admin 管理员组

文章数量: 887021


2023年12月22日发(作者:weight什么意思英语)

盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律

盖革-弥勒计数器是气体探测器的一种,用来测定射线强度,既单位时间的粒子个数。近年来,随着闪烁探测器及半导体探测器的发展,其重要性有所下降,但由于它的设备简单,使用方便,在有关的放射性测量中仍在广泛使用。

掌握G-M计数器的工作基础,测定其有关特性,学会使用;以G-M计数器未测试设备,验证核衰变的统计规律;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。

一、 实验目的

二、 实验原理

1、G-M计数器原理:

G-M计数器是利用射线使计数管内的工作气体电离,然后收集产生的电荷来记录射线的

探测器。

玻璃管内有圆筒状阴极,在阴极对称轴上装有丝状阳极。先将管内抽成真空,再充入一定量的惰性气体和少量猝灭气体(卤素或有机物)在G-M计数管两级加上电压 ,设其阳极半径为a,阴极半径为b,阳极与阴极间的电压为U,则沿着管径向位置为r处的电场强度为 ,可见随着r减小,电场强度增大,且阳极附近急剧增大。

2、脉冲原理

(1)当射线进入G-M管中使得管中气体电离后,正离子和负离子在管内电场的作用下分

别向阴极和阳极移动。在阳极附近强大的电场作用下,电子获得强大的动能以至于将阳极附

近的气体电离。经过多次碰撞,殃及附近的电子急剧增多,形成了“雪崩电子”;在这些碰撞中会产生大量的紫外线光子,这些光子能进一步的产生第二波的“雪崩”效应,增加电子。这个电子不断增加的过程称为气体放大。

(2)雪崩过程发生在殃及附近,加上电子的质量远远小于阳离子的质量,速度比阳离子快,因此电子很快被阳极吸收,在管内留下一个被大量阳离子构成的阳离子鞘包围着的阳极。正离子鞘将随着电离的发生逐渐增厚,由于正离子鞘的作用,阳极附近的电场将随之减小,以致新电子无法增殖,即电场强度不足以引发雪崩效应,雪崩效应停止,正离子鞘停止生成,放电便终止了,伺候,正离子鞘在电场的作用下慢慢移向阴极,最后到达阴极被中和,阳极附近的电场也随之恢复,使得与G-M串联的电阻记录下一个电压脉冲。

(3)当阳离子到达阴极时会再次打出光电子,如果这些电子再次形成离子放电的话,一个入射粒子就产生多个信号了,为了避免再次形成雪崩效应,时的一个入射粒子只产生一个信号,在管内加入少量的猝灭气体来吸收这部分电子,计数管按其所充猝灭气体的性质,可以分为充有机气体(如酒精蒸汽、乙醚蒸气等)的有机管和充卤素(如溴蒸汽)的卤素管两种。

3、坪特性

(1)坪曲线盖革计数器的计数率与电压有关,开始输出小,管内的电场强度不足以激发电

子雪崩,当电压超过某一值时,定标器开始计数,此时电压称为阈值电压 。

(2)随着脉冲幅度升高,计数率迅速增加,升到 时,只要产生一个离子对,就能引起全管雪崩放电,进一步升高,只能提高幅度,不能增加个数,直到 ,称为坪区。 - 这段直线为坪长度。

(3)坪坡度

计数管通常工作在坪区的左 ~ 处。

(4)电源电压越大,负脉冲幅度越大;串联电阻越大脉冲宽度越宽,幅度也较大。

三、实验内容

注意:使用时应先开低电压开关后开高电压,因为高压由低压来,先关高电压开关再关低电压开关,电压旋钮到零才可以开关。最小刻度为一格3V。

1、测坪曲线:

以6V为间隔,30s测一次数,测12组,画出坪曲线,求坪长和坪斜,选择第6个数据为工作点电压.

2、验证核衰变所遵从的统计规律:

1)铅室内不放放射源,调高压为选定的工作电压值,测30s的本底计数30次,用直接检验法测验测量结果的可靠性。

2)在工作点电压下,前室内放上放射源,调整测量时间,10s内计数,重复200个计数

3)求平均值及标准差 。并作出频率分布直方图。

3、合理安排测量时间

1)根据公式粗略估计本底计数率 和源加本底的计数率 ,测量时间为30s。

2)如果要求测量精度为1%,求出做一次测量源加本底所需时间;之后用所选时间进行实测,求出结果经度,已验证相应公式的正确性。

四、数据处理

1、测平曲线

坪长L:

坪斜K:

起始电压 :

工作电压 :

2、验证核衰变所遵从的统计规律

本底测量的平均值 :,标准差 :,在区间内频率为%

源加本底测量的平均值 :,标准差 : ,在区间内频率为%

由图像可以看出本底计数不符合高斯分布,而源加本底较符合高斯分布。

由本底的数据分布结合源加本底的数据分布易得,核衰变的统计规律符合高斯分布,即核衰变符合的统计规律得到印证。

3、合理安排测量时间

由实验数据可得:本底计数率及源加本底计数率,Nb=,Nc=370 在1%的精度条件下,求得本底及源加本底测量时间Tb=, Tc=. 按照计算时间,取本底及源加本底分别取(90s计数 ,400s计数 ) 得出精度 ,即实验时间选取妥当,实验规律公式正确。

五、实验结果分析与讨论:

1、近代物理实验中,核物理实验是较为基础但却最重要的实验,核物理实验能够帮助掌握近代物理实验的基本方法和基本规律。

2、试验中数据与曲线并不完全符合,综合原因在以下几点:仪器误差,人员操作误差, 数据涨落造成的随机误差。

3、试验中使用的放射源强度小,对人体无危害,通过实验我们学习了基本的防护技能,就是离放射源尽量远一些加深了对核安全的理解,并且克服了对于核无知而带来的恐惧。


本文标签: 实验 电压 测量 电子