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技术文章

盖革米勒计数管探测器

2009/11/11 21:50:00

盖革-米勒计数器
  Geiger-Müller counter
  气体电离探测器。是H.盖革和P.米勒在1928年发明的。与正比计数器类似,但所加的电压更高。带电粒子射入气体,在离子增殖过程中,受激原子退激,发射紫外光子,这些光子射到阴极上产生光电子,光电子向阳极漂移,又引起离子增殖,于是在管中形成自激放电。为了使之能够计数,计数器中充有有机气体或卤素蒸气,能吸收光子,起到猝熄作用。盖革-米勒计数器优点是灵敏度高,脉冲幅度大,缺点是不能快速计数。1908年,德国物理学家盖革(Hans Wilhelm Geiger,1882-1945)(左图)按照卢瑟福(E. Ernest Rutherford,1871~1937)的要求,设计制成了一台α粒子计数器。卢瑟福和盖革利用这一计数器对α粒子进行了探测。


  1909年盖革和马斯登(Ernest Marsden,1889-1970)在实验中发现α粒子碰在金箔上偶尔会发生极大角度的偏折。卢瑟福对这个实验的各种参数作了详细分析,于1911年提出了原子的有核模型。
  从1920年起,盖革和德国物理学家米勒(E. Walther Muller,1905-1979)对计数器作了许多改进,灵敏度得到很大提高,被称为盖革-米勒计数器,应用十分广泛。
  盖革-米勒计数器是根据射线能使气体电离的性能制成的,是最常用的一种金属丝计数器。两端用绝缘物质封闭的金属管内贮有低压气体,沿管的轴线装了金属丝,在金属丝和管壁之间用电池组产生一定的电压(比管内气体的击穿电压稍低),管内没有射线穿过时,气体不放电。当某种射线的一个高速粒子进入管内时,能够使管内气体原子电离,释放出几个自由电子,并在电压的作用下飞向金属丝(上图)。 这些电子沿途又电离气体的其它原子,释放出更多的电子。越来越多的电子再接连电离越来越多的气体原子,终于使管内气体成为导电体,在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象。从而有一个脉冲电流输入放大器,并有接于放大器输出端的计数器接受。计数器自动地记录下每个粒子飞入管内时的放电,由此可检测出粒子的数目。
  1937年盖革和物理学家席勒(Leo Szilard,1898-1964)(右图)用九个盖革-米勒计数器排成一个环形,测定了宇宙射线的角分布。
  盖革-米勒计数器是核物理学和粒子物理学中不可缺少的探测器,至今仍然是实验室中敏锐的“眼睛”(左图)。
  盖革计数器
  盖革计数器。图中左下角的黑色管是其探测器——盖革管。
  盖革计数器的原理图盖革计数器(Geiger counter)又叫盖革-米勒计数器
  (Geiger-Müller counter),是一种用于探测电离辐射的粒子探测器,通常用
  于探测α粒子和β粒子,也有些型号盖革计数器可以探测γ射线及X射线。
  构造及原理
  盖革计数器是根据射线对气体的电离性质设计成的。其探测器(称“盖革管”)
  的通常结构是在一根两端用绝缘物质密闭的金属管内充入稀薄气体(通常是掺
  加了卤素的稀有气体,如氦、氖、氩等),在沿管的轴线上安装有一根金属丝
  电极,并在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于管内气体击穿电压的电压。
  这样在通常状态下,管内气体不放电;而当有高速粒子射入管内时,粒子的能
  量使管内气体电离导电,在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象,从而输
  出一个脉冲电流信号。通过适当地选择加在丝极与管壁之间的电压,就可以对
  被探测粒子的最低能量,从而对其种类加以甄选。
  盖革计数器也可以用于探测γ射线,但由于盖革管中的气体密度通常较小,高能
  γ射线往往在未被探测到时就已经射出了盖革管,因此其对高能γ射线的探测灵
  敏度较低。在这种情况下,碘化钠闪烁计数器则有更好的表现。
  历史
  盖革计数器最初是在1908年由德国物理学家汉斯·盖革和著名的英国物理学家卢
  瑟福在α粒子散射实验中,为了探测α粒子而设计的。后来在1928年,盖革又和
  他的学生米勒(Walther Müller)对其进行了改进[1],使其可以用于探测所有
  的电离辐射。
  1947年,美国人Sidney H. Liebson在其博士学位研究中又对盖革计数器做了进
  一步的改进[2],使得盖革管使用较低的工作电压,并且显著延长了其使用寿命
  。这种改进也被称为“卤素计数器”。
  盖革计数器因为其造价低廉、使用方便、探测范围广泛,至今仍然被普遍地使
  用于核物理学、医学、粒子物理学及工业领域。

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