蓋革米勒計數(shù)器實驗報告

1、近代物理實驗報告指導(dǎo)教師：得分:實驗時間：2009年10月22日，第九周,周四，第5-8節(jié)實驗者：班級材料0705學(xué)號5姓名童凌煒同組者：班級材料0705學(xué)號2007670姓名車宏龍實驗地點:綜合樓507實驗條件：室內(nèi)溫度C,相對濕度,室內(nèi)氣壓實驗題目：蓋革-米勒計數(shù)器實驗儀器：（注明規(guī)格和型號）圓柱形丫計數(shù)管一支，自動定標器一臺（帶高壓電源），示波器一臺，137cs放射源一枚。實驗?zāi)康模?掌握蓋革-米勒計數(shù)器的結(jié)構(gòu)、原理、使用方法.驗證核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，熟悉放射性測量誤差的表示方法實驗原理簡述:.計數(shù)管的構(gòu)造與工作原理圖二t | il故曾小點圖L撲龍?zhí)?明攝:工 陽，河因而達不到陰極，但卻會

2、逐步沿鉛絲極方向步產(chǎn)生雪崩式的放電。GM十數(shù)管有圓柱形和鐘罩型兩種，其共同結(jié)構(gòu)為圓筒狀的陰極和裝在軸線上的陽極絲共同密封在玻璃管內(nèi)而成。管內(nèi)通常充有約10kpa的惰性氣體及相應(yīng)的猝熄氣體。當帶電粒子進入計數(shù)管的靈敏區(qū)域時，將引起管內(nèi)氣體的電離，電力產(chǎn)生的電子在電場加速下向陽極運動，一方面因電場加速獲得能量，一方面又因與氣體分子碰撞而損失能量。在充有猝熄氣體的計數(shù)管中，這些光子大部分將被猝熄氣體所吸收，擴展并產(chǎn)生新的電子（光電作用），這些電子又會進當電子到達陽極的時候，因為正離子移動的很慢，基本上沒有移動能力，從而形成了圍繞著絲級的正離子鞘。由于放電后電子中和了陽極上的一部分電荷,使得陽極電位降

3、低，隨著正粒子向著陽極運動,電源便通過電阻R向計數(shù)管充電，使得陽極電位回復(fù)，在陽極上變得到一個負的脈沖電壓。高壓這個負.計數(shù)管的特性.坪特性一一包括起始電壓、坪長、坪斜等.當射入計數(shù)管的粒子數(shù)目不變時，改變計數(shù)管兩級之間所加的高壓值，發(fā)現(xiàn)由定標器測得的計數(shù)率有變化，如圖所示的曲線。在這個圖中，V0稱為起始電壓，AV=V2-V1稱為坪長，在坪區(qū)內(nèi)，電壓每升高1V是，計數(shù)率增加的百分數(shù)稱為坪斜，由公式表示為n2n1kl2*100%ni(V2Vi).坪特性曲線反映了計數(shù)管的性能，所以使用前必須對它進行測量。7.死時間，回復(fù)時間與分辨時間.將正離子鞘從r0移動到rc這段不能輸出脈沖的死寂時間稱為死時間

4、td,而此后正離子鞘從rc移動到陰極這段時間內(nèi)，陽極附近的電場逐步恢復(fù)到原來的大小，這段所消耗的時間稱為恢復(fù)時間tg。.將從一個正常唄記錄的脈沖之后，到能產(chǎn)生第二個可觸動定標器的脈沖這段時間T,叫做分辨時間。即是說，只有飛來的兩個粒子的時間間隔大于這個分辨時間時，才能夠觸發(fā)兩個能夠被識別的定標器脈沖。.由于分辨時間的存在，有很多粒子將會被漏記，影響測量值的準確度。因而需要計數(shù)率修正公式進行修正，修正公式如下計數(shù)管的本底在沒有放射源時所測得的計數(shù)率叫本底。在實際測量中需要在實測值中減計數(shù)管處于工作電壓下,去本底計數(shù)管的探測效率引起一個輸出脈沖的概率。探測效率是指當有一個粒子通過計數(shù)管的靈敏體積時

5、,核衰變的統(tǒng)計規(guī)律以及放射性測量的統(tǒng)計誤差)No n,而P(n)同時可以 Non的概率分布。高斯分布：當n比較大時， 使用泊松分布來計算,會因為階乘的存在而使得計算困難,因而改用高斯分布來表達統(tǒng)計規(guī)律,公式為P()2exp( )2核衰變的統(tǒng)計規(guī)律放射性核衰變的統(tǒng)計性是指，放射性元素的每一個核的衰變與否是相互獨立的事件，彼此無關(guān)。每一個核什么時候衰變純屬偶然事件。但是對于大量的放射性核來說，實踐證明其衰變規(guī)律遵從統(tǒng)計規(guī)律，即NNoexp(t)泊松分布與高斯分布泊松分布：若有此個未衰變的放射性原子核，其壽命很長，即入很小，單位時間內(nèi)平均衰變數(shù)為n,而且nNo,則可以認為在測量過程中nNo近似不變。

