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8.4.1 GM计数管的工作机制在线视频

8.4.1 GM计数管的工作机制

下一节:8.4.2 有机自熄GM计数管

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8.4.1 GM计数管的工作机制课程教案、知识点、字幕

下面我们来介绍一种

新的气体探测器

GM计数管

我们说它是新的气体探测器

是因为我们前面讲的是

脉冲电离室和正比计数器

但GM管本身

它比另外两种探测器

可能历史更悠久一些

我们还是先来看这张图

横坐标是工作电压

纵坐标是输出信号的幅度

通过我们前面已经介绍的内容

我们讲了两个区域

一个叫饱和区

一个叫正比区

饱和区是电离室的工作区

正比区是正比计数器的工作区域

随着工作电压的增加

我们看这两条线趋于一个重合

重合的这个地方呢

重合了以后的这个区域呢

我们叫GM区

GM区的输出信号呢

和入射粒子的能量是没有关系的

所以这个区域呢

这个探测器只能用来计数

不能用来测能量

但同时我们会看到

这个区域的输出信号的幅度

是比较大的

GM计数管这个名称

是由它的发明者

就是盖革和米勒

他的名字的字头

直接应用而来的

所以它是一种呢

我们叫能够支持放电的

一种气体电离探测器

它的基本特点是这样

一个是制造比较简单

价格也比较便宜

对于辐射测量灵敏度比较高

输出电荷量大

也就是输出信号很大

往往后面不用放大器

也就能测量了

在使用上比较方便

当然GM管它也有它的缺点

通常情况下

一个是死时间比较长

它比别的探测器的

死时间要长得多

通常这个死时间

可能是几十个微秒

或者到百微秒这样的一个量级

所以它的应用呢

往往是测这种辐射不是很强的地方

例如测本底

用它是没有任何问题的

如果是一个比较强的辐射场

用它测那就不合适了

第二个是不能测能量

只能用来做计数

它的输出信号的幅度

只和你的工作电压的大小有关系

和你这个管子的结构有关系

和你入射粒子

沉积在探测器里面多少能量

没有任何关系

GM管有各种形状各种样子

当然不同的形状不同的样子

在测量对象上面也有不同

有的我们说带窗的

适用于测量这种带电粒子

有的我们整个一个玻璃管

或者金属的这种管子

我们可以用它来测量

伽玛射线等等

我们来看一下

GM计数器的工作机制

我们还是先想一想

在正比计数器里面

我们说

当时讨论过

光子反馈和离子反馈

我们都要把它抑制住

也就是让这两种反馈的过程

极其微弱

或者是尽量把它消除掉

因此经过一次雪崩之后

它的那个倍增的过程

就是雪崩的过程也就结束了

雪崩只能限于一个

比较局部的区域里发生

对一个初始电子

它展宽也就是在200个微米左右

但是在GM管里头

我们说光子反馈和离子反馈

都是需要特别考虑的一些过程

这个里面我们说

由于光子反馈的存在

使得GM管它里面的放电

也就是雪崩得以传播

电子雪崩会在计数器阳极附近的

各个区域里面产生

最后生成大量的电子离子段

使GM计数器输出的幅度

可以较大

如果不采取一定的措施呢

它的离子反馈过程

会使得你这个计数管的放电过程

根本就结束不了

所以我们说

这种情况下的GM管

就叫非自熄的GM管

也就是一个自持放电的过程

我们来看一下非自熄GM管

它的工作机制

非自熄GM管的放电过程呢

我们把它分解成下列环节去描述

这个里面我们假设

工作气体是氩气

第一个过程呢

就是入射带电粒子

产生初始电离

以及初始电离产生的电子

在电场的作用下

向这个阳极漂移

再去产生碰撞电离

这样的一个过程

当然产生碰撞电离的过程

我们说既可能产生的是电离

也有可能产生的是激发

第二过程是放电传播的过程

这个用到的就是光子反馈

被激发的原子退激的过程里面

会发出光子来

这个光子打到气体分子上

或者打到阴极上

都可能打出次电子来

而且这个过程我们说

因为这个光子可能走得远

也可能走得近

所以是在整个管子

各个地方都在有光子反馈的影响

它整个的结果就是气体放电

会迅速地遍及整个管子

然后正离子包围了整个阳极丝

并且是逐步加厚的一个过程

形成一个正离子鞘

当然这个时候

我们说电子雪崩之后

很快就会被阳极丝收集

这个离子跑的慢

