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，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,。當某種射線的一個高速粒子進入管內(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
　　（Geiger-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?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）對其進行了改進[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
　　一步的改進[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。