切仑科夫效应、盖格计数器
盖革米勒计数器的原理
盖革米勒计数器的原理
盖革米勒计数器（Gigemiller counter）是一种用于测量辐射的设备，通过利用辐射与物质相互作用所产生的电离效应原理进行计数。
其工作原理如下：
1. 辐射入射：当辐射（如射线或粒子束）通过盖革米勒计数器时，与物质相互作用，产生电离效应。
2. 电离效应：辐射中的粒子通过与原子、分子碰撞，会从原子或分子中移除电子，形成正离子和自由电子对。
3. 电流放大器：通过放大器将自由电子对产生的微弱电流信号放大，以便能够进行信号测量和计数。
4. 计数器：放大后的电流信号被计数器接收，计数器中的电子元器件记录和累计辐射粒子击中探测器的次数。
5. 显示结果：通过显示装置将测量得到的计数结果展示出来，通常以单位时间内的计数次数来表示辐射强度。
盖革米勒计数器的原理基于辐射与物质之间的相互作用，通过测量辐射粒子的电离效应产生的电流信号进行计数。
它是一种常用的粒子探测器，被广泛应用于核物理实验、医学放射诊断等领域。
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。
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。
1-0粒子物理和核物理实验(1)解析
评分标准 平时作业 30% 期末考试（闭卷）70%
参考书目和学术刊物
谢一冈等著：《粒子探测器与数据获取》，教育出版社，北京 2003 唐孝威主编：《粒子物理实验方法》，人民教育出版社，北京 1982 李金编著：《现代辐射与粒子探测学讲义》 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A
客体尺度与观测手段
粒子探测器
我们生活的宏观世界被大量的微观粒子所包围： 来自地球表面的各种放射性，如 40K、232Th、235U 来自宇宙（太阳、银河系）的宇宙线（、） 来自加速器和人工放射源的各种能量、不同种类的粒子和射线
为了测量粒子和射线的基本性质，研究这些粒子之间的相互作用以及它们与 宏观物质的相互作用 为了将这些粒子与射线作为微小的探针来研究微观和亚微观结构，如：晶体 结构、物质的表面结构、分子原子及核结构等 为了通过这些粒子或射线来研究我们达不到的各种天体，如地球的深处、太 阳的内部、月亮或银河以外、更遥远的天体 为了使粒子和射线在工业、农业、矿山、地质、医疗、环保、航天等领域被 广泛地应用，不可替代地获得对宏观物质的形态、结构、成分的测量和研究
“小宇宙”和“大宇宙”
近百年来，人类的认识逐渐达到原子、原子核、核子、 夸克这几个层次，对其观测的尺度已从10-8到10-15厘 米。作为人类周围星体世界的大宇宙，从太阳系、银 河系、直到河外系，人们观测的尺度已大到6×107光 年距离。在地球上观察到宇宙中存在高能基本粒子， 也包括能量范围极宽的电磁辐射光子，其能量由10-4 电子伏特（宇宙背景辐射）到1020 电子伏特的硬γ射 线，而可见光光子只在大约1.6-3.2电子伏特的很小的 一段范围内。宇宙本身已逐步成为研究粒子物理的实 验室。人类对无限小和无限大世界的研究也已经逐步 有机地结合起来。
切伦科夫效应原理
切伦科夫效应原理引言切伦科夫效应（Cherenkov effect）是由苏联物理学家切伦科夫在1934年首次发现的一种现象。
它是指当高速电荷粒子穿过透明介质时，由于其速度超过介质中光的传播速度，产生的圆锥形蓝光辐射现象。
本文将全面、详细、完整且深入地探讨切伦科夫效应的原理及其应用。
二级标题1：切伦科夫效应的原理三级标题1.1：速度超光速的电荷粒子由于光在真空中传播的速度是极限速度，所以在介质中的光速会比真空中的光速慢。
当高速电荷粒子穿过介质时，如果其速度超过介质中光的传播速度，就会产生切伦科夫效应。
三级标题1.2：介质中的光传播在介质中，光的传播过程可以通过折射和散射来解释。
当高速电荷粒子穿过介质时，由于介质中的原子实会受到电子的影响而发生激发，然后再以光子的形式重新辐射出来。
三级标题1.3：蓝光辐射现象的产生当电荷粒子以超过光速的速度在介质中移动时，它们会产生一个离子化电场。
这个电场将引起介质中电子的移动，从而形成蓝光辐射现象。
蓝光是由于电子在电场中的加速运动产生的，其频率通常高于可见光的频率。
