盖革弥勒计数器和模拟放射源探测
高中物理选修--探测射线的方法
二、气泡室 利用射线的电离本领
气泡室里是液体，当气泡 室压强突然降低时，液体沸 点降低，液体温度超过沸点 ，在通过的粒子周围就有气 泡形成．通过照片，可以分 析粒子的带电、动量、能量 等情况．
三、盖革-米勒计数器 利用射线的电离本领
一种能自动把放射微粒数显示出来的仪器
每个被放大了的电脉冲 即代表一个粒子的进入
【例题1】用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照 片，下列说法中正确的是 A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹 B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹 C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹 D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹
D
【例题2】用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每
探测射线的方法
射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象：
使气体或液体电离
使照相底片感光
使荧光物质产生荧光
一、威尔逊云室： 利用射线的电离本领
一个圆筒状容器，低部可以 上下移动，上盖是透明的，内有 干净空气。实验时，加入少量酒 精，使酒精蒸汽达到过饱和状态 。粒子进入后作为凝结核，轨迹 由液滴反映出来。
分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计
数器几乎测不到射线．10天后再次测量，测得该放射源的放
射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期
的说法正确的是
A．放射源射出的是α射线
B．放射源射出的是β射线 C．这种放射性元素的半衰期是5天
AC
D．这种放射性元素的半衰期是2.5天
威尔逊,1927年与 康普顿共同获得 诺贝尔物理学奖
α射线在云室中的径迹：短直而粗。因为 α粒子 质量大，不易改变方向，电离本领大，沿途产生的 粒子多。
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。
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。
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。
2013版物理《学习方略》配套课件19.3、4探测射线的方法 放射性的应用与防护(人教版选修3-5)资料
12
6C+_______;
91Pa+_______;
14Si+_______; 90 38Sr+ 136 1 54Xe+10 0n;
(5)23592U+_______ → (6)147N+42He →
17
8O+_______.
【规范解答】在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质 量数守恒规律.对参与反应的所有基本粒子来用左下角 (电荷数) 配平，左上角(质量数)配平.未知粒子可根据其电荷数和质量 数确定.如(1)电荷数为92-90=2，质量数为238-234=4，由此可 知为α粒子(42He)，同理确定其他粒子分别为：中子(10n)，电
A.放射源射出的是α 射线
B.放射源射出的是β 射线
C.这种放射性元素的半衰期是5天 D.这种放射性元素的半衰期是2.5天
【思路点拨】解答该题时要关注以下两点：
关键点 (1)根据α射线、β射线的穿透能力确定射线的种类. (2)由半衰期的定义求出该元素的半衰期.
【规范解答】选A、C.因厚纸板能挡住这种射线，可知这种射 线是穿透能力最差的α射线，选项A正确，B错误；因放射性元 素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比， 10天后测出放 射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个 数只有原来的四分之一，由半衰期公式知，已经过了两个半衰
14 7 1 H O+ 8 1 _________. 17
N+4
2He
→
质量数 守恒，_______ 电荷数 守恒. (3)遵循规律：_______
2.人工放射性同位素 放射性 ，叫做放射 (1)放射性同位素的定义：有些同位素具有_______ 性同位素. (2)人工放射性同位素的发现：
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)。
探测射线的方法放射性应用与防护
（3）G—M计数器的特点是什么？
①G－M计数器放大倍数很大，非常灵敏，用 它来检测放射性是很方便的． ②G－M计数器只能用来计数，而不能区分射 线的种类． ③G－M计数器不适合于极快速的计数． ④G－M计数器较适合于对β、γ粒子进行计 数．
请你比较威耳逊云室和盖革— 弥勒计数 器的优缺点.
威耳逊云室可以观察粒子的运动径迹, 根据径迹的长短和粗细,可以知道粒子的 性质;把粒子放在磁场中,还可知道粒子的 正负,但不能用来计数.
（5）作为示踪原子：用于工业、农业及生物
研究等.
棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把 磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收．但是， 什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留 多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通 常的方法很难研究．如果用磷的放射性同位素 制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间 用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面 的问题就很容易解决．
吸收4.8ev
γ射线探伤仪
钴 60
3．盖革— 弥勒计数器
（2）盖革— 弥勒计数管的基本原理是什么？
盖革管的原理是某种射线粒子进入管内时，它 使管内的气体电离，产生的电子在电场中被加速， 能量越来越大，电子跟管中的气体分子碰撞时，又 使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒 子进入管中后可以产生大量电子．这些电子到达阳 极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲 放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．
下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子 ()
A.Γ射线探伤仪;
B.利用含有放射性碘131的油,检测地下油管的漏油 情况;
C.利用钴60治疗肿瘤等疾病;
D.把含有放射性元素的肥料施给农作物,用检测放射 性的办法确定放射性元素在农作物内的转移和分布 情况,找出合理施肥的规律.
