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实验报告东北师范大学物理学院 2012级4班秦琦 2012012740

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。

(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，一个入射粒子就产生多个信号了，为了避免再次形成雪崩效应，时的一个入射粒子只产生一个信号，在管内加入少量的猝灭气体来吸收这部分电子，计数管按其所充猝灭气体的性质，可以分为充有机气体(如酒精蒸汽、乙醚蒸气等)的有机管和充卤素(如溴蒸汽)的卤素管两种。 3、坪特性

(1)坪曲线盖革计数器的计数率与电压有关，开始输出小，管内的电场强度不足以激发电

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东北师范大学物理学院 2012级4班秦琦 2012012740 子雪崩，当电压超过某一值时，定标器开始计数，此时电压称为阈值电压。

(2)随着脉冲幅度升高，计数率迅速增加，升到时，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，称为坪区。 - 这段直线为坪长度。

(3)坪坡度

计数管通常工作在坪区的左 ~ 处。

(4)电源电压越大，负脉冲幅度越大;串联电阻越大脉冲宽度越宽，幅度也较大。三、实验内容

注意:使用时应先开低电压开关后开高电压，因为高压由低压来，先关高电压开关再关低电压开关，电压旋钮到零才可以开关。最小刻度为一格3V。

1、测坪曲线:

以6V为间隔，30s测一次数，测12组，画出坪曲线，求坪长和坪斜，选择第6个数据为工作点电压.

2、验证核衰变所遵从的统计规律:

1)铅室内不放放射源，调高压为选定的工作电压值，测30s的本底计数30次，用直接检验法测验测量结果的可靠性。

2)在工作点电压下，前室内放上放射源，调整测量时间，10s内计数，重复200个计数

3)求平均值及标准差。并作出频率分布直方图。

、合理安排测量时间 3

1)根据公式粗略估计本底计数率和源加本底的计数率，测量时间为30s。

2)如果要求测量精度为1%，求出做一次测量源加本底所需时间;之后用所选时间进行实测，求出结果经度，已验证相应公式的正确性。

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四、数据处理

1、测平曲线

坪长L:

坪斜K:

起始电压 :

工作电压 :

2、验证核衰变所遵从的统计规律

本底测量的平均值 :58.33333，标准差 :8.014354937，在区间内频率为

73.33% 源加本底测量的平均值 :370.105，标准差 : 17.886689，在区间内频率为66.5%

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由图像可以看出本底计数不符合高斯分布，而源加本底较符合高斯分布。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，即核衰变符合的统计规律得到印证。

3、合理安排测量时间

由实验数据可得:本底计数率及源加本底计数率，Nb=1.90，Nc=370 在1%的精度条件下，求得本底及源加本底测量时间Tb=83.477s, Tc=368.378s. 按照计算时间，取本底及源加本底

s计数 ,400s计数 ) 得出精度 ,即实验时间选取妥当，实验规律公分别取(90 式正确。

五、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掌握近代物理实验的基本方法和基本规律。

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、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，就是离放射源尽量远一些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。

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