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技術(shù)文章

蓋革米勒計數(shù)管探測器

2009/11/11 21:50:00

蓋革-米勒計數(shù)器
  Geiger-Müller counter
  氣體電離探測器。是H.蓋革和P.米勒在1928年發(fā)明的。與正比計數(shù)器類似,但所加的電壓更高。帶電粒子射入氣體,在離子增殖過程中,受激原子退激,發(fā)射紫外光子,這些光子射到陰極上產(chǎn)生光電子,光電子向陽極漂移,又引起離子增殖,于是在管中形成自激放電。為了使之能夠計數(shù),計數(shù)器中充有有機(jī)氣體或鹵素蒸氣,能吸收光子,起到猝熄作用。蓋革-米勒計數(shù)器優(yōu)點是靈敏度高,脈沖幅度大,缺點是不能快速計數(shù)。1908年,德國物理學(xué)家蓋革(Hans Wilhelm Geiger,1882-1945)(左圖)按照盧瑟福(E. Ernest Rutherford,1871~1937)的要求,設(shè)計制成了一臺α粒子計數(shù)器。盧瑟福和蓋革利用這一計數(shù)器對α粒子進(jìn)行了探測。


  1909年蓋革和馬斯登(Ernest Marsden,1889-1970)在實驗中發(fā)現(xiàn)α粒子碰在金箔上偶爾會發(fā)生極大角度的偏折。盧瑟福對這個實驗的各種參數(shù)作了詳細(xì)分析,于1911年提出了原子的有核模型。
  從1920年起,蓋革和德國物理學(xué)家米勒(E. Walther Muller,1905-1979)對計數(shù)器作了許多改進(jìn),靈敏度得到很大提高,被稱為蓋革-米勒計數(shù)器,應(yīng)用十分廣泛。
  蓋革-米勒計數(shù)器是根據(jù)射線能使氣體電離的性能制成的,是最常用的一種金屬絲計數(shù)器。兩端用絕緣物質(zhì)封閉的金屬管內(nèi)貯有低壓氣體,沿管的軸線裝了金屬絲,在金屬絲和管壁之間用電池組產(chǎn)生一定的電壓(比管內(nèi)氣體的擊穿電壓稍低),管內(nèi)沒有射線穿過時,氣體不放電。當(dāng)某種射線的一個高速粒子進(jìn)入管內(nèi)時,能夠使管內(nèi)氣體原子電離,釋放出幾個自由電子,并在電壓的作用下飛向金屬絲(上圖)。 這些電子沿途又電離氣體的其它原子,釋放出更多的電子。越來越多的電子再接連電離越來越多的氣體原子,終于使管內(nèi)氣體成為導(dǎo)電體,在絲極與管壁之間產(chǎn)生迅速的氣體放電現(xiàn)象。從而有一個脈沖電流輸入放大器,并有接于放大器輸出端的計數(shù)器接受。計數(shù)器自動地記錄下每個粒子飛入管內(nèi)時的放電,由此可檢測出粒子的數(shù)目。
  1937年蓋革和物理學(xué)家席勒(Leo Szilard,1898-1964)(右圖)用九個蓋革-米勒計數(shù)器排成一個環(huán)形,測定了宇宙射線的角分布。
  蓋革-米勒計數(shù)器是核物理學(xué)和粒子物理學(xué)中不可缺少的探測器,至今仍然是實驗室中敏銳的“眼睛”(左圖)。
  蓋革計數(shù)器
  蓋革計數(shù)器。圖中左下角的黑色管是其探測器——蓋革管。
  蓋革計數(shù)器的原理圖蓋革計數(shù)器(Geiger counter)又叫蓋革-米勒計數(shù)器
 。℅eiger-Müller counter),是一種用于探測電離輻射的粒子探測器,通常用
  于探測α粒子和β粒子,也有些型號蓋革計數(shù)器可以探測γ射線及X射線。
  構(gòu)造及原理
  蓋革計數(shù)器是根據(jù)射線對氣體的電離性質(zhì)設(shè)計成的。其探測器(稱“蓋革管”)
  的通常結(jié)構(gòu)是在一根兩端用絕緣物質(zhì)密閉的金屬管內(nèi)充入稀薄氣體(通常是摻
  加了鹵素的稀有氣體,如氦、氖、氬等),在沿管的軸線上安裝有一根金屬絲
  電極,并在金屬管壁和金屬絲電極之間加上略低于管內(nèi)氣體擊穿電壓的電壓。
  這樣在通常狀態(tài)下,管內(nèi)氣體不放電;而當(dāng)有高速粒子射入管內(nèi)時,粒子的能
  量使管內(nèi)氣體電離導(dǎo)電,在絲極與管壁之間產(chǎn)生迅速的氣體放電現(xiàn)象,從而輸
  出一個脈沖電流信號。通過適當(dāng)?shù)剡x擇加在絲極與管壁之間的電壓,就可以對
  被探測粒子的最低能量,從而對其種類加以甄選。
  蓋革計數(shù)器也可以用于探測γ射線,但由于蓋革管中的氣體密度通常較小,高能
  γ射線往往在未被探測到時就已經(jīng)射出了蓋革管,因此其對高能γ射線的探測靈
  敏度較低。在這種情況下,碘化鈉閃爍計數(shù)器則有更好的表現(xiàn)。
  歷史
  蓋革計數(shù)器最初是在1908年由德國物理學(xué)家漢斯·蓋革和著名的英國物理學(xué)家盧
  瑟福在α粒子散射實驗中,為了探測α粒子而設(shè)計的。后來在1928年,蓋革又和
  他的學(xué)生米勒(Walther Müller)對其進(jìn)行了改進(jìn)[1],使其可以用于探測所有
  的電離輻射。
  1947年,美國人Sidney H. Liebson在其博士學(xué)位研究中又對蓋革計數(shù)器做了進(jìn)
  一步的改進(jìn)[2],使得蓋革管使用較低的工作電壓,并且顯著延長了其使用壽命
  。這種改進(jìn)也被稱為“鹵素計數(shù)器”。
  蓋革計數(shù)器因為其造價低廉、使用方便、探測范圍廣泛,至今仍然被普遍地使
  用于核物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、粒子物理學(xué)及工業(yè)領(lǐng)域。

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