蓋勒-彌勒計數(shù)器和放射性探測實驗方案(優(yōu).選)

1、蓋勒 - 彌勒計數(shù)器和放射性探測實驗方案一實驗目的1 理解蓋革彌勒計數(shù)器的工作原理和掌握測量方法 ;2 了解核輻射計數(shù)（放射衰變）的統(tǒng)計分布規(guī)律及計數(shù)率測定的標準偏差計 算方法。二實驗內容1 測定蓋革彌勒計數(shù)器的工作原理和掌握測量方法；2 用蓋革彌勒計數(shù)器測定放射源的強度及其衰變規(guī)律。 三實驗原理1蓋革- 彌勒計數(shù)器的工作原理蓋革-彌勒計數(shù)器簡稱G-M計數(shù)器。它由G-M計數(shù)管、高壓電源和定標器組成。 常見的G-M計數(shù)管，是在一密封的玻璃管內，中心張緊一根鎢絲作為陽極，緊貼 玻璃管的內表面裝一金屬圓筒作為陰極。管內充以惰性氣體。用G-M計數(shù)管作測量時，高壓電源通過高電阻R加在計數(shù)管的兩極上。于是

2、， 在管內的兩極間產生一柱對稱電場， 愈靠近陽極， 電場愈強。 當有粒子射入計數(shù) 管后，將引起管內的氣體電離，產生少量的離子對。但所產生的負離子（實際上 是電子）被電場加速向陽極運動。 在趨向陽極的過程中， 與氣體分子多次發(fā)生碰 撞，打出很多次極電子。 這些次極電子仍可獲得足夠的能量又產生新的電離， 因 此在陽極附近，次極電子急劇倍增，出現(xiàn)所謂“雪崩”現(xiàn)象，同時，雪崩過程向 陽極絲兩端擴展，從而導致整個計數(shù)管放電。由于電場在陽極附近最強， 所以絕大多數(shù)離子對是在陽極附近產生的， 在電 場作用下， 電子的遷移速度比正離子大得多， 很快趨向陽極被中和， 而正離子還 仍然包圍著陽極， 形成所謂“正離

3、子鞘”。正離子鞘大大削弱了陽極附近的電場， 從而使電子暫時失去電離氣體分子的能量， 雪崩過程就自動停止。 之后， 正離子 鞘在電場作用下向陰極運動。計數(shù)管的兩極間具有一定的電容， 加上高電壓后使兩面三刀極帶有一定量值 的電荷。 隨著正離子鞘運動到陰極中和后， 兩極上的電荷量將減少， 陽極電位降 低,于是高壓電源通過電阻R向計數(shù)管充電，使陽極電位得到恢復，從而在陽極 上得到一個負電壓脈沖。 脈沖的大小決定于計數(shù)管中的場強， 而與入射粒子引起 的原始離子對的數(shù)目無關（在計數(shù)評區(qū)內） 。只要脈沖幅度足以觸發(fā)定標器，定 標器就記錄下這個負脈沖，作為一次計數(shù)。正離子到達陰極后會從陰極上打出電子，因為這時

4、陽極附近的電場已經恢 復，被打出的電子經過電場加速又會引起計數(shù)管放電。 這樣只要有一個輻射粒子 射入計數(shù)管， 將會引起一次又一次循環(huán)不斷的放電， 從而使計數(shù)管無法再記錄第 二個入射的粒子。為了使第一次放電后不再引起下一次放電， 就在計數(shù)客內加入少量能使放電 猝來的其他氣體。 當?shù)谝淮畏烹姾笮纬傻恼x子鞘向陰極運動途中， 和猝滅氣體 分子碰撞， 使其電離、 隋性氣體離子吸收其放出的電子而成為中性分子。 于是到 達陰極的幾乎全是猝滅氣體的正離子， 它們吸收陰極上的早子使自身離解成小分 子，而不打出電子，第二次放電被猝滅。計數(shù)管每計數(shù)一次， 就有一部分猝滅氣體分子被電離， 因此，其濃度逐漸降 低。在

