學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告

1、學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)課程名稱 近代物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 蓋革米勒計(jì)數(shù)管的研究 姓 名 王仲洪 學(xué) 號 135012012019 1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解蓋革彌勒計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)、原理及特性。 2. 測量蓋革彌勒計(jì)數(shù)管坪曲線，并正確選擇其工作電壓。 3. 測量蓋革彌勒計(jì)數(shù)管的死時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間和分辨時(shí)間。2、 使用儀器、材料GM計(jì)數(shù)管（F5365計(jì)數(shù)管探頭），前置放大器，自動(dòng)定標(biāo)器（FH46313Z智能定標(biāo)），放射源2個(gè)。 3、 實(shí)驗(yàn)原理蓋革彌勒計(jì)數(shù)管簡稱GM計(jì)數(shù)管，是核輻射探測器的一種類型，它只能測定核輻射粒子的數(shù)目，而不能探測粒子的能量。它具有價(jià)格低廉、設(shè)備簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于

2、放射測量的工作中。 GM計(jì)數(shù)有各種不同的結(jié)構(gòu)，最常見的有鐘罩形計(jì)數(shù)管和圓柱形計(jì)數(shù)管兩種，這兩種計(jì)數(shù)管都是由圓柱狀的陰極和裝在軸線上的陽極絲密封在玻璃管內(nèi)而構(gòu)成的，玻璃管內(nèi)充一定量的某種氣體，例如，惰性氣體氬、氖等，充氣的氣壓比大氣壓低。由于射線容易被物質(zhì)所吸收，所以計(jì)數(shù)管在制造上安裝了一層薄的云母做成的窗，以減少射線通過時(shí)引起的吸收，而射線的貫穿能力強(qiáng)，可以不設(shè)此窗圓柱形G-M計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管系統(tǒng)示意圖 在放射性強(qiáng)度不變的情況下，改變計(jì)數(shù)管電極上的電壓，由定標(biāo)器記錄下的相應(yīng)計(jì)數(shù)率（單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)次數(shù)）可得如圖所示的曲線，由于此曲線有一段比較平坦區(qū)域，因此把此曲線稱為坪特性曲線，把這個(gè)平坦的部分（

3、V1V2）稱為坪區(qū)；V0稱為起始電壓，V1稱為閾電壓，V=V2-V1稱為長度，在坪區(qū)內(nèi)電壓每升高1伏，計(jì)數(shù)率增加的百分?jǐn)?shù)稱為坪坡度。GM計(jì)數(shù)管的坪曲線 由于正離子鞘的存在，因而減弱了陽極附近的電場，此時(shí)若再有粒子射入計(jì)數(shù)管，就不會引起計(jì)數(shù)管放電，定標(biāo)器就沒有計(jì)數(shù)，隨著正離子鞘向陰極移動(dòng)，陰極附近的電場就逐漸得到恢復(fù)，當(dāng)正離子鞘到達(dá)計(jì)數(shù)管半徑r0處時(shí)，陽極附近電場剛剛恢復(fù)到可以使進(jìn)入計(jì)數(shù)管的粒子引起計(jì)數(shù)管放電，這段時(shí)間稱為計(jì)數(shù)管的死時(shí)間，以td來表示；正離子鞘從r0到陰極的一段時(shí)間，我們稱為恢復(fù)時(shí)間，以tr表示。在恢復(fù)時(shí)間內(nèi)由于電場還沒有完全恢復(fù)，所以粒子射入計(jì)數(shù)管后雖然也能引起放電，但脈沖幅度

4、較小，當(dāng)脈沖幅度小于定標(biāo)器靈敏閾時(shí)，則仍然不能被定標(biāo)器記錄下來，隨著電場的恢復(fù)，脈沖幅度也隨之增大，如果在時(shí)間以后出現(xiàn)的脈沖能被定標(biāo)器記錄下來，那么就稱為分辨時(shí)間。 示波器上觀察到的死時(shí)間及分辨時(shí)間 在工作電壓下，沒有放射源時(shí)所測得的計(jì)數(shù)率稱為GM計(jì)數(shù)管的本底。它是由于宇宙射線、空氣中及周圍微量放射性以及制作管子用的物質(zhì)中放射雜質(zhì)所引起的。所以我們要在實(shí)驗(yàn)測量的計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)中減去本底計(jì)數(shù)率才能得到真正的計(jì)數(shù)率。實(shí)驗(yàn)證明，在對長壽命放射性強(qiáng)度進(jìn)行多次重復(fù)測量時(shí)，即使條件相同，每次測量的結(jié)果仍然不同；然而，每次結(jié)果都圍繞著某一個(gè)平均值上下漲落，服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。假如在時(shí)間內(nèi)，核衰變平均數(shù)是n，每秒