所以最后包围在阳极附近的

会有一个正离子鞘

正离子鞘和它的感应电荷

会形成一个电场

这个电场和原来电场的方向

是相反的

这样的话就会使得

这个区域里面的电场强度减弱

减弱到不能再发生雪崩

这个放电过程也就结束了

电子被收集的过程里面

当然会形成一个电子电流

当然这个电子电流

和正比计数器

里面的电子电流很像

也就是说

这个电子电流对输出信号的贡献

其实没那么大

第三个部分呢

我们说是正离子鞘

向阴极漂移的过程

在这个过程里面

会形成离子电流

离子电流也就是离子漂移

引起的回路感应电流

是形成输出脉冲信号的

一个主要贡献

所以这是离子的往外漂移的

一个过程

当然最后有一个电荷中和

这个离子漂移到阴极表面的时候

和阴极表面的感应电荷中和

这个过程就结束了

当然这个过程结束呢

因为离子已经漂移到了

阴极表面

这个时候

它会有离子反馈的一个存在

我们说由于离子反馈的存在

会导致二次电子的发射

会产生新的信号

新的信号又去碰撞电离

又去这样

所以这是一个自持放电的过程

就是这个放电过程

就结束不下来了

就是一个信号之后

又跟一个信号

又跟一个信号

而且每个信号都是一样的

所以这个非自熄GM管

它是没有办法

直接用来测量计数的

离子反馈的过程呢

我们又可以分成两种情况去讨论

第一种情况呢

就是正离子和电子中和

去产生了一个激发态的氩原子

这个激发态的氩原子

退激发光

这个光子达到阴极上

然后产生电子

然后电子加速又去产生新的雪崩

等等这样的一个过程

第二个过程呢

就有可能是这个激发态的氩原子

直接碰到了阴极上

从阴极上打出电子来

反正不管哪种情况

最后都是产生了二次电子

然后二次电子在电场的作用下

向阳极漂移

会有雪崩会有放电传播

会有后面的一系列的过程

又会形成一个信号

所以我们说

非自熄GM管的这个信号呢

它是结束不下来的

如果我们去画非自熄GM管的

输出信号的话

你会发现

这是它的第一个信号

就是入射粒子引起的信号

但是后面如果我们完全没有了

入射粒子之后呢

它后面会不断的有信号产生

而且这个间隔都差不多

原因就是这个间隔

差不多都是离子

从阳极表面漂移到阴极

所需要的那个时间

后面的信号呢

都是离子反馈所引起的

都是假的信号

所以非自熄GM管

虽然是一种探测器

但是不能直接来应用

GM管的这个最原始的

工作原理呢

就是这样

但是我们可以看到

就是非自熄GM管

确实是有问题的

它不能直接应用

所以需要采取一定的措施

让这个放电的过程

给它结束下来

当然我们看到其实对这个

就是后面假信号出现的原因

就是分析这个原因的话

我们会知道

它是由离子反馈所引起的

如果你能把这个离子反馈的过程

给它阻止掉

它就不会有后面的

那些假信号的出现

这样的话就可以实现

这个放电过程的熄灭

这个就是自熄GM管

所要做的一个事情

这一节的内容就到这里

自熄GM管我们后面再讲

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 基础知识、常量与单位

-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 电离过程的涨落与法诺分布

-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

--7.4.1 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

-7.5 时间间隔的统计分布

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分：能量分辨率

--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分：饱和特性、坪特性等

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 中子与物质的相互作用

-13.4 中子探测的特点与探测方法分类

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

8.4.1 GM计数管的工作机制笔记与讨论

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