数率m A 和m B ，以及同时照射下的计数率m AB ，分别代入上式，又有
AB A B n n n =+，联立可得 2A B AB
A B m m m m m τ+-=
由此可计算得到GM 计数器的分辨时间。
实际测量时，应注意：
1. 分别测量A 、B 放射源以及同时测量A 、B 放射源时应保证A 、B 源的位置保持不变
以满足AB A B n n n =+；
2. 为了减小放射性衰变存在的统计涨落对实验结果的影响，m A 、m B 及m AB 可以通过
多次测量取平均的方法得到；实验中还应扣除本底辐射的计数率以消除其所带来的
影响。
3. 测量过程中应注意防止GM 计数管上的高压过高引起连续放电损坏GM 计数管。
(二) 示波器法测量GM 计数器的分辨时间
为了能从示波器上直接得到分辨时间，需从实验电路中引出脉冲信号，图一、二分
别给出了实验电路图、以及放大器部分的电路图
图 1
图2
实验中，将探针接于放大电路三极管的集电极（c极）处，并将此信号输入示波器，便可在示波器上观察到脉冲信号。
实际测量时，应注意：
1.将探针接于集电极上时，应同时将探针的另一极接地，以防烧坏示波器；
2.为了在示波器上同时观察到较多的脉冲信号，应适当调大放射源的放射强度。
【结果与讨论】
(一)双源法测量分辨时间
用两块22Na作为放射源，分别用A、B来表示，双源法测量GM计数器分辨时间所得实验数据如下表所示
测量时间t=200s
表格1
计算得到分辨时间为
τ=
0.000203s
不确定度的估算
对双源法测得分辨时间作不确定度估算。
由于核衰变计数存在统计涨落，在计算不确定度时，认为所测得的计数服从泊松分布且该次测量所得的值即为平均值，进而一次不确定度可表示为①
σ=
其中，M表示单次测量的读数。
进一步通过不确定度传递公式计算可得
στ=
()0.01ms
双源法测得分辨时间为
τ=±
(0.200.01)ms
(二)示波器法测量分辨时间
接好电路之后，可在示波器上观察到如图3所示图像
从示波器上观察到，在出现了一次脉冲信号之后（最左边的峰，调节示波器使之位置固定），其右侧出现了大小不一的脉冲信号，且右侧这些脉冲信号快速地变化并交替出现，其峰值形成了图3-1中虚线所表示的包络线。
分辨时间τ、死时间t d、恢复时间t r的读法如图3-2所示。
实际测量中，由于GM计数器定标器的灵敏度未知因此无法直接读出分辨时间τ的值。
然而在定标器灵敏度足够高的情况下，d
t
τ≈
，可以用死时间t d来作为分辨时间的近似。
从示波器上直接读出分辨时间为
0.20
d
t ms
τ≈=
不确定度分析：数显示波器的仪器不确定度μB2以及测量不确定度μB1均会对测量结
果造成影响。
由于脉冲信号并不稳定，对测量不确定度的影响较大，取μB1为仪器最小分度
②，则μτ≈μB1=d=0.02ms，最终分辨时间表示为
(0.200.02)ms
τ=±
(三)两种方法的比较
双源法和示波器法所测得的分辨时间的值较为接近，且在数量级上与已知的一般GM计数器的分辨时间相符（0.1ms量级），两种方法都能有效的测得GM计数器的分辨时间。
两种方法的操作均较为简便。
但双源法测量分辨时间需对多个放射源组合进行测量，所用的实验时间较长，且对放射源位置的摆放有要求，分辨时间由测量值计算得到；示波器法可直接读出分辨时间的值，相对更为简便。
不确定度比较。
1）双源法：核衰变计数的统计涨落是影响测量结果不确定度的主要因素。
通过延长单次测量时间以及多次测量取平均的方法可以减小不确定度。
2）示波器法：由于示波器上所显示的脉冲信号处于不断的变化中，并不稳定，因此给读数带来了一定的困难，由于示波器本身读数的不确定度以及测量人判断分辨时间所带来的B1类不确定度的影响，其综合的不确定度因大于双源法。
且由于示波器法测量时将死时间作为了分辨时间的近似，也会造成与真实值产生一定的误差。
综上所述，示波器法可以较为方便、直观地得到GM计数器分辨时间的值，但是其所得的不确定度要大于双源法。
图3-1
图3-2
【小结】
本实验通过双源法和示波器法测量得到了GM 计数管的分辨时间，分别为(0.200.01)ms τ=±双源，(0.200.02)ms τ=±示波器。
由于分辨时间在0.1ms 的数量级，因此其实际上测量所得的计数率m 与真实的计数率n 差别并不是很大，在一般情况下均可用m 来替代n 。
此外比较了两种方法的优劣：示波器法较为直接和简便，但由于波形的变化以及忽略了定标器分辨率的影响，其测量不确定度较大；双源法的精度较高，但是其测量所用时间较长，过程也相对繁琐。
【致谢】
感谢实验中心姚红英老师的悉心指导以及实验搭档刘仲麟同学的合作！
【参考文献】
1、吴思成，王祖全. 近代物理实验. 北京：北京大学出版社，2001.
2、沈元华，陆申龙. 基础物理实验. 北京：高等教育出版社，2006。