GM计数器分辨时间的测量

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辐射探测实验1-实验报告

辐射探测实验1-实验报告

G-M计数器及核衰变与放射性计数的统计规律实验报告班级:姓名:学号:第一部分 G-M计数器一.实验目的1、了解G-M管的工作原理,掌握其基本性能及其测试方法。

2、学会正确使用G-M管计数装置的方法。

3、了解探测器输出信号与输出回路参数的关系,学会正确选择G-M管计数系统输出回路参量。

二.实验内容1、在一定的甄别阈下,测量卤素G-M管的坪曲线,确定这些坪曲线的各个参量并选择工作电压。

2、用示波器观察法和双源法测定卤素G-M管计数装置的分辨时间。

3、观察并记录G-M计数管的输出电流、电压脉冲与工作电压及输出回路参数的关系。

三.实验原理1、G-M管是一种气体探测器。

当带电粒子射入其灵敏体积时,引起气体原子电离。

电离产生的电子在阳极丝附近的强电场中又引起一系列碰撞电离,即触发“自持放电”。

这一过程产生的电子和正离子向两极漂移时,在外回路产生脉冲信号。

2、从G-M管的工作机制可以看出,入射带电粒子仅仅起一个触发放电的作用,G-M管的输出电流、电压信号的幅度与形状和入射粒子种类与能量无关,只和计数管的几何参量、工作电压以及输出回路参量有关。

在G-M管的使用中,坪特性是其最重要的性能之一。

坪特性是判断管子好坏的主要依据,也是选择管子工作电压的依据。

坪特性曲线就是在一定的实验条件下当入射粒子的注量率不变时,计数管的计数率随工作电压变化的曲线,见图1-1。

图1-1 G-M计数管的坪曲线表征坪特性的参量主要有:起始电压(Vs):即计数管开始计数时的电压。

坪长: B A=V -V 坪长(单位:百伏)(1-1)这是管子的工作区域,工作电压一般可选在坪区的21~31的范围内。

坪斜:()100% ()2B A B AB A n n n n V V -=⨯+-坪斜(单位:%/百伏)(1-2)坪斜主要是由假计数引起的,当然它的值越小越好。

当工作电压高于B V 时,曲线急剧上升,表明管子内发生了持续放电,这会大大缩短管子的寿命,因此在使用中必须注意避免这种情况。

盖革计数器

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。

Time-to-Count方法扩展GM计数管量程的实验研究

Time-to-Count方法扩展GM计数管量程的实验研究

2 . C o l l e g e o f Nav a l Ar c h i t e c t u r e a n d Po we r, Na v a l Un i v e r s i t y o f En g i n e e r i n g,Wu h a n 4 3 0 0 3 3,C h i n a)
a nd f u nc t i o n f i t t i ng . The p r i n c i pl e o f Ti me — t o — Cou nt m e t ho d wa s i nt r o duc e d . The d e s i g n s c he me o f a n e x pe r i me nt a l a pp a r a t us b a s e d o n Ti me ’ t o — — Cou nt me t ho d wa s pr e — — s e n t e d . Th e pr o bl e ms s uc h a S pu l s e — c on t r o l l e d hi g h vo l t a ge d r i v i ng a n d t i me i nt e r v a l me a s u r i ng we r e d i s c us s e d . Ex pe r i me n t a l a pp a r a t us wa s t e s t e d i n Na t i o na l De f e n s e Sc i e nc e Te c hn ol og y I on i z i ng Ra di a t i o n Fi r s t — o r d e r Me t r ol o g y St a t i o n a nd t e s t da t a s ho w t h a t t he r a n g e i s e xt e nd e d t o 5 or d e r s of ma gn i t u de a nd n on — l i n e a r i t y i s l e s s t ha n 1 0

