利用盖革计数器测量核衰变的统计规律实验报告

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：***

学号：******* 一．实验仪器：

G-M计数器，β粒子放射源，脉冲示波器。

二．实验原理：

1.G-M计数器原理：

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）在G-M计数管两极加上电压V0 ，设其阳极半径为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。/ln(a/b)可见随着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

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

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

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。正离子鞘将随着电离发生而逐渐增厚。由于正离子鞘的作用，阳极附近的电场强度将随之减小，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

关，如下图。在小于V0 时完全没有计

数，此时管内的电场强度不足以激发电子

雪崩；在V0 到VB 之间，计数率随着电

压快速增大；在VB 到VC 之间，计数率

随着电压小幅地增加，这段直线被成为

“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。

三．实验过程：

1.测坪曲线：

以6V为间隔，30s测一次数，共测12组，画出坪曲线，并求坪长，萍斜。标出起始电压，选定工作电压。

2.验证核衰变所遵从的统计规律：

1.）无放射源时，以选定的工作电压进行测量，计数30次，每次30s。

2.）有放射源时，调整测量时间使每次计数在1000-1500，重复测量200次。

3.）求平均值及标准差σ。并作出频率分布直方图，与高斯曲线比较。并求出在区

间内的频率。

3.合理安排测量时间：

粗略估计本地计数率以及源加本底计数率Nb，Nc.并在精度为1%的条件下，求出一次测量本地及源加本底的时间，并按时间测量，求出实验精度，验证公示准确性。三．实验数据记录与处理：

1.测坪曲线

绘图分析可得：

坪长L=51.87 v

坪斜k=2.03/v

起始电压301.03v

工作电压321v

2. 验证核衰变所遵从的统计规律：

本底测量频率直方图：

由Gauss Amp 拟合可得：拟合程度Adj.R-S=0，与高斯曲线完全不拟合。理论值

Xc=61.43,与实验平均值62.13，基本符合。理论方差w=0，与实验方差7.62，完全不

源加本底测量频率分布直方图：

由Gauss Amp拟合可得：拟合程度Adj.R-S=0.974，与高斯曲线拟合良好。理论值Xc=1087.2,与实验平均值1089.8，非常接近，基本符合。理论方差w=31.12，与实验方差31.25，非常接近，符合良好。在区间内频率为72.5%，与理论值68.27%，相差较

由本底的数据分布结合源加本底的数据分布易得，核衰变的统计规律符合高斯分布，即核衰变所遵从的统计规律得到验证。

3.合理安排试验时间：

由实验数据可得：本底计数率及源加本底计数率，Nb=2.07，Nc=108.98

在1%的精度条件下，求得本底及源加本底测量时间Tb=14.96s, Tc=108.5s.

按照计算时间，本底及源加本底分别取（20s计数55,200s计数29618）

得出精度0.64%<1%,即实验时间选取妥当，实验规律公式正确。

四．实验结果分析与讨论：

1.近代物理实验中，核物理实验是较为基础但却最重要的实验，核物理实验能够帮助

学生掌握近代物理实验的基本方法和基本规律，让人受益匪浅。

2.试验中数据与曲线并不完全符合，综合原因在以下几点：仪器误差，人员操作误差，

数据涨落造成的随机误差。

3.本实验数据误差不大，操作人员无明显操作失误，可以认为数据真实有效。

4.试验中使用的放射源强度小，对人体无危害，通过实验我们学习了基本的防护技能，

加深了对核安全的理解，并且克服了对于核无知而带来的恐惧。