GM计数器和核衰变规律试验
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・工作电压应选取在最为平坦的区域。
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
F（r）=rdfe
Vo = IkV, a = 0.5pm, b = 1cm 典
型分布值为
I:.。二：
IZZ
] |。・0：
|
|0.05
E(r) (V/ca) |374Q0 1187001
1 |374||187|
|
1
3740| 18701
脉冲形成
射线进入计数管T气体初电离产生初级电子 T初级电 子在电场下加速引起进一步电离T 电子雪崩
阳极附近产生大量粒子对：
•电子迅速向F日极移动
-正离子形成“正离子鞘”，缓慢移向阴极 运动的电子、正离子在极板上感生电荷，输出 脉冲。 快慢成分：电子漂移速度远大于正离子
拟合结果得到分辨时间
T = (65.8 ±0.06)ps 理论分辨时间100Q量级，符合较好
原理
・X光管电流与发出的X光子教目成正比，由于 探测器 和X光管相对位置不变，单位时间内打 在探测器内的有 效区间的粒子数n与管电流 %满足n = k . Ig + b
・由于分辨时间存在，测得计数率m和实际光 子数n满
® 期望 m = Nop = NO(1- e~At)方差 a2 = Nop(l-p) = me~At At«1时,a2 = m
L
J
r
® P(n)=
囹 b = yfm
融分
布
m > 20
(n-m)
(n-m)2
•尤2检验法（适用高斯分布和泊松分布）
积微分作用
放大作用
线性放大脉冲幅度，不 改
变形状，但幅度超过 10V
会导致饱和，脉冲 崎变
反应脉冲幅度变化
反应脉冲幅度积累
01脉冲的形成和变化-电子学参数选取
功能
对酬的瞬
收集脉冲 &越大，脉冲幅度、瓦度增大 5kQ
线性放大成比例放大脉冲，可能导致饱和 待定
线性放大器
为公 反应脉冲幅度变化：使脉冲宽度大 微为大减小，略减小幅度,产生下冲
' — ■一 一一 一一一 ■一 一一.
01脉冲的形成和变化—前置放大器
定标器
姓性.放人器
快慢成分观察
RC较小时，脉冲幅度小且下沿陡峭。
此时由前放成形的快慢信号峰值位置相近，且福 度可比。 可通过下沿的突变直观看出快慢成分。
前放作用
Ic(t)e-^RCdt
TIIW 21
无积微分
01脉冲的形成和变化（原理）—线性放大器
03放射性衰变统计规律
©械分布
' No > 100, p < 0.01
! 「?
\
® p（n） =^pne-WoP
\
\ ® m = nop, G = yfm
-------二项式分布
\zy 任意多个样本数
r
n
S P = 1-厂北(人是衰变常数，来自N = /V-")
®时间t内发生核衰变数为n,则有P(n) = —^―pn(l- p)*-n
积分的作用对时间定标电路没 有 帮助 阈值大于噪声而小于目标脉冲
脉冲间隔约200/zs,无叠加 与分 辨时间65处近相当
测量
•■■
,..一 . . ■ .
02 GM计数器特性一坪特性
■
. . . .
■
lg 15. OkV If 0.34aK R Sto 分18!分0
G«n=34
原理
・在强度不变的放射源照射下，测量计数率随工作电 压的变化， 称为坪曲线。 -定标器阐值的设定、灵敏度低会使起始电压升高， 坪区绽短。
02 GM计数器特性—分辨时间
原理
・当正离子鞘到达某半径布时，阳极附近的电场刚 刚恢复 到可以发生放电，这段时间称为死时间妇.
•正离子从到阴极的一段时间称为诙复时间质。 ・脉冲幅度随着电场恢复而增高，脉冲能被定标器 记录下
来所经历的时间为分辨时间徐
02 GM计数器特性—分辨时间
测量一
相关度0. 99987
快上升沿=定时误差小
01脉冲的形成和变化—GM计数管
I t2:正离孑被阴极收集的时间
j
I从切到勺，正离子先在阳极强场附近运动，速
|度增长快，向阴极靠近时场强减弱，运动速度
|逐渐缓慢，直到被阴极吸收
脉冲贡献
负载RCT8时，输出脉冲快慢成分如右图
电子感生的快脉冲信号占总脉冲幅度为
咬 _ ln(n)/a) + V^~ ln(b/a)
实验内容
.
