盖勒-弥勒计数器和放射性探测实验方案(优.选)
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)
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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。
实验三盖革-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：普通物理实验实验项目：实验三盖革-米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律学生姓名：马晓娇学号：20131050137 物理科学技术学院物理系 2013 级天文菁英班专业指导老师：何俊试验时间：2015 年11月 13 日 13 时 00 分至 18 时 00 分实验地点：物理科学技术学院实验类型：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（一）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(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。
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。
G-M实验
近代物理实验
实验内容
1、测量计数管的坪曲线 2、双源法测量计数管的分辨时间 3、验证泊松分布
物理学实验教学示范中心
近代物理实验
实验步骤
1.测量G－M计数管坪曲线。 （1）将放射源放在计数管支架的托盘上，并对准计数管
的中央部位，在测坪曲线的整个过程中，放射源位置保持 不变。 （2）检查连接线及各个开关位置无误后，打开定标器的 电源开关，将定标器预热数分钟，然后将高压细调旋扭开 关旋到最小，打开高压开关，细调高压值，使计数管刚好 开始计数。 （3）将定标器的甄别阈调0.2伏，细调高压，仔细测出起 始电压（测量两次，取平均值），然后电压每升高20伏测 量十次，每次测量时间为10秒钟，直到发现计数增加时 （坪长已测完），应立即降低工作电压，以免发生连续放 电，将计数管损坏。 （4）将实验数据列入表中，取十次平均值，并用坐标纸 画出该计数管的坪曲线，确定其起始电压，坪长度和坪坡 度，然后选定其工作电压。
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，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
盖革一米勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律
佛山科学技术学院实 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专业班级 10物师 姓名 李福潘 学号 2010284113 仪器组号指导教师 李斌老师 成绩 日期 2013年4月8日星期一 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 实验仪器实验装置包括G-M 计数管、计数管探头、自动定标器、铝吸收片和β放射源。
计数管探头是一个前置放大器，用于将计数管产生的脉冲进行放大。
自动定标器已集高、低压电源和定标器为一体，计数管所需高压便由自动定标器提供。
三.实验原理计数管可看成是一个电容,雪崩放电前加有高压,因而在两极上有一定量的电荷存在,放电后电子中和了阳极上一部分电荷，使阳极电位降低。
随着正离子向阴极运动，高压电源便通过电阻 R 向计数管充电，使阳极电位恢复，在阳极上就得到一个负的电压脉冲。
因此，一次雪崩放电就得到一个脉冲，即一个入射粒子入射只形成一个脉冲，脉冲幅度的大小由高压电源电压和电阻R 决定,与入射粒子的能量和带电量无关。
2、G-M 管的特性（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如图1所示。
由于该曲线存在一段随外加电压变化而变化较小的区间即坪区，因此把它叫做坪曲线。
坪曲线的主要参数有起始电压、坪长和坪斜。
起始电压即计数管开始放电时的外加电压，图中用0V 表示。
坪长即坪区的长度，图中为21V V 和之差。
坪斜即坪区的坡度，通常用坪区内电压每增加l00V 时计数率增长的百分比表示：42112211012n n T n n V V -=⨯+-（）（V ） [单位:%/(l00V)], (1) 式中T 表示坪斜，1n ，2n 分别对应于1V 和2V 时的计数率。
实验报告内容：一.实验目的 二.实验仪器 （仪器名称,型号，参数，编号） 三.实验原理（原理文字叙述和公式，原理图） 四.实验步骤 五，实验数据和数据处理 六，实验结果 七，分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法，实验现象的分析，问题的讨论） 八，思考题坪曲线是衡量G-M 管性能的重要指标，在使用前必须进行测量，以鉴别计数管的质量并确定工作电压。
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。
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盖勒-弥勒计数器和放射性探测实验方案
一．实验目的
1．理解盖革—弥勒计数器的工作原理和掌握测量方法;
2．了解核辐射计数（放射衰变）的统计分布规律及计数率测定的标准偏差计算方法。
二．实验内容
1．测定盖革—弥勒计数器的工作原理和掌握测量方法；
2．用盖革—弥勒计数器测定放射源的强度及其衰变规律。
三．实验原理
1．盖革-弥勒计数器的工作原理
盖革-弥勒计数器简称G-M计数器。
它由G-M计数管、高压电源和定标器组成。
