蓋勒-彌勒計(jì)數(shù)器和放射性探測(cè)實(shí)驗(yàn)方案(優(yōu).選)

1、蓋勒 - 彌勒計(jì)數(shù)器和放射性探測(cè)實(shí)驗(yàn)方案一實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 理解蓋革彌勒計(jì)數(shù)器的工作原理和掌握測(cè)量方法 ;2 了解核輻射計(jì)數(shù)（放射衰變）的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律及計(jì)數(shù)率測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì) 算方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 測(cè)定蓋革彌勒計(jì)數(shù)器的工作原理和掌握測(cè)量方法；2 用蓋革彌勒計(jì)數(shù)器測(cè)定放射源的強(qiáng)度及其衰變規(guī)律。 三實(shí)驗(yàn)原理1蓋革- 彌勒計(jì)數(shù)器的工作原理蓋革-彌勒計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)稱G-M計(jì)數(shù)器。它由G-M計(jì)數(shù)管、高壓電源和定標(biāo)器組成。 常見(jiàn)的G-M計(jì)數(shù)管，是在一密封的玻璃管內(nèi)，中心張緊一根鎢絲作為陽(yáng)極，緊貼 玻璃管的內(nèi)表面裝一金屬圓筒作為陰極。管內(nèi)充以惰性氣體。用G-M計(jì)數(shù)管作測(cè)量時(shí)，高壓電源通過(guò)高電阻R加在計(jì)數(shù)管的兩極上。于是

2、， 在管內(nèi)的兩極間產(chǎn)生一柱對(duì)稱電場(chǎng)， 愈靠近陽(yáng)極， 電場(chǎng)愈強(qiáng)。 當(dāng)有粒子射入計(jì)數(shù) 管后，將引起管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生少量的離子對(duì)。但所產(chǎn)生的負(fù)離子（實(shí)際上 是電子）被電場(chǎng)加速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)。 在趨向陽(yáng)極的過(guò)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(chǎn)生新的電離， 因 此在陽(yáng)極附近，次極電子急劇倍增，出現(xiàn)所謂“雪崩”現(xiàn)象，同時(shí)，雪崩過(guò)程向 陽(yáng)極絲兩端擴(kuò)展，從而導(dǎo)致整個(gè)計(jì)數(shù)管放電。由于電場(chǎng)在陽(yáng)極附近最強(qiáng)， 所以絕大多數(shù)離子對(duì)是在陽(yáng)極附近產(chǎn)生的， 在電 場(chǎng)作用下， 電子的遷移速度比正離子大得多， 很快趨向陽(yáng)極被中和， 而正離子還 仍然包圍著陽(yáng)極， 形成所謂“正離

3、子鞘”。正離子鞘大大削弱了陽(yáng)極附近的電場(chǎng)， 從而使電子暫時(shí)失去電離氣體分子的能量， 雪崩過(guò)程就自動(dòng)停止。 之后， 正離子 鞘在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)。計(jì)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(yùn)動(dòng)到陰極中和后， 兩極上的電荷量將減少， 陽(yáng)極電位降 低,于是高壓電源通過(guò)電阻R向計(jì)數(shù)管充電，使陽(yáng)極電位得到恢復(fù)，從而在陽(yáng)極 上得到一個(gè)負(fù)電壓脈沖。 脈沖的大小決定于計(jì)數(shù)管中的場(chǎng)強(qiáng)， 而與入射粒子引起 的原始離子對(duì)的數(shù)目無(wú)關(guān)（在計(jì)數(shù)評(píng)區(qū)內(nèi)） 。只要脈沖幅度足以觸發(fā)定標(biāo)器，定 標(biāo)器就記錄下這個(gè)負(fù)脈沖，作為一次計(jì)數(shù)。正離子到達(dá)陰極后會(huì)從陰極上打出電子，因?yàn)檫@時(shí)