gm计数器工作原理

gm计数器工作原理

gm计数器工作原理
GM计数器是一种基于电磁感应原理的仪器,用于测量电流和电流累积时间的计数器。

下面是GM计数器的工作原理:
1. 电磁感应原理:根据电磁感应定律,当电导体中有电流流过时,会产生一个磁场,而当磁场变化时,会在电导体中感应出电动势。

2. 电流计数:GM计数器通过引入一个简单线圈,将待测电路的电流通过线圈产生一个磁场变化。

当电流流过线圈时,产生的磁场变化引起线圈中的感应电动势。

3. 计数过程:GM计数器中会引入一个磁屏蔽罩,可以将线圈中的磁场强度控制在一定范围内,以避免线圈中感应电动势的变化。

同时,在GM计数器中加入一个定频振荡器,产生一个恒定频率的交流电流。

4. 累计计数:当待测电路中的电流引起感应电动势时,感应电动势的变化会引起定频振荡器输出电流的变化。

GM计数器会检测到输出电流的变化,并实时计数。

随着时间的累加,计数器的数值就可以用于表示电流的累积时间。

总结:GM计数器通过引入线圈和磁屏蔽罩,利用电磁感应原理测量电流,并通过定频振荡器和计数器实现电流累计计数。

盖革—弥勒计数器和核衰变的统计规律

盖革—弥勒计数器和核衰变的统计规律

分辨时间的测量
假设测得计数率m,分辨时间为τ,则单位时间内有mτ 时间要产生漏记。若实际的计数率为n,则单位时间内的 漏记数为nmτ
n-m=nmτ
修正后的计数率公式 :n=m/(1-mτ)
双源法测量分辨时间
• nA=mA/(1-ma τ) • nB=mB/(1-mB τ) • Nab=nA+nB=mAB/(1-mAB τ) • τ =(mA+mB-mAB)/2mAmB
fj :每个分组区间中实际观测到的次数 fj’:每个分组区间中按理论分布应有的出现次数
• 算出随机变数x2所取的值大于某个预定值x21- α的概率P(x2>x21- α), 令此概率为α
• 在检验时,先设定一个小概率α,称为显著性水平,一般设为0.10,可 从表中找到对应的x21- α
• 自由度v=r-s-1 • 若x2<x21- α,则小概率事件未发生,认为此组数据服从泊松分布
核衰变的统计规律
在t时间内平均衰变的原子核的数目:m=N(1-e-λt)
每个核在t时间内发生衰变的几率为1-e-λt,不发生衰变 的几率为e-λt
在t时间内,在N个原子核中有n个核发生衰变的几率为
p(n)=CNn(1-e-λt)n(e-λt)N-n
当N很大且λt<<1时,二项式分布简化为泊松分布
射粒子的数目
所产生的负离子在电场 加速下向阳极运动
负离子与气体分子发生 碰撞打出更多的次级电
子,引起了“雪崩放 电”,在阳极上便得到
一个负的电压脉冲
为了使一个辐射粒子 引起放电后只计一次 数,在计数管内加入 少量猝灭的气体,用 来猝灭正离子鞘和电 离产生的离子增殖。
电流I与计数率的关系
图(1)

盖革米勒计数器实验报告

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。

GM管输出脉冲计数实验

GM管输出脉冲计数实验
DIV 6 不同微分参数下的输出脉冲
脉冲宽度减小 有下冲
积分过程对输出脉冲的影响
原输出 INT 0 INT 0.5 INT 2 INT 4 INT 6 不同积分参数下的输出脉冲
测量分辨时间
f (Hz)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0.0
0.5
1.0
I (mA)
X光机不同工作电流下直接计数和微分处理后计数情况对比
微分 无微分
直接计数结果拟合图
直接计数结果拟合残差图
分辨时间τ=320μs
R-Square=0.9992
微分处理后计数结果拟合图
微分处理后计数结果拟合残差图
死时间τ =97.8μs
R-Square=0.99987
对坪特性测量的尝试
f (Hz)
谢谢观看!
Sample R=25kΩ
随采样电阻的增加, 脉冲幅度增加, 宽度增加。
Sample R=100kΩ
电源电压U对输出
U=435V
U=496V
随电源电压的增加,脉冲幅度增加,宽度不变。
放大过程对输出脉冲的影响
线性放大
幅度增大 宽度不变
微分过程对输出脉冲的影响
原输出 DIV max DIV 0.5 DIV 2 DIV 4 DIV 5
800
600
400
200
0
200
400
600
800
1000
U (V)
坪特性曲线
GM管输出脉冲计数实验
● 探究采样电阻、电源电压对输出脉冲影响 ● 探究放大、积分、微分过程对输出脉冲影响

盖革米勒计数器 实验报告

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 5 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3. 坪特性——包括起始电压、 坪长、 坪斜等4. 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 --=5.6. 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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GM计数器分辨时间的测量
【摘要】
GM计数器可用于测定核辐射粒子的数目,是一种被广泛采用的核探测仪器。