盖革辐射检测仪原理
盖革辐射检测仪原理
盖革辐射检测仪是一种用于测量辐射水平的仪器。
其原理基于放射性物质的辐射特性。
盖革辐射检测仪包括一个探测器和一套电子设备。
探测器是一个气体放大管，通常用气体做填充物。
当放射性物质存在时，它会释放出α、β或γ射线。
这些射线进入气体放大管中，与气体分子碰撞产生电离。
在气体放大管中，存在一个电压差，使得电离的电子和离子向电极移动，产生电流。
这个电流经过放大和转换处理，可以转化为一个与辐射强度相关的电信号。
通过测量和分析这个电信号，可以得知辐射水平。
盖革辐射检测仪根据探测器的类型，可以分为α计数器、β计数器和γ计数器。
α计数器用于测量α粒子的辐射水平，β计数器用于测量β粒子的辐射水平，γ计数器用于测量γ射线的辐射水平。
盖革辐射检测仪广泛用于核工业、核医学、辐射防护等领域，用于监测环境中的放射性物质以及工作场所中的辐射水平，保护人体健康和环境安全。
原创：19.3 4 5探测射线的方法(讲授式)
探测射线的方法: 射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象：
使气体或液体电离
使照相底片感光 使荧光物质产生荧光
一、威尔逊云室：利用射线的电离本领
构造：一个圆筒状容器，低部可以上下 移动，上盖是透明的，内有干净空气
实验时，加入少量酒精，使酒精 蒸汽达到过饱和状态。
质子（带正电）
原子核 中子
统称为核子
质子
思考：在原子核那样狭小的空间里， 带正电的质子为什么在库仑斥力的作 用下还能够挤在一起而不飞散？
中子
原子核示意图
猜想：万有引力？
F引
=
G
m1m2 r2
F库
=
k
q1q2 r2
验证：质子间的电磁力是万有引力的1035倍
结论：核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力。
猜想：存在第三种力——核力，是核力把核子束缚在核内，形 成稳定的原子核。
例：用盖革—米勒计数器测定放射源 的放射强度为每分钟405次，若将一 张厚纸板放在计数器与放射源之间， 计数器几乎测不到射线.10天后再次 测量，测得该放射源的放射强度为每 分钟101次，则下列关于射线性质及 它的半衰期的说法正确的是( AC) A.放射源射出的是α射线 B.放射源射出的是β射线 C.这种放射性元素的半衰期是5天 D.这种放射性元素的半衰期是2.5天
射线在云室中的径迹：直而粗
原因： 粒子质量大，不易改变方向，
电离本领大，沿涂产生的粒子多
射线在云室中的径迹：
比较细，而且常常弯曲
原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变 方向，电离本领小，沿途产生的离子少
二、气泡室——原理同云室的类似
气泡室里是液体，当气泡室压强突然 降低时，液体沸点降低液体过热，在 通过室内射线粒子周围就有气泡形成。
辐射安全考试试题含参考答案
辐射安全考试试题含参考答案1、不属于中子和物质的主要相互作用形式是( )。
A、弹性散射B、非弹性散射C、慢化D、光电效应答案：D2、某水泥生产公司放射源(水泥厂使用的放射源一般均为Ⅳ、Ⅴ类放射源)丢失事故属于( )事故。
A、一般事故B、较大事故C、重大事故D、特别重大事故答案：A3、核技术利用中,工作场所外照射监测最常见的监测项目是( )。
A、α 射线B、β 射线C、γ 射线D、中子答案：C4、利用料位计对堆积密度小的物料(如泡沫塑料)或少量物料(如管中牙膏)的测量,一般用β 射线源,典型的β 源为( )。
A、137Cs 源B、60Co 源C、90Sr 源D、239Pu 源答案：C5、X 射线荧光分析仪是利用射线轰击样品,测量所产生的( ),以确定样品中元素的种类与含量的仪器。
A、X 射线B、特征X 射线C、β 射线D、γ 射线答案：B6、年销售量超过豁免水平( )倍(有条件豁免含源设备( )台)或者持有量超过豁免水平 10 倍(有条件豁免含源设备 10 台)的单位,属于销售或者使用较大批量豁免放射性同位素产品的单位,应当办理辐射安全许可证,并接受辐射安全监管。
A、10,10B、100100C、10001000D、100,10答案：B7、许可证有效期届满,需要延续的,应当向原发证机关提出延续申请,并提供材料,其中不包括( )材料。
A、许可证延续申请报告B、监测报告C、许可证有效期内的辐射安全防护工作总结D、环境影响评价文件答案：D8、辐射工作单位因故遗失许可证的,应当及时到所在地省级报刊上刊登遗失公告,并于公告( )日后的一个月内持公告到原发证机关申请补发。
