1、北航物理实验研究性报告双源法测计数装置的分辨时间实验成员： *1目录一、 实验原理 .21.1 GM 计数管 .21.2 GM 计数管的输出波形 .21.3 坪曲线 .31.4 双源法 .31.5 .4二、 实验仪器 .4二、 实验过程 .43.1 坪曲线的测量： .43.2 双源法测 GM 计数管的分辨时间： .4三、 实验结果 .54.1 坪曲线的测量 .54.2 分辨时间的测量 .64.3 不确定度计算 .64.4 最后的测量结果 .7五、 注意事项与误差分析 .7六、 参考文献 .72一、 实验原理1.1 GM 计数管 G-M 计数器是一种气体探测器。当带电粒子射入灵敏体积时，引起气体
2、分子电离，进而触发“自持放电” 。因此，G-M 计数管的输出电流、电压信号与入射粒子的类型和能量无关，仅由技术管本身工作状态及输出回路参量决定。G-M 技术管输出脉冲幅度与工作电压的大小和计数管的灵敏体积有关系。1.2 GM 计数管的输出波形（1）.失效时间（死时间 ）： 计数管在一次放电后，正离子鞘空间电荷使阳极附近气体放大区域内的电场减弱 ，即使有带电粒子射入，也不会引起放电，一直到正离子鞘漂移一段距离后，阳极表面电场恢复到阈值以上，这时有带电粒子入射才回引起放电而输出信号。一般为100 微秒左右。（2）.恢复时间（ ）：正离子鞘继续向阴极运动，经过 后到达阴极，这时计数管完全恢复到放电前
3、的状态，此后入射离子产生的脉冲幅度与最初一样。3（3）.分辨时间（ ）：记录脉冲时，电子线路总有一定的甄别阈 ，只有在经过 后，待入射离子的 脉冲恢复到高于甄别阈后才能有计数。称为技术装置的分辨时间，由计数管和记录装置共同决定，一般为几百微秒左右。1.3 坪曲线坪曲线是衡量 GM 计数管性能的重要标志。在使用计数管之前必须测量它。坪曲线是指入射粒子强度不变时，计数管的计数率随工作电压变化的关系曲线。主要参量有：（1）起始电压 Vo：计数装置开始计数的工作电压值。（2）坪长：大小为 V2-V1（单位 V），G-M 计数器的工作区域，工作电压一般选在坪区中央或三分之二附近。（3）坪斜：在坪区内工作
4、电压每增加100V 的计数率增长的百分率。坪斜 。= 12(+)()1.4 双源法设单位时间内计数装置实际测得的平均粒子数为 m，n 为单位时间内真正进入计数管的平均粒子数。 为计数装置的分辨时间，则在分辨时间 不变和 时，单位 1时间漏记的粒子数为 。=，这样 =1在完全相同的实验条件下，测量放射源 1、2 单独的计数率 以及1、 21、2 同时存在时的计数率 ，（假定它们包含相同的本底计数率 ）。所以，12 源 1 的真实计数率为： ；1=111 1源 2 的真实计数率为： ；2=212 1源 1 和源 2 同时存在的真实计数率： 。12=12112 1由于实验条件相同，源 1 和源 2
5、在单位时间内入射计数管的粒子数等于源1、源 2 在单位时间内分别入射到计数管的粒子数之和，即 = 121+2亦即 12112+1=212+1114解得 ，=11+12(12)其中 1=1+2122(1)(2)实验时，一般取 = 。11.5二、 实验仪器FH463B 型智能定标器、 J142 型圆柱形计数管、2 个 137Cs 源。二、 实验过程3.1 坪曲线的测量：选择合适的阈值，测量 GM 计数管的坪曲线，鉴定 GM 计数管的质量，并确定其工作电压 V。3.2双源法测 GM 计数管的分辨时间：（1）在工作电压 V 下测量本底时 GM 计数管的计数率 ，每次累计 20 秒，共测4 次。（2）将
6、源 1 放在合适的位置，使此时 GM 计数管的计数率为 200 次/秒左右，记录此时源 1 的位置，测量此时 GM 计数管的计数率 ，每次累计120 秒，共 测 10 次。（3）将源 1 放到不影响 GM 计数管计数率的地方，将源 2 放在合适的位置（不要与源 1 的位置有重合），使此时 GM 计数管的计数率为 200 次/秒左右，测量此时 GM 计数管的计数率 ，每次累计 20 秒，共测 10 次。2（4）将源 1 取回放在原来标记的位置，测量此时双源时 GM 计数管的计数率 ，12测量此时 GM 计数管的计数率 ，每次累计 20 秒，共测 10 次。15三、 实验结果4.1 坪曲线的测量电
7、 压 /V 平 均 计 数 率 /s323 2 1 5 3 0.275326 1071 1027 1034 986 102.95333 1492 1474 1468 1464 147.45342 2795 2762 2690 2704 273.775351 2784 2809 2761 2713 276.675361 2495 2371 2449 2451 244.15373 2467 2414 2471 2421 244.325383 2466 2416 2463 2465 245.25394 2589 2522 2597 2540 256.2405 2749 2720 2782 2789
8、276413 2889 2897 2969 2854 290.225420 3159 3257 3101 3112 315.725430 3461 3618 3418 3546 351.075440 3602 3705 3609 3646 364.05计 数 /20s323 333 351 373 394 413 4300100200300400坪曲线电压/V计数率/s由坪曲线，实验时取定标器电压为 384V64.2 分辨时间的测量测 量 条 件 环 境 本 底 源 1 源 2 双 源NO.1 71 4226 4100 7478NO.2 75 4196 3961 7564NO.3 78 428
9、2 3957 7505NO.4 69 4210 4056 7487NO.5 64 4277 4076 7308NO.6 63 4249 4191 7453NO.7 75 4211 4041 7545NO.8 77 4289 3977 7371NO.9 77 4211 4039 7484NO.10 74 4216 4062 7473平 均 值 /s 3.615 211.835 202.3 373.34所以， =3.615/s， =211.835/s， =202.3/s， =373.34/s，计算得到该计数 1 2 12装置的分辨时间 =486.69 微秒。4.3 不确定度计算1=(1+212)(
10、1)(2)21211 12bbbdmdmd其中 48.750us12110N 2221110()()()()umuNu11210()0 总所以有测 量 条 件 环 境 本 底 源 1 源 2 双 源平 均 值 /s 3.615 211.835 202.3 373.34误 差 /s 0.134779 1.031732 1.008245 1.3696837计算得 =24.78 微秒 u74.4 最后的测量结果 48.72510us五、 注意事项与误差分析1、计数率不能太低也不能太高。一般选取计数率在 200/秒左右。2、源 1、2 单独射入与共同射入时的位置应保持一致。3、计数管工作后会有光敏作用产生，实验应注意适当避光，不能暴漏在强光下。4、 测量过程中应注意防止 GM 计数管上的高压过高引起连续放电损坏 GM 计数管。5、实验时不要放置能增加本底计数率的带有放射性的物体，如铅砖，铝块。6、测坪曲线时，改变电压后稍等一会待其电压稳定后再测其计数率。六、 参考文献1.原子核物理试验方法。原子能出版社.复旦、清华、北大合编。2.双源法测量 GM 计数管分辨时间的实验条件探析。杨鸿鸣。河南师范大学学报。
