仿真實(shí)驗(yàn)G-M計(jì)數(shù)管特性研究

1、G-M計(jì)數(shù)管特性研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)和掌握G-M計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法；2. 對(duì)G-M計(jì)數(shù)管坪特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)仿真軟件實(shí)驗(yàn)原理1.G-M計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)和工作原理G-M計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，通常為一密封并抽真空的玻璃管，中央是一根細(xì)金屬絲作為陽(yáng)極，玻璃管內(nèi)壁涂以導(dǎo)電材料薄膜或另裝一金屬圓筒作為陰極構(gòu)成真空二極管。同時(shí)充有一定量的惰性氣體和少量猝滅氣體，一般二者充氣比例是9：1。當(dāng)計(jì)數(shù)管的陰極和陽(yáng)極之間加有適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷簳r(shí)，管內(nèi)形成柱形對(duì)稱(chēng)電場(chǎng)。如有帶電粒子進(jìn)入管內(nèi)，由于粒子與管內(nèi)惰性氣體原子的電子之間的庫(kù)侖作用，可使氣體電離（或激發(fā)），形成正負(fù)離子對(duì)，這種電離成為初級(jí)電離

2、。在電場(chǎng)作用下，正負(fù)離子分別向各自相反的電極運(yùn)動(dòng)。在電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷被電場(chǎng)加速，又會(huì)和原子碰撞再次引起氣體電離，成為次級(jí)電離。由于不斷的電離過(guò)程使電子數(shù)目急劇增加，形成自激雪崩放電現(xiàn)象。同時(shí)，原子激發(fā)后的退激發(fā)及正負(fù)離子對(duì)的復(fù)合，都會(huì)產(chǎn)生大量紫外光子，這些光子可在陰極上打出光電子，這些光電子在電場(chǎng)中被加速，一般在S之內(nèi)使雪崩放電遍及計(jì)數(shù)管整個(gè)靈敏體積內(nèi)。在這段時(shí)間內(nèi)正粒子移動(dòng)很少，仍然包圍陽(yáng)極附近，構(gòu)成正離子鞘，使陽(yáng)極周?chē)妶?chǎng)大為減弱，在正離子緩慢地向陰極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，也會(huì)與猝滅氣體相碰撞。對(duì)充有不同類(lèi)型猝滅氣體的計(jì)數(shù)管，其猝滅機(jī)制是不同的。例如，對(duì)鹵素管而言，由于猝滅氣體的電離點(diǎn)位低于

3、惰性氣體，因而會(huì)使大量的猝滅氣體電離，使到達(dá)陰極表面的大部分是猝滅氣體的正離子，它們與陰極上電子中和后大部分不再發(fā)射電子，從而抑制正離子在陰極上引起的電子發(fā)射，終止雪崩放電，形成一個(gè)脈沖電信號(hào)。2. G-M計(jì)數(shù)管的特性（1） 坪曲線(xiàn)G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線(xiàn)坪長(zhǎng)：V1-V2坪斜:圖中為起始電壓，當(dāng)外加電壓低于時(shí)，離子雖然進(jìn)入計(jì)數(shù)管但不能引起計(jì)數(shù)，這是因?yàn)榇藭r(shí)所形成的電壓脈沖高度不足以觸發(fā)定標(biāo)器的閾值，隨著外加電壓的升高，計(jì)數(shù)管開(kāi)始有計(jì)數(shù)。此時(shí)對(duì)應(yīng)的外加電壓移為起始電壓或閾電壓；隨著外加電壓的繼續(xù)升高，計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)率也迅速增加，但外加電壓從到的范圍內(nèi)計(jì)數(shù)率都幾乎不變，這一段外加電壓范圍為坪區(qū)，的電壓值稱(chēng)

4、為坪長(zhǎng)。計(jì)數(shù)管的工作電壓就應(yīng)該選擇在此范圍的中點(diǎn)附近。當(dāng)計(jì)數(shù)管兩極上的電壓超過(guò)時(shí)，計(jì)數(shù)率會(huì)明顯上升，這說(shuō)明已進(jìn)入連續(xù)放電區(qū)，猝滅氣體已失去作用。此時(shí)計(jì)數(shù)管不能正常使用且很容易損壞，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量避免外加電壓超過(guò)坪長(zhǎng)區(qū)域。坪斜T的意義為，當(dāng)坪長(zhǎng)增加1V時(shí)，引起計(jì)數(shù)率增加的百分率。一般要求合用的計(jì)數(shù)管。通過(guò)測(cè)量計(jì)數(shù)管的坪曲線(xiàn)，可以得出計(jì)數(shù)管的起始電壓、坪長(zhǎng)、坪斜等參數(shù)，并可選擇正確的工作電壓。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟測(cè)定G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線(xiàn)，正確選擇其工作電壓根據(jù)坪曲線(xiàn)定義，在放射源強(qiáng)度不變的條件下，測(cè)量計(jì)數(shù)率隨外加電壓變化的關(guān)系，即得到坪曲線(xiàn)。1、 點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)桌面上的“大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn) v2.0”，啟動(dòng)“大

