发布时间 : 星期日 文章G-M计数管特性的研究更新完毕开始阅读
G-M计数管用作射线探测仪器，要配合高压电源、定标器和输出电路使用。高压电源提供计数管阳极和阴极间的工作电压；定标器用来记录计数管输出的脉冲信号数目；输出电路由负载电阻和输出电容构成，计数管输出的放电信号在负载电阻上形成压降而构成脉冲信号，通过电容输出被定标器记录。
高压电源是通过实验仪器，应根据使用计数管类型的不同，选择电压调节范围适当、精度适当、电压读数指示明确的合适的电源。参阅实验室提供的仪器使用说明书。
定标器是核物理实验的基本仪器，配合粒子探测器使用可记录脉冲信号数目，即可测量粒子数目。具体使用方法应参阅实验室提供的仪器使用说明书。
计数管的输出电路比较简单，图4.3.1-4给出典型的输出电路。需要注意的是使用计数管一定要正确辨认阳极和阴极，阳极接高电压，阴极接低电压，不能接错。
实验中使用的计数管多为玻璃外壳圆柱形γ计数管，有时也使用钟罩形β计数管，其窗口材料为薄云母片或聚酯薄膜。
实验内容 1．
实验仪器
本实验是用的仪器有定标器、高压电源、示波器、放射源、计数管输出电路板和待测量特性的计数管等。
有关定标器、高压电源的使用方法按照实验室提供的具体仪器及其使用说明书来操作。本实验中使用的γ放射源可选60Co或137Cs，活度约105Bq。有关使用放射源的安全规则和注意事项等，可参阅附录。关于示波器的使用方法可按照实验室提供的仪器说明书操作（或参阅本套书的第一册实验6.2.1或第二册实验2.2.1）。实验室应提供与待测计数管的性能参数等相配合的输出电路板。 2．
实验内容
（1） 测量G-M计数管的坪曲线，确定其工作电压
根据坪曲线定义，在放射源强度不变的条件下，测量计数率随外加电压变化的关系，即得到坪
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曲线。具体实验步骤、数据表格等请自行设计，仅提示一下注意事项： 1）
保证源强不变的条件，除实验室要选择半衰期比较长的放射源之外，更重要的是实验过程中放射源相对于计数管的几何位置绝不能改变。
2） 3）
正确辨认计数管的阳极和阴极，阳极接高电压。
为寻找起始电压，需使定标器处于计数的工作状态，此时缓慢增加外加电压，仔细找出开始有计数时所对应的电压值。如果定标器处于停止计数状态，虽有脉冲信号进入也不可能被记录。
4） 5）
应根据实验要求的精度，正确选择测量时间。有关放射性计数的误差计算见本实验的附录2。 在增加外加电压的过程中如发现计数有明显增加的趋势时，应立即降低电压并不再重复增加电压。
根据实验室的具体要求，自行拟定实验步骤并进行测量，由所测得的数据绘制带有误差标志的坪曲线，计算待测量计数管的起始电压V0、坪长和坪斜T，并确定计数管的工作电压。
选择了工作电压后，计数管就在此电压数值下工作，并在整个实验过程中不再改变。 （2）测量计数管的失效时间
可用触发扫描示波器观察计数管的输出脉冲波形。适当选择扫描时间，得到如图4.3.1-3的图形，取其对应的tD时间为计数管的失效时间，此法所测得失效时间并不太精确。如果放射源活度合适，可以用比较准确的方法（双源法）来测量，具体做法是取两个放射源分别标记为A和B，先测A源的计数率nA，然后测A源和B源共同产生的计数率nAB，注意A源位置不能改变，最后测B源单独产生的计数率nB，此时B源位置也不能改变。分别以n0A，n0B，n0AB代表相应的真正计数率，根据式（3），由于失效时间tD而引起漏计数，同时注意到ntD<<1，可有 n0A?nb?nA1?nAtDnB1?nBtDnAB1?nABtD?nA(1?nAtD)
n0B?nb??nB(1?nBtD) （4）
n0AB?nb??nAB(1?nABtD)
式中nb为本底计数D率，即无放射源时由宇宙射线或周围环境所产生的计数率。同时根据实验设计应有下列关系
n0A?n0B?n0AB （5） 将式（4）代入式（5），由于本底计数率很低，不必考虑漏计数，故有
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nAB(1?nABtD)?nA(1?nAtD)?nB(1?nBtD)?nb 解出
tD?nA?nB?nAB?nbn2AB?n?n2A2B （6）
双源法测量失效时间的成功关键是在实验过程中，两个放射源的位置及它们与计数管的相对位置都不能改变，而且测量的计数误差要求小。 （3）验证放射性计数服从统计规律
原子核蜕变过程属随机事件，应服从统计规律，因此多次测量相同时间间隔内的放射性计数，也应服从统计分布，如泊松分布（Poisson distribution）或高斯分布（Gauss distribution）。设在时间间隔t内核蜕变产生的放射性平均计数为n，在此试验内核蜕变产生的放射性计数为n的概率p（n）服从统计分布。当n较小（如10以下）时，服从泊松分布，如果n比较大（如20以上）时，则服从高斯分布。
1）
平均计数较小时服从泊松分布
泊松分布可写为 p(n)?(n)n!ne?n （7）
式中n为每次计数的值，其平均值为n，而出现计数为n的概率p（n）由式（7）表示，一般将n取在3~7范围内。
具体实验安排是，使用比较弱的放射源（放射源离计数管稍远些）或直接用本底计数，选择适当的测量时间间隔，使在此时间内平均计数在10以下。重复测量此时间间隔的计数至少400次以上。计算n值，根据式（7）给出p（n）的理论曲线，将实验数据统计结果也标示在图上，以比较之。讨论实验结果说明什么。
2）
平均计数较大时服从高斯分布
高斯分布可写为
p(n)?式中?2?n称为方差。
实验时只需选择稍强些的放射源（放射源离计数管近些），或时间间隔稍长些，都可满足n>20，作
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12???(n?n)2?22e （8）
法与验证泊松分布相同，但重复次数要求500次以上。测量所得数据可作出计数与其出现次数的直方图，与理论曲线相比较。
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