01 脉冲的形成和变化
GM计数管负裁电阻线性放大器
「 电子学参数 脉冲形状
02 GM计数器特性
坪特Байду номын сангаас分辨时间
JGM计数管工作区间 计数率限值
计数率统计规律 核事件的时间间隔分布
放射性衰变统计规律
01脉冲的形成和变化
选择参数f负载电阻砒，线性放大器
准确的脉冲定标：窄脉冲=不堆积
（放大倍数Gain,微分，积分） D
反应脉冲幅度累积：使脉冲幅度塔 以免 大，上下沿趋于对称（高斯峰）
确定脉冲时间滤掉阈值以下的脉冲
0.614V
脉冲不能过竟，以免盆加，损 失 掉幅度可由线性放大弥补 放大后 脉冲幅度应恰大于5V, 以确保曩加 在上一脉冲下冲上 的脉冲仍能被 定标，且与噪声 拉开幅度差距； 不可过大，否 则引起饱和
产生窄脉冲
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
F（r）=rdfe
Vo = IkV, a = 0.5pm, b = 1cm 典
型分布值为
I:.。二：
IZZ
] |。・0：
|
|0.05
E(r) (V/ca) |374Q0 1187001
1 |374||187|
|
1
3740| 18701
脉冲形成
射线进入计数管T气体初电离产生初级电子 T初级电 子在电场下加速引起进一步电离T 电子雪崩
阳极附近产生大量粒子对：
•电子迅速向F日极移动
-正离子形成“正离子鞘”，缓慢移向阴极 运动的电子、正离子在极板上感生电荷，输出 脉冲。 快慢成分：电子漂移速度远大于正离子
拟合结果得到分辨时间
T = (65.8 ±0.06)ps 理论分辨时间100Q量级，符合较好
原理
・X光管电流与发出的X光子教目成正比，由于 探测器 和X光管相对位置不变，单位时间内打 在探测器内的有 效区间的粒子数n与管电流 %满足n = k . Ig + b
・由于分辨时间存在，测得计数率m和实际光 子数n满
® 期望 m = Nop = NO(1- e~At)方差 a2 = Nop(l-p) = me~At At«1时,a2 = m
L
J
r
® P(n)=
囹 b = yfm
融分
布
m > 20
(n-m)
(n-m)2
•尤2检验法（适用高斯分布和泊松分布）
积微分作用
放大作用
线性放大脉冲幅度，不 改
变形状，但幅度超过 10V
会导致饱和，脉冲 崎变
反应脉冲幅度变化
反应脉冲幅度积累
01脉冲的形成和变化-电子学参数选取
功能
对酬的瞬
收集脉冲 &越大，脉冲幅度、瓦度增大 5kQ
线性放大成比例放大脉冲，可能导致饱和 待定
线性放大器
为公 反应脉冲幅度变化：使脉冲宽度大 微为大减小，略减小幅度,产生下冲
' — ■一 一一 一一一 ■一 一一.
01脉冲的形成和变化—前置放大器
定标器
姓性.放人器
快慢成分观察
RC较小时，脉冲幅度小且下沿陡峭。
此时由前放成形的快慢信号峰值位置相近，且福 度可比。 可通过下沿的突变直观看出快慢成分。
前放作用
Ic(t)e-^RCdt
TIIW 21
无积微分
01脉冲的形成和变化（原理）—线性放大器
03放射性衰变统计规律
©械分布
' No > 100, p < 0.01
! 「?
\
® p（n） =^pne-WoP
\
\ ® m = nop, G = yfm
-------二项式分布
\zy 任意多个样本数
r
n
S P = 1-厂北(人是衰变常数，来自N = /V-")
®时间t内发生核衰变数为n,则有P(n) = —^―pn(l- p)*-n
积分的作用对时间定标电路没 有 帮助 阈值大于噪声而小于目标脉冲
脉冲间隔约200/zs,无叠加 与分 辨时间65处近相当
测量
•■■
,..一 . . ■ .
02 GM计数器特性一坪特性
■
. . . .
■
lg 15. OkV If 0.34aK R Sto 分18!分0
G«n=34
原理
・在强度不变的放射源照射下，测量计数率随工作电 压的变化， 称为坪曲线。 -定标器阐值的设定、灵敏度低会使起始电压升高， 坪区绽短。
02 GM计数器特性—分辨时间
原理
・当正离子鞘到达某半径布时，阳极附近的电场刚 刚恢复 到可以发生放电，这段时间称为死时间妇.
•正离子从到阴极的一段时间称为诙复时间质。 ・脉冲幅度随着电场恢复而增高，脉冲能被定标器 记录下
来所经历的时间为分辨时间徐
02 GM计数器特性—分辨时间
测量一
相关度0. 99987
快上升沿=定时误差小
01脉冲的形成和变化—GM计数管
I t2:正离孑被阴极收集的时间
j
I从切到勺，正离子先在阳极强场附近运动，速
|度增长快，向阴极靠近时场强减弱，运动速度
|逐渐缓慢，直到被阴极吸收
脉冲贡献
负载RCT8时，输出脉冲快慢成分如右图
电子感生的快脉冲信号占总脉冲幅度为
咬 _ ln(n)/a) + V^~ ln(b/a)
实验内容
.
01 脉冲的形成和变化
GM计数管负裁电阻线性放大器
「 电子学参数 脉冲形状
02 GM计数器特性
坪特Байду номын сангаас分辨时间
JGM计数管工作区间 计数率限值
计数率统计规律 核事件的时间间隔分布
放射性衰变统计规律
01脉冲的形成和变化
选择参数f负载电阻砒，线性放大器
准确的脉冲定标：窄脉冲=不堆积
（放大倍数Gain,微分，积分） D
反应脉冲幅度累积：使脉冲幅度塔 以免 大，上下沿趋于对称（高斯峰）
确定脉冲时间滤掉阈值以下的脉冲
0.614V
脉冲不能过竟，以免盆加，损 失 掉幅度可由线性放大弥补 放大后 脉冲幅度应恰大于5V, 以确保曩加 在上一脉冲下冲上 的脉冲仍能被 定标，且与噪声 拉开幅度差距； 不可过大，否 则引起饱和
产生窄脉冲