6、顯然，考慮到一些可以簡化和忽略的條件，在單位時間內(nèi)有n個核衰變，其余核不衰變的概率為P(n)9)(1n!表達為，在滿足以上假定的條件下，進行多次測量時，測量結(jié)果為上式可以進一步簡化為P(n)n-ex)(n)n!標準誤差的概率含義放射性測量中統(tǒng)計誤差的表示測量結(jié)果的表示式為N.N,，、斗N1相對標準誤差為1N.N實驗步驟簡述:.按照圖連接電路，經(jīng)檢查無誤后，接通電源使儀器預(yù)熱圖2-1-8實驗裝置示意圖.將放射源置于合適的位置，并用鉛磚屏蔽好。將“高壓細調(diào)”反時針調(diào)節(jié)至最低位置，打開“高壓”開關(guān)，是定標器處于紀錄狀態(tài)。緩緩提高電壓，找出起始電壓V0,然后每增加20V測量一次，每次1min,直到測完

7、坪區(qū)為止，然后立即降下高壓，保護計數(shù)管。.畫出坪曲線，標出某幾個點的標準誤差。由坪曲線求出坪長。坪斜率，選擇工作電壓。4.用示波器觀測計數(shù)管的死時間與整個測量系統(tǒng)的分辨時間.打開示波器電源，調(diào)整示波器有關(guān)旋鈕，使屏上呈現(xiàn)2-1-4所示的波形，測出定標器輸入時的閾值電壓，以及td和。值。.測量時間和測量次數(shù)對計數(shù)率標準誤差的影響.固定測量時間為5min,重復(fù)3次，分別算出每次測量的相對標準誤差，在算出3次的平均計數(shù)率和相對標準誤差。固定測量時間為10min。算出測量的相對標準誤差，然后針對測量時間與測量次數(shù)對誤差的影響進行討論。.驗證統(tǒng)計規(guī)律.在沒有放射源的情況下，利用本底驗證泊松分布。先對本底

8、測量5min,根據(jù)所得的計數(shù)大小，選定一個測量時間，使每次測量的平均值在37之間，然后以這個選定的時間，重復(fù)測量300次以上。并加以比較討論。并記錄每個值出現(xiàn)的次數(shù)。在同一坐標紙上做出泊松分布的實驗曲線和理論曲線,原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理及誤差計算:1.坪特性的測量與計算2.測量的電壓與計數(shù)數(shù)據(jù)如下：3.v(kV)1n32432419042807294829423042294330122993v(kV)n3140305233083292347738514172441154086952作出坪特性曲線如下:可以看到，起始電壓為V0=,坪區(qū)從V5力始，從Vlim吉束坪長為AV=V2-V1=對應(yīng)的計數(shù)差為n

9、n=3052-2942=110可得，坪斜為kln2nin V1)*100%110n1( V) 2942(0.12kV)*100% 0.031%7.4.有源計數(shù)實驗的計算處理t300sVOrder123n2948929741295895.6.有源計數(shù)實驗的數(shù)據(jù)如下:Ni計數(shù)次數(shù)A=3,平均計數(shù)值為N29606.33A計數(shù)平均值的標準誤差為N99.341而通過無源計數(shù)得到的本底值為M=695,本底值的標準誤差為MM 26.36因而實際的計數(shù)值為N M29606.33 695 28911.33實際計數(shù)值標準誤差為final29606.33 695: 3.3003005.934最終的實際計數(shù)值表達為:

10、N=28911 5 （為符合測量實際,數(shù)據(jù)結(jié)果僅保留到個位）將這些計數(shù)的分布結(jié)果表達為圖像, 圖所示：并且在同一坐標系上繪制標準的泊松分布圖樣作比較,如下頁8.本底計數(shù)驗證泊松分布9.本底驗證的計數(shù)結(jié)果及出現(xiàn)次數(shù)見下頁表格:10.n12345678counts45152439414541proportionn9101112131415counts3721196313proportionTotalcounts=300可以看到，實際測量的分布曲線雖然與理論值存在偏移，但是形狀上較好地保持了泊松分布的特征，因而可以認為本底計數(shù)的驗證是成功的。思考題，實驗感想，疑問與建議：坪曲線如何測量如何由坪曲線選

11、定工作電壓坪曲線的測量方法如下：將放射源置于合適的位置，并用鉛磚屏蔽好。將“高壓細調(diào)”反時針調(diào)節(jié)至最低位置，打開“高壓”開關(guān)，是定標器處于紀錄狀態(tài)。緩緩提高電壓，找出起始電壓V0,然后每增加20V測量一次，每次1min,每次測量后清零計數(shù)，再次測量。直到測完坪區(qū)為止（離開坪區(qū)時表現(xiàn)為計數(shù)值迅速上升），然后立即降下高壓，保護計數(shù)管。通過測得的數(shù)據(jù)可以看出坪區(qū)的始末電壓V1和V2,根據(jù)實驗中所得，工作電壓選在坪區(qū)的1/3處，即工作電壓設(shè)置為（V2+V1）/3較為合適什么是放射性核衰變的統(tǒng)計性？c放射性核衰變的統(tǒng)計性是指，放射性元素的每一個核的衰變與否是相互獨立的事件，彼此無關(guān)。每一個核什么時候衰變純屬偶然事件。但是對于大量的放射性核來說，實踐證明其衰變規(guī)律遵從統(tǒng)計規(guī)律，即NN0exp（t）如何驗證泊松分布？方法是在沒有放射源的情況下，利用本底驗證泊松分布。先對本底測量5min,根據(jù)所得的計數(shù)大小，選定一個測量時間，使每次測量的平均值在37之間，然后以這個選定的時間，重復(fù)測量300次以上。并記錄每個值出現(xiàn)的次數(shù)，之后將這個計數(shù)結(jié)果表達為泊松分布曲線，并與該條件下的理想分布曲線進行比較?！皹藴收`差”的意義是什么？對