4、陽(yáng)極附近的電場(chǎng)已經(jīng)恢 復(fù)，被打出的電子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速又會(huì)引起計(jì)數(shù)管放電。 這樣只要有一個(gè)輻射粒子 射入計(jì)數(shù)管， 將會(huì)引起一次又一次循環(huán)不斷的放電， 從而使計(jì)數(shù)管無(wú)法再記錄第 二個(gè)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(jì)數(shù)客內(nèi)加入少量能使放電 猝來(lái)的其他氣體。 當(dāng)?shù)谝淮畏烹姾笮纬傻恼x子鞘向陰極運(yùn)動(dòng)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(dá)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(jì)數(shù)管每計(jì)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(dá) 107108次以后，就不能猝滅第二次放電了。2. G-M計(jì)數(shù)管的坪特性當(dāng)計(jì)數(shù)管在強(qiáng)度不變的放射源照射下， 改變加在計(jì)數(shù)管兩極間的電壓，可得 到計(jì)數(shù)率隨電壓變化的G-M計(jì)數(shù)管的“坪曲線”。坪曲線的主要參數(shù)有起始電壓、 坪長(zhǎng)和坪坡度。當(dāng)計(jì)數(shù)管兩極間電壓較小時(shí)，定標(biāo)器閉幕不計(jì)數(shù)。因?yàn)榇藭r(shí)計(jì)數(shù)管陽(yáng)極附近 電場(chǎng)強(qiáng)度很小，不足以引起雪崩過(guò)程，放電脈沖小，不能觸發(fā)定標(biāo)器。當(dāng)電壓增 加電壓到U2,在這范圍內(nèi)，入射粒子只要電離一個(gè)氣體分子，就會(huì)引起全管放電， 所有脈沖都達(dá)到可記錄的幅度。計(jì)數(shù)率幾乎不再隨電壓的升高而增加， 也不受原 始離子對(duì)數(shù)目的影響，曲線這段叫做“坪區(qū)”，對(duì)應(yīng)的電壓差U

6、2 U叫做“坪長(zhǎng)”， 它是計(jì)數(shù)管的工作區(qū)，通常計(jì)數(shù)管的工作電壓選在坪長(zhǎng)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(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)率影響很小。在坪區(qū)末端，從 U開(kāi)始，電壓若升咼，計(jì)數(shù)率將急劇上升，這時(shí)由于電壓 太高，計(jì)數(shù)管已進(jìn)入“連續(xù)放電壓”。計(jì)數(shù)管連續(xù)放電一次，要消耗大量猝滅氣 體分子，加速計(jì)數(shù)管老化。因此，在使用時(shí)，一定要避免發(fā)生連續(xù)放電。計(jì)數(shù)率G-M計(jì)數(shù)管坪曲線圖3. 放射性測(cè)量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律放射性物質(zhì)各原子內(nèi)部的核衰變是完全隨機(jī)的、獨(dú)立的。因此，核輻謝計(jì) 數(shù)遵從統(tǒng)計(jì)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(jì)數(shù)n')上式表明，在時(shí)間T內(nèi)，平

7、均計(jì)數(shù)為n'時(shí)，計(jì)數(shù)為n出現(xiàn)概率。當(dāng)n較大時(shí)，用泊松分布計(jì)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(shí)測(cè)隨機(jī)抽樣n無(wú)限多次測(cè)量平均數(shù) 山之間的標(biāo)準(zhǔn)誤差，按高斯分布有八2=/ (n ' -nF2P(n)dn=n '；即=(n' )A1/2;相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差 En=n' =1/(n ')八1/2;一般常用計(jì)數(shù)率m=n/t表示，基標(biāo)準(zhǔn)誤差為m m/t a相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差為 Em= m m =1/(mtF1/2;從上式看出，測(cè)量時(shí)間愈長(zhǎng)，總的計(jì)

8、數(shù)愈大，計(jì)數(shù)率的相對(duì)誤差愈小。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，上式在無(wú)限多次測(cè)量地基礎(chǔ)上得到的，實(shí)際上我們無(wú)法也沒(méi)必要辦到，因此將一次測(cè)量值作為平均值處理。同時(shí)在評(píng)定測(cè)量結(jié)果不確定度時(shí)，也將在上述 幾個(gè)公式的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。4. 放射源活度測(cè)量 放射源的放射性活度定義為單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核個(gè)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(cè)量的主要依據(jù)是 計(jì)數(shù)器探測(cè)的計(jì)數(shù)率。 為了測(cè)量準(zhǔn)確， 第一要考慮儀器的差異， 用標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)儀器 進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定；第二要考慮環(huán)境已有的放射性影響(如宇宙射線) ，進(jìn)行本底計(jì) 數(shù)率校正。測(cè)量時(shí)，先對(duì)末知源進(jìn)行測(cè)量，設(shè)計(jì)婁率為 mx; 將未知源換成標(biāo)準(zhǔn)源，計(jì)數(shù) 率為mo;最后在沒(méi)有放射源的情況下，儀器的本底計(jì)數(shù)率為m,標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)儀器蓋革-彌勒(G-M計(jì)數(shù)管、自動(dòng)定標(biāo)器(帶咼壓電源)、長(zhǎng)壽命放射源、鉛室 及其他物品。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)時(shí)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(yīng)參數(shù)。2、在上一步中選取工作電壓(2 1 U U )，時(shí)間取300s，分別測(cè)量已知源與 未知源的記數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。3、不放源，時(shí)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(gè) 記