分辨时间是GM计数器最主要的参数之一。

本实验通过两种方法:1)双源法、2)示波器法对GM计数器的分辨时间作了测量,得到实验所用GM计数器的分辨时间约为0.2ms,并对结果进行了比较与分析。

【关键词】GM计数器分辨时间双源法
【引言】
GM计数器是核辐射探测器的一种,可用于测量包括α粒子、β粒子、γ射线以及X射线在内的辐射粒子数。

GM计数器在科学研究、核辐射污染探测、液体污染监测等领域有着广泛的应用。

GM计数管的结构设计与安装有较高的灵活性,不同规格的GM计数管可以适合不同使用者的需求。

坪特性与分辨时间是GM计数器的最主要的两个性能指标。

本实验通过双源法和示波器法两种不同的方法对GM计数器的分辨时间进行了测量,并对结果进行了比较与分析。

【理论背景】
(一)GM计数器的结构
盖革—弥勒计数器简称为GM计数器,也称作气体放电计数器。

由GM计数管、高压电源和定标器组成。

最常见的有钟罩形β计数管和长圆形γ计数管两种,都是由圆筒状的阴极和装在轴上的阳极丝(通常是钨丝)密封于玻璃管内构成,内部抽空充惰性气体(氦、氖)、卤素气体。

(二)GM计数器工作原理
GM计数管工作时,高压电源经过电阻R加在阳极上,管内产生柱状电场。

当射线进入计数管之后,引起管内的气体电离,所产生的电子在电场作用下向阳极移动,并进一步与气体分子发生碰撞打出很多次级电子,次级电子在电场作用下产生更多的次级电子,引起“雪崩放电
....”。

雪崩过程中,受激原子退激以及正负离子复合发射大量的光子,这些光子主要为猝灭气体所吸收,并使雪崩区沿着丝极向两端扩展导致全管放电。

最后有大量的电子到达阳极。

电子到达阳极之后,由于正离子的质量较大,运动速度慢,因此在阳极周围形成“正离子鞘”,并使得阳极附近的电场减小,新的电子无法增殖,放电终止。

由于阳极上的正离子被电子所中和,因此其电位降低,电源电压通过电阻R 向计数管充电,使电位恢复,阳极上得到一个负的电压脉冲。

脉冲达到定标器的灵敏度时便可触发定标器计数。

(三)分辨时间、死时间、恢复时间
GM计数管放电后在阳极附近产生一个正离子鞘,并减弱了阳极附近的电场,此时若有粒子进入,不能引起放电,也就不能引起定标计数。

随着正离子鞘向阴极移动,阳极附近电场逐渐恢复。

当正离子鞘移动到一定距离时,阳极附近的电场刚刚恢复到可以
放电,称这段时间t d为死时间
...,从这一时刻开始到正离子鞘移动到阴极为止的时间则
称为恢复时间
....t r,在t r时间内,由于电场没有完全恢复,因此此时进入的粒子虽然能引起放电,但有可能因为脉冲幅度小于定标器的灵敏度而不能引起计数,如果τ时间后出
现的脉冲能够被记录下来,则称τ为分辨时间....。

【实验方法与步骤】
(一) 双源法测量GM 计数器分辨时间
由于分辨时间的存在,GM 计数器实际测得的计数率m 小于真实值n ,且满足
1m
n m τ=-
为了计算得到τ,采用双源法,即测量A 、B 两个放射源分别照射下的计数率m A 和m B ,以及同时照射下的计数率m AB ,分别代入上式,又有
AB A B n n n =+,联立可得 2A B AB
A B m m m m m τ+-=
由此可计算得到GM 计数器的分辨时间。

实际测量时,应注意:
1. 分别测量A 、B 放射源以及同时测量A 、B 放射源时应保证A 、B 源的位置保持不变
以满足AB A B n n n =+;
2. 为了减小放射性衰变存在的统计涨落对实验结果的影响,m A 、m B 及m AB 可以通过
多次测量取平均的方法得到;实验中还应扣除本底辐射的计数率以消除其所带来的
影响。

3. 测量过程中应注意防止GM 计数管上的高压过高引起连续放电损坏GM 计数管。

(二) 示波器法测量GM 计数器的分辨时间
为了能从示波器上直接得到分辨时间,需从实验电路中引出脉冲信号,图一、二分
别给出了实验电路图、以及放大器部分的电路图
图 1
图2
实验中,将探针接于放大电路三极管的集电极(c极)处,并将此信号输入示波器,便可在示波器上观察到脉冲信号。

