蓋革米勒計(jì)數(shù)管探測(cè)器

2009/11/11 21:50:00

蓋革-米勒計(jì)數(shù)器
　　Geiger-Müller counter
　　氣體電離探測(cè)器,。是H.蓋革和P.米勒在1928年發(fā)明的,。與正比計(jì)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(guò)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(yáng)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(jì)數(shù),，計(jì)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(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，脈沖幅度大,，缺點(diǎn)是不能快速計(jì)數(shù),。1908年，德國(guó)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(jì)制成了一臺(tái)α粒子計(jì)數(shù)器。盧瑟福和蓋革利用這一計(jì)數(shù)器對(duì)α粒子進(jìn)行了探測(cè)。

　　1909年蓋革和馬斯登（Ernest Marsden,，1889-1970）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)α粒子碰在金箔上偶爾會(huì)發(fā)生極大角度的偏折。盧瑟福對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(guó)物理學(xué)家米勒（E. Walther Muller，1905-1979）對(duì)計(jì)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(jì)數(shù)器，應(yīng)用十分廣泛,。
　　蓋革-米勒計(jì)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(jì)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(méi)有射線穿過(guò)時(shí),，氣體不放電,。當(dāng)某種射線的一個(gè)高速粒子進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，能夠使管內(nèi)氣體原子電離,，釋放出幾個(gè)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(lái)越多的電子再接連電離越來(lái)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(gè)脈沖電流輸入放大器，并有接于放大器輸出端的計(jì)數(shù)器接受,。計(jì)數(shù)器自動(dòng)地記錄下每個(gè)粒子飛入管內(nèi)時(shí)的放電,，由此可檢測(cè)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(gè)蓋革-米勒計(jì)數(shù)器排成一個(gè)環(huán)形,，測(cè)定了宇宙射線的角分布。
　　蓋革-米勒計(jì)數(shù)器是核物理學(xué)和粒子物理學(xué)中不可缺少的探測(cè)器,，至今仍然是實(shí)驗(yàn)室中敏銳的“眼睛”（左圖）,。
　　蓋革計(jì)數(shù)器
　　蓋革計(jì)數(shù)器。圖中左下角的黑色管是其探測(cè)器——蓋革管,。
　　蓋革計(jì)數(shù)器的原理圖蓋革計(jì)數(shù)器（Geiger counter）又叫蓋革-米勒計(jì)數(shù)器
　�,。℅eiger-Müller counter）,，是一種用于探測(cè)電離輻射的粒子探測(cè)器，通常用
　　于探測(cè)α粒子和β粒子,，也有些型號(hào)蓋革計(jì)數(shù)器可以探測(cè)γ射線及X射線,。
　　構(gòu)造及原理
　　蓋革計(jì)數(shù)器是根據(jù)射線對(duì)氣體的電離性質(zhì)設(shè)計(jì)成的。其探測(cè)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(shí)，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(gè)脈沖電流信號(hào)。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇加在絲極與管壁之間的電壓,，就可以對(duì)
　　被探測(cè)粒子的最低能量,，從而對(duì)其種類加以甄選。
　　蓋革計(jì)數(shù)器也可以用于探測(cè)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(cè)到時(shí)就已經(jīng)射出了蓋革管，因此其對(duì)高能γ射線的探測(cè)靈
　　敏度較低,。在這種情況下,，碘化鈉閃爍計(jì)數(shù)器則有更好的表現(xiàn)。
　　歷史
　　蓋革計(jì)數(shù)器最初是在1908年由德國(guó)物理學(xué)家漢斯·蓋革和著名的英國(guó)物理學(xué)家盧
　　瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,，為了探測(cè)α粒子而設(shè)計(jì)的,。后來(lái)在1928年，蓋革又和
　　他的學(xué)生米勒（Walther Müller）對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)[1],，使其可以用于探測(cè)所有
　　的電離輻射,。
　　1947年，美國(guó)人Sidney H. Liebson在其博士學(xué)位研究中又對(duì)蓋革計(jì)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(zhǎng)了其使用壽命
　　。這種改進(jìn)也被稱為“鹵素計(jì)數(shù)器”,。
　　蓋革計(jì)數(shù)器因?yàn)槠湓靸r(jià)低廉,、使用方便、探測(cè)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,。