常见的G-M计数管，是在一密封的玻璃管内，中心张紧一根钨丝作为阳极，紧贴玻璃管的内表面装一金属圆筒作为阴极。
管内充以惰性气体。
用G-M计数管作测量时，高压电源通过高电阻R加在计数管的两极上。
于是，在管内的两极间产生一柱对称电场，愈靠近阳极，电场愈强。
当有粒子射入计数管后，将引起管内的气体电离，产生少量的离子对。
但所产生的负离子（实际上是电子）被电场加速向阳极运动。
在趋向阳极的过程中，与气体分子多次发生碰撞，打出很多次极电子。
这些次极电子仍可获得足够的能量又产生新的电离，因此在阳极附近，次极电子急剧倍增，出现所谓“雪崩”现象，同时，雪崩过程向阳极丝两端扩展，从而导致整个计数管放电。
由于电场在阳极附近最强，所以绝大多数离子对是在阳极附近产生的，在电场作用下，电子的迁移速度比正离子大得多，很快趋向阳极被中和，而正离子还仍然包围着阳极，形成所谓“正离子鞘”。
正离子鞘大大削弱了阳极附近的电场，从而使电子暂时失去电离气体分子的能量，雪崩过程就自动停止。
之后，正离子鞘在电场作用下向阴极运动。
计数管的两极间具有一定的电容，加上高电压后使两面三刀极带有一定量值的电荷。
随着正离子鞘运动到阴极中和后，两极上的电荷量将减少，阳极电位降低，于是高压电源通过电阻R向计数管充电，使阳极电位得到恢复，从而在阳极上得到一个负电压脉冲。
脉冲的大小决定于计数管中的场强，而与入射粒子引起的原始离子对的数目无关（在计数评区内）。
只要脉冲幅度足以触发定标器，定标器就记录下这个负脉冲，作为一次计数。
正离子到达阴极后会从阴极上打出电子，因为这时阳极附近的电场已经恢复，被打出的电子经过电场加速又会引起计数管放电。
这样只要有一个辐射粒子射入计数管，将会引起一次又一次循环不断的放电，从而使计数管无法再记录第二个入射的粒子。
为了使第一次放电后不再引起下一次放电，就在计数客内加入少量能使放电猝来的其他气体。
当第一次放电后形成的正离子鞘向阴极运动途中，和猝灭气体分子碰撞，使其电离、隋性气体离子吸收其放出的电子而成为中性分子。
于是到达阴极的几乎全是猝灭气体的正离子，它们吸收阴极上的早子使自身离解成小分子，而不打出电子，第二次放电被猝灭。
计数管每计数一次，就有一部分猝灭气体分子被电离，因此，其浓度逐渐降低。
在正常条件下，这类管子达107—108次以后，就不能猝灭第二次放电了。
2．G-M计数管的坪特性
当计数管在强度不变的放射源照射下，改变加在计数管两极间的电压，可得到计数率随电压变化的G-M计数管的“坪曲线”。
坪曲线的主要参数有起始电压、坪长和坪坡度。
当计数管两极间电压较小时，定标器闭幕不计数。
因为此时计数管阳极附近电场强度很小，不足以引起雪崩过程，放电脉冲小，不能触发定标器。
当电压增加电压到U
2
，在这范围内，入射粒子只要电离一个气体分子，就会引起全管放电，所有脉冲都达到可记录的幅度。
计数率几乎不再随电压的升高而增加，也不受原
始离子对数目的影响，曲线这段叫做“坪区”，对应的电压差U
2—U
1
叫做“坪长”，
它是计数管的工作区，通常计数管的工作电压选在坪长的三分之一至二分之一之间，由于坪区的存在，工作电压的波动对计数率影响很小。
在坪区末端，从U
2
开始，电压若升高，计数率将急剧上升，这时由于电压太高，计数管已进入“连续放电压”。
计数管连续放电一次，要消耗大量猝灭气体分子，加速计数管老化。
因此，在使用时，一定要避免发生连续放电。
G-M计数管坪曲线图
3．放射性测量的统计规律
放射性物质各原子内部的核衰变是完全随机的、独立的。
因此，核辐谢计数遵从统计规律，即泊松分布。
泊松分布公式：p(n)=λn/n! ·e-λ（其中λ为平均计数n’）上式表明，在时间T内，平均计数为n’时，计数为n出现概率。
当n较大时，用泊松分布计算误差较困难，只要n>10以上，可用高斯分布代替泊松分布。
高斯分布公式为：
P(n)= (1/2n’)*exp[(n’-n)^2/2n],
实测随机抽样n无限多次测量平均数n之间的标准误差，按高斯分布有^2=∫(n’-n)^2P(n)dn=n’;
即=(n’)^1/2;
相对标准误差 En=n’=1/(n’)^1/2;
一般常用计数率m=n/t表示，基标准误差为
m m/t^
相对标准误差为 Em= m m’=1/(mt)^1/2;
从上式看出，测量时间愈长，总的计数愈大，计数率的相对误差愈小。
应当说明，上式在无限多次测量地基础上得到的，实际上我们无法也没必要办到，因此将一次测量值作为平均值处理。
同时在评定测量结果不确定度时，也将在上述几个公式的基础上进行计算。
4.放射源活度测量
放射源的放射性活度定义为单位时间内衰变的原子核个数。
放射性活度常用单位为居里，规定每秒衰变3.7*1010次为1居里。
放射性活度测量的主要依据是计数器探测的计数率。
为了测量准确，第一要考虑仪器的差异，用标准源对仪器进行对比标定；第二要考虑环境已有的放射性影响（如宇宙射线），进行本底计数率校正。
测量时，先对末知源进行测量，设计娄率为m
x
;将未知源换成标准源，计数
率为m
0;最后在没有放射源的情况下，仪器的本底计数率为m
b
,标准源的活度已知
为D
0，则未知源的活度D
x
为：D
x
=(mx-mb)/(mo-mb)D
四．实验仪器
盖革-弥勒（G-M）计数管、自动定标器（带高压电源）、长寿命放射源、铅室及其他物品。
五、实验步骤
１、调节计数时间100s，放上任一源，从280V 至500V 每隔20V 记录一组数据，作出
坪曲线图，求出相应参数。
２、在上一步中选取工作电压（ 2 1 ~U U ），时间取300s，分别测量已知源与未知源的
记数，记录数据。
３、不放源，时间取1s，记录出现了哪些记数及出现的次数，求出500 次中每个记数
出现的概率，做分布曲线图。
４、分不同时间测量，和相同时间多次测量与单次测量比较。
研究放射性测量的规律。
５、给定相对标准误差的情况下，利用公式
计算相应时间，并通过实验证实。
电气 0 4
陈景军
0 4 0 6 5 2 1 7
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