A、20B、30C、60D、90答案：B9、根据激发方式的不同,X 射线荧光分析仪可分为源激发和管激发两种:用( )发出的 X 射线作为原级 X 射线的 X 荧光分析仪称为源激发仪器。
A、放射性同位素源B、X 射线发生器C、X 射线管D、非放射性同位素源答案：A10、辐射的本质是( )A、能量B、质量C、数量D、速度答案：A11、外照射的防护主要是针对( )A、α 射线B、质子C、β 射线D、γ 射线答案：D12、下列选项中,与随机性效应无关的是( )A、辐射效应严重程度B、致癌效应C、辐射效应发生概率D、遗传效应答案：A13、下列关于辐射防护的目的的说法错误的是( )A、保护人类B、保护环境C、限制一切有关辐射照射的实践活动D、避免确定性效应的发生,并将随机性效应的发生概率降低到合理可达尽可能低的水平答案：C14、使用放射性同位素和射线装置的单位发生辐射事故,造成放射性危害的,应依法对放射性危害承担责任的是( )。
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盖革弥勒计数器和模拟放射源探测
盖革计数器原理结构图
（1）测定G-M计数管的坪曲线，正确选择其工作电压
（2）模拟放射源统计规律的测量
取某时间间隔的计数为N，计数次数400次以上，做直方图，计算平均计数（3）实验结果与泊松分布对照，分析讨论
用Matlab画泊松分布密度函数，并与实验结果比较
x=0:20;y7=poisspdf(x,4.5);plot(x,y7,':r*');
4.5 4.0
3.5 3.0
2.5 2.0
7种实验样品实验结果画在一张3D图上
x=0:1:20;
y=ones(21,1);
y1=1*y;y2=2*y;y3=3*y;y4=4*y;y5=5*y;y6=6*y;y7=7*y;
z1=poisspdf(x,1.5);z2=poisspdf(x,2.0);z3=poisspdf(x,2.5);z4=poisspdf(x,3.0);z5=poissp df(x,3.5);z6=poisspdf(x,4.0);z7=poisspdf(x,4.5);
plot3 (x,y1,z1,'bo',x,y1,z1,'g',x,y2,z2,'bo',x,y2,z2,'g',
x,y3,z3,'c+',x,y3,z3,'b',x,y4,z4,'c+',x,y4,z4,'b',x,y5,z5,'c+',x,y5,z5,'b',x,y6,z6,'c+',x,y6,z6, 'b',x,y7,z7,'c+',x,y7,z7,'b')
grid;xlabel('出现的次数')
ylabel('实验样品号')
zlabel('泊松分布密度函数')
（4）用Excel画直方图
某班级期中考试进行后，需要统计各分数段人数，并给出频数分布和累计频数表的直方图以供分析。
1.打开原始数据表格，制作本实例的原始数据要求单列，确认数据的范围。
本实例为化学成绩，故数据范围确定为
0-100。
2.在右侧输入数据接受序列。
所谓“数据接受序列”，就是分段统计的数据间隔，该区域包含一组可选的用来定义接收区域的边界值。
这些值应当按升序排列。
在本实例中，就是以多少分数段作为统计的单元。
可采用拖动的方法生成，也可以按照需要自行设置。
本实例采用10分一个分数统计单元。
3.选择“工具”-“数据分析”-“直方图”后，出现属性设置框，依次选择：
输入区域：原始数据区域;
接受区域：数据接受序列;
如果选择“输出区域”，则新对象直接插入当前表格中;
选中“柏拉图”，此复选框可在输出表中按降序来显示数据;
若选择“累计百分率”，则会在直方图上叠加累计频率曲线;
4.输入完毕后，则可立即生成相应的直方图，这张图还需要比较大的调整。
主要是：
横纵坐标的标题、柱型图的间隔以及各种数据的字体、字号等等。
为了达到柱型图之间无缝的紧密排列，需要将“数据系列格式”中的“选项”中“分类间距”调整为“0”。
其余细节，请双
击要调整的对象按照常规方法进行调整，这里不再赘述。
调整后的直方图参考如下
实验体会：总的看来，本次实验对统计计数服从Poisson分布的验证还够理想，本次实验中2.523n与一般情况将之取在2~3范围内基本吻合。
另外，由于放射性计数的值本身就是一随机变量，虽然实验中测计数值四百余次，与统计上要求的“由大量样本得出的规律”相比还有不足。
可能再测若干个值，得到的结果会更好，也可能更糟。
得出一个完美的结论，一次实验是不够的。
通过这次实验让我们认识到这一点。