GM计数管原理,结构,圆筒状阴极和中心轴上阳极丝 装于密药玻璃革中，内充有情 性气体 极间加高压，形成柱对称的电 场，场强随半径减小遥速增大脉冲形成 射线进入计数管T气体初电离产生初级电子 T初级电子在电场下加速引起进一步电离T 电子雪崩,板间电势差为均，阳极丝半径a, 柱状阴极半径b,半径尸处的电 场强度为 F（r）=rdfe,Vo = IkV, a = 0.5pm, b = 1cm 典型分布值为,阳极附近产生大量粒子对： 电子迅速向F日极移动 -正离子形成“正离子鞘”，缓慢移向阴极,运动的电子、正离子在极板上感生电荷，输出 脉冲 快慢成分：电子漂移速度远大于正离子,实验内容,. 01 脉冲的形成和变化,02 GM计数器特性,放射性衰变统计规律,GM计数管负裁电阻线性放大器 电子学参数 脉冲形状 坪特性分辨时间 JGM计数管工作区间 计数率限值 计数率统计规律 核事件的时间间隔分布,01脉冲的形成和变化,选择参数f负载电阻砒，线性放大器 （放大倍数Gain,微分，积分） D,准确的脉冲定标：窄脉冲=不堆积 快上升沿=定时误差小,01脉冲的形成和变化GM计数管,脉冲贡献,负载RCT8时，输出脉冲快慢成分如右图 电子感生的快脉冲信号占总脉冲幅度为 咬 _ ln(n)/a) + V ln(b/a) 其中而是雪崩发生半径，与阳极丝半径相当，即 ln(r0/a) t 0 所以，GM计数管输出脉冲主要是由正离子感生的慢 信号贡献,I t2:正离孑被阴极收集的时间 j I从切到勺，正离子先在阳极强场附近运动，速 |度增长快，向阴极靠近时场强减弱，运动速度 |逐渐缓慢，直到被阴极吸收,MM WhB MB MB 时滞以：从电离发生 112:雪崩开始到电子被阳极I 到雪崩开始经历时间 收集的时间 初级电子的运动感生 雪崩产生的大量次级电子的 缓慢的脉冲增长 1 f运动感生处急剧上升的脉冲 一 一一 一一一 一 一一.,01脉冲的形成和变化前置放大器,定标器,姓性.放人器,快慢成分观察,前放作用,Ic(t)e-RCdt,无积微分,RC较小时，脉冲幅度小且下沿陡峭。
此时由前放成形的快慢信号峰值位置相近，且福 度可比可通过下沿的突变直观看出快慢成分Tiiw 21,01脉冲的形成和变化（原理）线性放大器,积微分作用,放大作用,线性放大脉冲幅度，不 改变形状，但幅度超过 10V会导致饱和，脉冲 崎变,反应脉冲幅度变化,反应脉冲幅度积累,01脉冲的形成和变化-电子学参数选取,功能,对酬的瞬,收集脉冲 &越大，脉冲幅度、瓦度增大 5kQ,线性放大成比例放大脉冲，可能导致饱和 待定,线性放大器,脉冲不能过竟，以免盆加，损 失掉幅度可由线性放大弥补 放大后脉冲幅度应恰大于5V, 以确保曩加在上一脉冲下冲上 的脉冲仍能被定标，且与噪声 拉开幅度差距；不可过大，否 则引起饱和,为公 反应脉冲幅度变化：使脉冲宽度大 微为大减小，略减小幅度,产生下冲 反应脉冲幅度累积：使脉冲幅度塔 以免 大，上下沿趋于对称（高斯峰）,确定脉冲时间滤掉阈值以下的脉冲 0.614V,产生窄脉冲,积分的作用对时间定标电路没 有帮助 阈值大于噪声而小于目标脉冲,脉冲间隔约200/zs,无叠加 与分辨时间65处近相当,02 GM计数器特性一坪特性,测量,原理 在强度不变的放射源照射下，测量计数率随工作电 压的变化，称为坪曲线。
-定标器阐值的设定、灵敏度低会使起始电压升高， 坪区绽短 工作电压应选取在最为平坦的区域起始电压 Vb = 376V 阈电压 * = 41OV 坪斜 0.156/V,最佳工作电压55OV,02 GM计数器特性分辨时间,原理 当正离子鞘到达某半径布时，阳极附近的电场刚 刚恢复到可以发生放电，这段时间称为死时间妇. 正离子从到阴极的一段时间称为诙复时间质 脉冲幅度随着电场恢复而增高，脉冲能被定标器 记录下来所经历的时间为分辨时间徐,02 GM计数器特性分辨时间,测量一,相关度0. 99987 拟合结果得到分辨时间 t = (65.8 0.06)ps 理论分辨时间100Q量级，符合较好,原理 X光管电流与发出的X光子教目成正比，由于 探测器和X光管相对位置不变，单位时间内打 在探测器内的有效区间的粒子数n与管电流 %满足n = k . Ig + b 由于分辨时间存在，测得计数率m和实际光 子数n满足” =，两式结合有 1mr klg + b m =- 1 + T(klg + b),02 GM计数器特性分辨时间,T,测量二,1.90U Tiw 50.00US,开启示波器的“波形保持”功能，观察由线性放大器成形后输出的、相邻波之间的最小时间差。