二级标题2：切伦科夫效应的应用三级标题2.1：粒子物理学切伦科夫效应在粒子物理学中具有重要应用。
通过观测电子或其他高速带电粒子在探测器中产生的蓝光辐射，可以研究它们的速度、能量和轨迹等信息。
这对于粒子物理学的研究和实验是至关重要的。
三级标题2.2：核反应堆的辐射监测在核反应堆运行过程中，由于中子与介质中的原子核发生相互作用，高速带电粒子会产生切伦科夫效应。
通过监测蓝光辐射的强度和分布，可以实时监测核反应堆内的辐射水平，提供及时的安全保障。
三级标题2.3：医学成像技术切伦科夫效应在医学成像技术中也有广泛应用。
例如，正电子发射断层成像（PET）利用介质中正电子的运动产生切伦科夫辐射，通过探测器记录辐射能量分布，可以得到组织的代谢、功能和结构信息，对临床诊断具有重要意义。
三级标题2.4：高能物理实验在高能物理实验中，切伦科夫效应可以用来研究高能带电粒子的性质。
盖革米勒计数器的原理
盖革米勒计数器的原理
盖革米勒计数器（Gagern-Müller counter）是一种电子计数器，用于测量光脉冲的频率和计算时间间隔。
它是由德国物理学家Ernst von Gagern和Werner Müller于1938年发明的。
盖革米勒计数器的原理基于互补频率判据和几何序列频率判据。
假设光脉冲信号的周期为T，那么频率为f=1/T。
在计数器中，会将输入的信号分频为不同频率的几个信号。
每个分频信号都会经过一个门电路，用于判断光脉冲的到达。
当一个光脉冲到达时，门电路会打开一段时间，这段时间是分频信号的周期。
如果光脉冲的周期正好是这段时间的倍数，那么计数器会将计数值加1。
通过不同的分频，可以得到不同频
率的计数值。
盖革米勒计数器可以通过测量不同频率计数值的变化来推导出原始光脉冲的频率。
当光脉冲的周期与某个分频信号周期相等时，计数器会得到最大的计数值。
根据互补频率判据和几何序列频率判据，可以计算出光脉冲的准确频率。
总结来说，盖革米勒计数器通过分频和计数的方式测量光脉冲的频率，并通过计数值的变化推导出准确的频率。
它在时间间隔测量和频率测量方面有广泛的应用。
近代物理实验2-1盖革-米勒计数器及核衰变统计规律
盖革-米勒计数器及核衰变统计规律方啸（南开大学物理科学学院，天津 300071）【摘要】本文介绍了盖革-米勒计数器的基本结构、工作原理和性能，并给出了核衰变的理论统计规律。
之后作者通过设计实验和分析数据测量了盖革-米勒计数管的坪特性，并验证了核衰变的统计规律。
【关键字】盖革-米勒计数器计数管坪特性核衰变统计规律1.引言盖革-米勒计数器（G-M计数器）是一种气体电离探测器，由德国物理学家盖革（Hans Wilhelm Geiger,1882～1945）和米勒（E. Walther Muller，1905～1979）在1928年发明[1]。
G-M计数器与正比计数器类似，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，起到猝灭作用。
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，盖革按照卢瑟福（ 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。
从1920年起，盖革和米勒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。
本文第二个部分先介绍了G-M计数器的结构组成，阐述了其重要部件G-M 计数管的工作原理和性能。
第三部分给出了核衰变的理论统计规律，并对测量误差做出了理论估计。
第四部分是实验的具体设计。
第五部分对实验获得的数据进行分析处理。
实验成功测得了G-M计数管的坪特性，并验证了核衰变的统计规律。
2.G-M计数器图1 G-M计数器实验装置图G-M计数器由G-M计数管、高压电源和定标器三部分组成（如图1）。
G-M计数管按用途可分为γ计数管(常见圆管型）和β计数管(常见钟罩型)(如图2)。
切伦科夫计数器的工作原理
一种能记录微弱的切伦科夫辐射，又能分辨辐射的传播方向，用以确定带电粒子速度的探测装置。
带电粒子在均匀介质中诱发的切伦科夫辐射的特性和带电粒子的速度密切相关，这种关系可以用下式来描述