5、核衰變數(shù)為n的出現(xiàn)幾率p（n）服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的泊松分布 4、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 測量GM計(jì)數(shù)管坪曲線。（1）將放射源放在計(jì)數(shù)管支架的托盤上，并對準(zhǔn)計(jì)數(shù)管的中央部位，在測坪曲線的整個(gè)過程中，放射源位置保持不變。 （2）檢查連接線及各個(gè)開關(guān)位置無誤后，打開定標(biāo)器的電源開關(guān)，將定標(biāo)器預(yù)熱數(shù)分鐘，然后將高壓細(xì)調(diào)旋扭開關(guān)旋到最小，打開高壓開關(guān)，細(xì)調(diào)高壓值，使計(jì)數(shù)管剛好開始計(jì)數(shù)。 （3）將定標(biāo)器的甄別閾調(diào)0.2伏，細(xì)調(diào)高壓，仔細(xì)測出起始電壓（測量兩次，取平均值），然后電壓每升高10伏測量十次，每次測量時(shí)間為10秒鐘，直到發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)增加時(shí)（坪長已測完），應(yīng)立即降低工作電壓，以免發(fā)生連續(xù)放電，將計(jì)數(shù)管損壞。 （4）將

6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表中，取十次平均值，并用坐標(biāo)紙畫出該計(jì)數(shù)管的坪曲線，確定其起始電壓，坪長度和坪坡度，然后選定其工作電壓。2.雙源法測計(jì)數(shù)管分辨時(shí)間。 （1）準(zhǔn)備好兩個(gè)放射性強(qiáng)度大致相等的源，（2）測本底300s。 （3）放上放射源1，測其放射強(qiáng)度1000s。 （4）放上放射源2，測量源1加源2的放射強(qiáng)度2000s（放上放射源2時(shí)切勿碰動(dòng)源1所在的位置）。 （5）取出放射源1（切勿碰動(dòng)源2），測源2的放射強(qiáng)度1000s。 （6）取出源2，再測本底300s。 （7）根據(jù)公式（53）求出計(jì)數(shù)管分辨時(shí)間。 3.驗(yàn)證泊松分布：用本底計(jì)數(shù)來驗(yàn)證泊松分布，時(shí)間以3秒為單位，測量次數(shù)為500次，用實(shí)驗(yàn)所得的平均值

7、n，根據(jù)泊松公式作出泊松分布的理論曲線，并將實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線比較。5、 注意事項(xiàng)（1）使用放射源應(yīng)按規(guī)定操作，不得馬虎。不能用手直接接觸放射源，要移動(dòng)放射源時(shí)，一定要用夾子。 （2）注意保護(hù)計(jì)數(shù)管。計(jì)數(shù)管的高壓不要超過450伏，以免燒毀計(jì)數(shù)管。 （3）實(shí)驗(yàn)完成后要洗手，不要在實(shí)驗(yàn)吃食物。 （4）雙源法測分辨時(shí)間時(shí)，兩個(gè)放射源要盡量靠近，但又不能相碰，實(shí)驗(yàn)過程中不能移動(dòng)放射源的位置。6、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)如下圖數(shù)據(jù)整理如下圖一 用Excel處理坪曲線二 用MATLAB處理三 計(jì)數(shù)管分辨時(shí)間四 比較泊松分布圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理一 坪曲線在圖中標(biāo)出坐標(biāo)由圖，認(rèn)為坪區(qū)為V1到V2 V1=387

8、.3V V2=416.4V坪長V2-V1=29.1V相應(yīng)的，=9973 =10069坪坡 =0.03%起始點(diǎn)壓V0=355V工作電壓= = 401.85V二 分辨時(shí)間計(jì)數(shù)率： 分辨時(shí)間：s漏記百分比： 三 與泊松分布比較由MATLAB輸入數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)作圖有由于泊松公式雖然仍然正確，但十分復(fù)雜，可將泊松分布近似作高手分布?？偞螖?shù)=571平均每秒計(jì)數(shù)=與圖中=17.8相近，可以發(fā)現(xiàn)與曲線基本一致。7、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論1 G-M計(jì)數(shù)管的起始電壓為355V,坪坡度為0.03%，工作電壓為401.85V。2 G-M計(jì)數(shù)管的分辨時(shí)間為，漏記百分比為11.95%。3 本次實(shí)驗(yàn)對統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)服從Poisson分布的驗(yàn)證

9、比較理想?；痉喜此煞植?。（當(dāng)泊松分布近似于高斯分布）8、 思考題1.GM計(jì)數(shù)管能否用來測量核輻射粒子數(shù)目和能量，為什么？答：可以用來測量核輻射粒子數(shù)目，不能測量能量；GM計(jì)數(shù)管就是一種核輻射探測器用來測量核輻射粒子數(shù)目的，要想測量射線能量,必須得到電訊號才能根據(jù)電訊號幅度確定射線能量.GM計(jì)數(shù)管離子對中"電子"在向陽極運(yùn)動(dòng)過程中不斷被電場加速,又會和原子碰撞而再次引起氣體電離,稱為次級電離.由于不斷的電離過程使電子數(shù)目急劇增加,形成自激雪崩放電現(xiàn)象,不是線性放大,所以不能測能量。2 加在計(jì)數(shù)管兩端的高壓增大時(shí)，計(jì)數(shù)管產(chǎn)生的負(fù)脈沖的幅度、脈沖的寬度會有什么變化？答：脈沖幅度增大，脈沖寬度也變大。3 什么是本底計(jì)數(shù)？答：在工作電壓下，沒有放射源是所測得的計(jì)數(shù)率為GM計(jì)數(shù)管的本底。他由宇宙射線，空氣中微量放射性雜質(zhì)引起的，所以要在實(shí)驗(yàn)測量的計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)中減去本底計(jì)數(shù)率才能得到真正的計(jì)數(shù)率。9、