此处将示波器阈值设为0.614V,与定标器下阈相同 分辨时可t a 8O3 非常粗略的算法，若示波器阈值更小，则测得死时间但trig过小，难以固定脉冲在屏上位置03放射性衰变统计规律,械分布 No 100, p 0.01 ! ? p（n） =pne-WoP m = nop, g = yfm,-二项式分布 zy 任意多个样本数 r n S P = 1-厂北(人是衰变常数，来自N = /V-) 时间t内发生核衰变数为n,则有P(n) = pn(l- p)*-n 期望 m = Nop = No(1- eAt)方差 a2 = Nop(l-p) = meAt At 1时,a2 = m L J,尤2检验法（适用高斯分布和泊松分布）,r,(n-m), P(n)=,囹 b = yfm,求实验测得一组数据的平均值,融分布 m 20,n =,计算标准误差,(n-m)2,对有A个测量值的一组数据分为r组，统计每分组区 间中实际观测到的次数左按高斯分布或泊松分布计 算理论次数疗.统计量 X 一号=】疗 根据自由度大小v和选择的显著性水平詹表得到对 应好根据好Y和M的大小来判断拒绝或接受理 论分布,频率直方图检验法,三y碓1（叱-元）2,ttn,n捉点土知,作各区间中心值做频率或频数 直方图，并将其与平均值为元标准误差为 = b的 高斯分布比较，以判断数据分布是否合理。
03放射性衰变统计规律-高计数率,条件 U = 550V Ig = 0.86mA R = SkH 定标器阈值0. 614V Gain = 34 计豉在 610680 Ug = 14.3kV 测 300s 分，布-用origin自带功能与正态分布相比较 平均值m = 647.3,标准误差b = 23.4 尸=39.73 对任何a, x2 Xi-a，统计不显著 本底造成低频数区间计数率偏高，造成分布偏差 首尾两组的刀2之和为10.1,03放射性衰变统计规律-低计数率,条件 除改变 = O.OlmA，计数率410 其余和高计数率时一致 分布 平均值m = 6.88 标准误差b = 2.8 2 = 79 1 对屈何a，x2 Xi-a统计不显著 仍然由于本底造成低频数区间计数偏高 本底对低计数率时分布的影响更大 首尾两组的/之和为22.4,03放射性衰变统计规律-时间间隔分布规律,时间间隔可认为是一个随机变量发生时间间隔为t的脉冲是这样一种核事件：在第一个脉冲发生后的t时间内没有 脉冲发生，而在随后的dt内有一个脉冲发生由泊松分布式可知，在t内没有脉冲发生的椎奉Po(t)为 Po(t) = emt 而在dt内发生一个脉冲的概率pi(dt)为 Pi(dt) = mdt 因比按照独立时间的概率乘法定理，发生时间间隔为t的脉冲的概率，用dp(t)表示，就是 dp(t) = p()(t)pi(dt) = memtdt 上式指出，它是指数分布，其概率密度函数P(t)为 P(t) = meTnt 间隔为t的n倍脉冲是这样组成的：它在时间t内有n-1个脉冲发生，而在随后的时间dt内又有一个脉冲发生。
用pn(t) 表示n倍间隔为t的概率密度技照独立事件的概率乘法定理，应是 Pn(t)dt = p(n - 1, t) -p(lfdt) p(n-l,t)和p(l,dt)分别是t内出现n-1个脉冲的概率和dt内出现1个脉冲的概率它们可由泊松分布求出并代入上式, 得到 Pndt = - (71 - 1)!,n越大时，概率分布越赴近于高斯分布.,03放射性衰变统计规律,n=l n=2,Equation y = Al*exp(-x/tl) + yO Adj. R-Square 0.99888 Value Standard Error yO -2.54973 4.04499 Al 3768.79123.72557 tl 2308.767 22.51435,时间间隔分布规律,n=5 n=10, y=yO +,实验结论,YOUR TEXT YOUR TEXT YOUR TEXT,适宜时间测量的电子学参数,通过探究脉冲的成形和变化过程，确定适宜的电子学参数为：负载电阻Rl = 5kn,微分I?只分0, 线性放大倍数应恰使脉冲大于5V,定标器阈值为0.614VGMimWS佳工作球口翎时间 通浦量GM计数管的坪特性曲线确定最佳工作电压为550V。
利用光子数与X光管电流成正比 的性质，拟合得到分辨时间为=(65.8 0.06)3而通过示波器直接观察的分辨时间为80归.,衬嗷率和时间间隔的统计规律 高、低计数率时，计数率分布分别大致符合高斯分布和泊松分布,由于本底计数的影响，定性 尸检查时，计数率偏离理想分布较大相邻核事件的时间间隔可看做是一个随机变量THANK YOU L J V,参考文献： 1 核辐射探测技术.2010.洽尔滨工程大学出版社. 2 近代物理实验补充讲义.复旦大学教学实验中心. 3 核电子学讲义.复旦大学核科学与技术系. 4 核物理实验数据处理.p195-199. 1988.原子能出版社.,。