实际测量时,应注意:
1.将探针接于集电极上时,应同时将探针的另一极接地,以防烧坏示波器;
2.为了在示波器上同时观察到较多的脉冲信号,应适当调大放射源的放射强度。

【结果与讨论】
(一)双源法测量分辨时间
用两块22Na作为放射源,分别用A、B来表示,双源法测量GM计数器分辨时间所得实验数据如下表所示
测量时间t=200s
表格1
计算得到分辨时间为
τ=
0.000203s
不确定度的估算
对双源法测得分辨时间作不确定度估算。

由于核衰变计数存在统计涨落,在计算不确定度时,认为所测得的计数服从泊松分布且该次测量所得的值即为平均值,进而一次不确定度可表示为①
σ=
其中,M表示单次测量的读数。

进一步通过不确定度传递公式计算可得
στ=
()0.01ms
双源法测得分辨时间为
τ=±
(0.200.01)ms
(二)示波器法测量分辨时间
接好电路之后,可在示波器上观察到如图3所示图像
从示波器上观察到,在出现了一次脉冲信号之后(最左边的峰,调节示波器使之位置固定),其右侧出现了大小不一的脉冲信号,且右侧这些脉冲信号快速地变化并交替出现,其峰值形成了图3-1中虚线所表示的包络线。

分辨时间τ、死时间t d、恢复时间t r的读法如图3-2所示。

实际测量中,由于GM计数器定标器的灵敏度未知因此无法直接读出分辨时间τ的值。

然而在定标器灵敏度足够高的情况下,d
t
τ≈
,可以用死时间t d来作为分辨时间的近似。

从示波器上直接读出分辨时间为
0.20
d
t ms
τ≈=
不确定度分析:数显示波器的仪器不确定度μB2以及测量不确定度μB1均会对测量结
果造成影响。

由于脉冲信号并不稳定,对测量不确定度的影响较大,取μB1为仪器最小分度
②,则μτ≈μB1=d=0.02ms,最终分辨时间表示为
(0.200.02)ms
τ=±
(三)两种方法的比较
双源法和示波器法所测得的分辨时间的值较为接近,且在数量级上与已知的一般GM计数器的分辨时间相符(0.1ms量级),两种方法都能有效的测得GM计数器的分辨时间。

两种方法的操作均较为简便。

但双源法测量分辨时间需对多个放射源组合进行测量,所用的实验时间较长,且对放射源位置的摆放有要求,分辨时间由测量值计算得到;示波器法可直接读出分辨时间的值,相对更为简便。

不确定度比较。

1)双源法:核衰变计数的统计涨落是影响测量结果不确定度的主要因素。

通过延长单次测量时间以及多次测量取平均的方法可以减小不确定度。

2)示波器法:由于示波器上所显示的脉冲信号处于不断的变化中,并不稳定,因此给读数带来了一定的困难,由于示波器本身读数的不确定度以及测量人判断分辨时间所带来的B1类不确定度的影响,其综合的不确定度因大于双源法。

且由于示波器法测量时将死时间作为了分辨时间的近似,也会造成与真实值产生一定的误差。

综上所述,示波器法可以较为方便、直观地得到GM计数器分辨时间的值,但是其所得的不确定度要大于双源法。

图3-1
图3-2
【小结】
本实验通过双源法和示波器法测量得到了GM 计数管的分辨时间,分别为(0.200.01)ms τ=±双源,(0.200.02)ms τ=±示波器。

由于分辨时间在0.1ms 的数量级,因此其实际上测量所得的计数率m 与真实的计数率n 差别并不是很大,在一般情况下均可用m 来替代n 。

此外比较了两种方法的优劣:示波器法较为直接和简便,但由于波形的变化以及忽略了定标器分辨率的影响,其测量不确定度较大;双源法的精度较高,但是其测量所用时间较长,过程也相对繁琐。

【致谢】
感谢实验中心姚红英老师的悉心指导以及实验搭档刘仲麟同学的合作!
【参考文献】
1、吴思成,王祖全. 近代物理实验. 北京:北京大学出版社,2001.
2、沈元华,陆申龙. 基础物理实验. 北京:高等教育出版社,2006。

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