它们诱发的切伦科夫辐射光环半径偏离环状光阑的孔径，光电倍增管记录不到这种粒子诱发的辐射。
因此，这种计数器只记录粒子束中速度在βi－Δβi《β《βi+Δβi区间内的带电粒子。
辐射介质可以是气体、液体和固体，但应具有对辐射色散小、透明度好的光学特性，而且要求它们有低的荧光背景。
速度分辨率Δβ/β和探测效率是切伦科夫计数器最主要的性能指标。
典型的气体阈式切伦科夫计数器在足够高的探测效率条件下，速度分辨率约为10 ～10 。
气体微分式切伦科夫计数器，若经过光学系统的色差校正，速度分辨率可达约10 ，而且有足够高的探测效率。
切伦科夫计数器在原子核物理和粒子物理发展史上起过重要作用。
它是实验物理中一种应用广泛的粒子探测器。
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切仑科夫效应
媒质中的光速比真空中的光速小，粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速，在这种情况下会发生辐射（切伦科夫辐射），称为切仑科夫效应（Cherenkov effect）。
媒质中的光速比真空中的光速小，粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速，在这种情况下会发生辐射，称为切仑科夫效应。
这不是真正意义上的超光速，真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。
一般来说，肉眼看不见切伦科夫效应，但是当它的强度很大时，会在屏蔽某些核反应堆的池水中出现微弱的浅蓝色的光辉。
在这种情况下，看得见的切伦科夫辐射是由于反应堆射来的高能电子的速度比光在水中的速度大而比光在真空中的速度小的原因引起的。
也就是说，这时高能电子的速度在2.25×108m/s与3×108m/s之间。
在日常生活中，也可找到切伦科夫效应的例子。
例如，当船在水中以大于水波的波速运动时，船前的波就可以看成是切伦科夫效应的例子。
又例如，在空气中，一架喷气式飞机以大于声速运动时，飞机前头的空气波。
也可以作为说明切伦科夫效应的例子。
切伦科夫效应在高能物理中用以侦察带电粒子并测量它们的速度等方面均有广泛的用途。
根据切伦科夫效应的原理设计的切伦科夫探测器，就是其应用的一例。
这种仪器可用于确定高速带电亚原子粒子（如质子）的存在及其能量，在某些情况下还可以用于识别不同质量的带电粒子。
1955年发现反质子时，就是靠了这种仪器的帮助。
另外，根据切伦科夫效应的原理还可以制成宇宙射线计数器。
盖格计数器
盖格计数器主要由一中空金属圆柱体c及一金属导线w所组成。
w与c电绝缘且与其轴平行。
c内装有低压约50 托的氩气（约为1/15大气压）。
加适量的电位差到c与w间，使得w处于较c高的电位，但仍不足以使氩气放电。
此时若有粒子或其它射线由很薄的视窗a 进入，将会使圆柱筒内的氩气离子化。
游离出的电子将被带正电的导线w所吸引。
正当电子向着w加速时,它会与其它氩原子碰撞,并击出更多的电子。
如此依序产生更多的电子流向w 移动，并产生一极短的脉冲电流。
再经由适当的放大装置g，这些脉冲电流可产生熟悉的答答声，或推动计数器而精算出进入c内辐射粒子的数目。
组成原理：1、盖格计数器，主要由一中空金属圆柱体c及一金属导线w所组成，w与c 电绝缘且与其轴平行。
c内装有低压约50 托的氩气（约为1/15大气压），加适量的电位差到c与w间,使得w处于较c高的电位，但仍不足以使氩气放电。
此时若有粒子或其它射线由很薄的视窗a进入，将会使圆柱筒内的氩气离子化，游离出的电子将被带正电的导线w 所吸引。
2、正当电子向着w加速时，它会与其它氩原子碰撞并击出更多的电子，如此依序产生更多的电子流向w移动，并产生一极短的脉冲电流，再经由适当的放大装置g，这些脉冲电流可产生熟悉的答答声，或推动计数器而精算出进入c内辐射粒子的数目。
作用：此项目的目的是从地球表面用盖格计数器来探测背景辐射计数的变化来侦测M 级和X级太阳X射线耀斑，背景辐射的计数是由宇宙射线和地球外壳的放射性材料引起的，宇宙射线来自于深邃的太空和太阳上的太阳耀斑，为了测定这个项目每隔一小时就用盖格计数器探测背景辐射计数然后做出了背景辐射计数并得出M级与X级太阳X射线耀斑的图表。