5、正常條件下，這類管子達 107108次以后，就不能猝滅第二次放電了。2. G-M計數(shù)管的坪特性當計數(shù)管在強度不變的放射源照射下， 改變加在計數(shù)管兩極間的電壓，可得 到計數(shù)率隨電壓變化的G-M計數(shù)管的“坪曲線”。坪曲線的主要參數(shù)有起始電壓、 坪長和坪坡度。當計數(shù)管兩極間電壓較小時，定標器閉幕不計數(shù)。因為此時計數(shù)管陽極附近 電場強度很小，不足以引起雪崩過程，放電脈沖小，不能觸發(fā)定標器。當電壓增 加電壓到U2,在這范圍內，入射粒子只要電離一個氣體分子，就會引起全管放電， 所有脈沖都達到可記錄的幅度。計數(shù)率幾乎不再隨電壓的升高而增加， 也不受原 始離子對數(shù)目的影響，曲線這段叫做“坪區(qū)”，對應的電壓差U

6、2 U叫做“坪長”， 它是計數(shù)管的工作區(qū)，通常計數(shù)管的工作電壓選在坪長的三分之一至二分之一之 間，由于坪區(qū)的存在，工作電壓的波動對計數(shù)率影響很小。在坪區(qū)末端，從 U開始，電壓若升咼，計數(shù)率將急劇上升，這時由于電壓 太高，計數(shù)管已進入“連續(xù)放電壓”。計數(shù)管連續(xù)放電一次，要消耗大量猝滅氣 體分子，加速計數(shù)管老化。因此，在使用時，一定要避免發(fā)生連續(xù)放電。計數(shù)率G-M計數(shù)管坪曲線圖3. 放射性測量的統(tǒng)計規(guī)律放射性物質各原子內部的核衰變是完全隨機的、獨立的。因此，核輻謝計 數(shù)遵從統(tǒng)計規(guī)律，即泊松分布。泊松分布公式：p(n)=入n/n! e - X (其中入為平均計數(shù)n')上式表明，在時間T內，平

7、均計數(shù)為n'時，計數(shù)為n出現(xiàn)概率。當n較大時，用泊松分布計算誤差較困難，只要n>10以上，可用高斯分布代替泊松分布。高斯分布公式為：P(n)= (1/2 n' )*exp(n ' -n)A2/2n,實測隨機抽樣n無限多次測量平均數(shù) 山之間的標準誤差，按高斯分布有八2=/ (n ' -nF2P(n)dn=n '；即=(n' )A1/2;相對標準誤差 En=n' =1/(n ')八1/2;一般常用計數(shù)率m=n/t表示，基標準誤差為m m/t a相對標準誤差為 Em= m m =1/(mtF1/2;從上式看出，測量時間愈長，總的計

8、數(shù)愈大，計數(shù)率的相對誤差愈小。應當說明，上式在無限多次測量地基礎上得到的，實際上我們無法也沒必要辦到，因此將一次測量值作為平均值處理。同時在評定測量結果不確定度時，也將在上述 幾個公式的基礎上進行計算。4. 放射源活度測量 放射源的放射性活度定義為單位時間內衰變的原子核個數(shù)。 放射性活度常用 單位為居里，規(guī)定每秒衰變 3.7*10 10次為 1居里。放射性活度測量的主要依據(jù)是 計數(shù)器探測的計數(shù)率。 為了測量準確， 第一要考慮儀器的差異， 用標準源對儀器 進行對比標定；第二要考慮環(huán)境已有的放射性影響(如宇宙射線) ，進行本底計 數(shù)率校正。測量時，先對末知源進行測量，設計婁率為 mx; 將未知源換成標準源，計數(shù) 率為mo;最后在沒有放射源的情況下，儀器的本底計數(shù)率為m,標準源的活度已知為Db,則未知源的活度 D為：DX=(mx-mb)/(mo-mb)D0四實驗儀器蓋革-彌勒(G-M計數(shù)管、自動定標器(帶咼壓電源)、長壽命放射源、鉛室 及其他物品。五、實驗步驟1、調節(jié)計數(shù)時間100s,放上任一源，從280V至500V每隔20V記錄一組數(shù)據(jù)， 作出坪曲線圖，求出相應參數(shù)。2、在上一步中選取工作電壓(2 1 U U )，時間取300s，分別測量已知源與 未知源的記數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。3、不放源，時間取1s，記錄出現(xiàn)了哪些記數(shù)及出現(xiàn)的次數(shù)，求出500次中每個 記