盖革-弥勒计数器的工作原理与核衰变统计规律实验

"盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律" 盖革-弥勒计数器，简称G-M计数器，是一种基于气体电离效应的辐射探测器，广泛应用于放射性测量中。它的工作原理是利用射线（如α、β、γ粒子）与计数管内的工作气体相互作用产生电离，进而形成电子雪崩，产生可检测的电流脉冲。计数器通常由G-M计数管、探头盒、高压电源和定标器等部件构成。 计数管内部包含一个阳极丝和一个圆筒状阴极，两者被密封在含有惰性气体（如氦、氖）和少量猝灭气体的玻璃或金属管内。阳极丝上施加直流高压，使得管内形成径向对称的电场。电场强度随着与轴线距离的增大而减小，这使得电子在接近阳极时能加速并引发雪崩放电。当射线穿过管子时，会与气体分子相互作用，产生电子和正离子。电子在电场作用下加速，连续碰撞产生更多电子，形成雪崩，最终导致一个电压脉冲，从而被电路记录为一次事件。 实验中，通过观察和分析电压脉冲的特性，可以了解计数器的工作性能，包括坪曲线，这是一条反映电压脉冲幅度与射线能量关系的曲线。通过坪曲线，可以计算出相关参数，如触发阈值Uth，它代表了计数器能够检测到的最小电离能量。理解触发阈值的物理意义对于正确使用和校准计数器至关重要。 实验目的不仅在于掌握G-M计数器的操作和特性，还在于验证核衰变的统计规律，如贝克勒尔定律，该定律指出放射性物质的衰变速率是随机的，但整体遵循指数衰减，即放射性核素的剩余数量N随时间t呈指数衰减：N = N₀e^(-λt)，其中N₀是初始数量，λ是衰变常数。通过多次测量并分析计数率，可以验证这一统计规律。 此外，实验还涉及误差分析和数据处理技巧，如如何表示测量结果的误差，如何计算多次测量的平均值及其误差，以及如何合理选择测试时间以提高测量精度。这些技能对于进行科学研究和数据分析至关重要。 盖革-弥勒计数器虽然在现代放射性测量中可能不如闪烁探测器和半导体探测器常用，但因其简单易用的特点，依然在教学和某些特定应用中占有一席之地。通过这样的实验，学生不仅可以学习到基本的放射性测量技术，还能深化对核衰变统计规律的理解，并提升实验操作和数据处理的能力。