5、學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)”軟件。2、 點(diǎn)擊“下一頁(yè)”，然后點(diǎn)擊“G-M計(jì)數(shù)管特性研究”，進(jìn)入“G-M計(jì)數(shù)管特性研究”實(shí)驗(yàn)主平臺(tái)。雙擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌面上的“定標(biāo)器”和“數(shù)字式萬(wàn)用表”可看到相應(yīng)放大的、可任意操作的實(shí)驗(yàn)儀器窗口。雙擊桌面上的“書(shū)本”，可查看實(shí)驗(yàn)原理。雙擊“GM計(jì)數(shù)管”進(jìn)入儀器連接畫(huà)面。用鼠標(biāo)在桌面上四處移動(dòng)。當(dāng)鼠標(biāo)箭頭指向某儀器時(shí)，鼠標(biāo)指針處會(huì)顯示相應(yīng)的提示信息。3、 在實(shí)驗(yàn)界面上右擊鼠標(biāo)，在快捷菜單上選取相應(yīng)的內(nèi)容，依次閱讀“實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介”、“實(shí)驗(yàn)原理”、“實(shí)驗(yàn)儀器”、“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”和“實(shí)驗(yàn)思考題”。4、 選取“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”“連接線(xiàn)路”。 按線(xiàn)路圖接入GM計(jì)數(shù)管。雙擊GM計(jì)數(shù)管可以使其水平翻轉(zhuǎn)，改變正負(fù)

6、極的位置（如左端為正，雙擊后變?yōu)橛叶藶檎ｋp擊鐵架接入GM計(jì)數(shù)管。5、選取“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”“ 測(cè)定G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線(xiàn)”，進(jìn)入如下圖界面。5、 尋找起始電壓。接通電源，開(kāi)啟高壓，工作選擇“半自動(dòng)”，時(shí)間選擇“”；開(kāi)啟萬(wàn)用表，顯示電壓。鼠標(biāo)左擊或右擊改變電壓值，點(diǎn)擊計(jì)數(shù)，開(kāi)始計(jì)數(shù)的最小電壓就是起始電壓。點(diǎn)擊“記錄”，按“確定”。6、 測(cè)坪曲線(xiàn)。選擇一個(gè)電壓，測(cè)一次計(jì)數(shù)。測(cè)完數(shù)據(jù)后，描點(diǎn)繪圖。7、 定工作電壓。8、 計(jì)算坪斜數(shù)據(jù)處理測(cè)量G-M計(jì)數(shù)管的坪曲線(xiàn)起始電壓= v電壓計(jì)數(shù)值電壓計(jì)數(shù)值電壓計(jì)數(shù)值電壓計(jì)數(shù)值描繪曲線(xiàn)，確定工作電壓V= v，計(jì)算坪斜。注意事項(xiàng)(1) 請(qǐng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的提示。(2) 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，定標(biāo)器的工作狀態(tài)（由工作選擇旋鈕控制）應(yīng)為自動(dòng)或半自動(dòng)（建議使用半自動(dòng)）。定標(biāo)器應(yīng)處于“工作”狀態(tài)，而不是自檢狀態(tài)（由計(jì)數(shù)值觀(guān)察窗口下的白色開(kāi)關(guān)控制）。(3) 測(cè)量GM計(jì)數(shù)管的坪特性曲線(xiàn)時(shí)，為使進(jìn)入坪區(qū)后的計(jì)數(shù)值達(dá)到要求（大于2500），計(jì)數(shù)時(shí)間應(yīng)大于等于10秒。(4) 和時(shí)的計(jì)數(shù)值、坪區(qū)開(kāi)始時(shí)的電壓和計(jì)數(shù)值、坪區(qū)結(jié)束時(shí)的電壓和計(jì)數(shù)值很重要。事實(shí)上，只要有這三對(duì)值，就可以算出工作電壓和坪