蓋革米勒計數管探測器

2009/11/11 21:50:00

蓋革-米勒計數器
　　Geiger-Müller counter
　　氣體電離探測器。是H.蓋革和P.米勒在1928年發明的。與正比計數器類似，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，發射紫外光子，這些光子射到陰極上產生光電子，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，計數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-米勒計數器優點是靈敏度高，脈沖幅度大，缺點是不能快速計數。1908年，德國物理學家蓋革（Hans Wilhelm Geiger,1882-1945）（左圖）按照盧瑟福（E. Ernest Rutherford，1871～1937）的要求，設計制成了一臺α粒子計數器。盧瑟福和蓋革利用這一計數器對α粒子進行了探測。

　　1909年蓋革和馬斯登（Ernest Marsden，1889-1970）在實驗中發現α粒子碰在金箔上偶爾會發生極大角度的偏折。盧瑟福對這個實驗的各種參數作了詳細分析，于1911年提出了原子的有核模型。
　　從1920年起，蓋革和德國物理學家米勒（E. Walther Muller，1905-1979）對計數器作了許多改進，靈敏度得到很大提高，被稱為蓋革-米勒計數器，應用十分廣泛。
　　蓋革-米勒計數器是根據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器。兩端用絕緣物質封閉的金屬管內貯有低壓氣體，沿管的軸線裝了金屬絲，在金屬絲和管壁之間用電池組產生一定的電壓（比管內氣體的擊穿電壓稍低），管內沒有射線穿過時，氣體不放電。當某種射線的一個高速粒子進入管內時，能夠使管內氣體原子電離，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，終于使管內氣體成為導電體，在絲極與管壁之間產生迅速的氣體放電現象。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器接受。計數器自動地記錄下每個粒子飛入管內時的放電，由此可檢測出粒子的數目。
　　1937年蓋革和物理學家席勒（Leo Szilard，1898-1964）（右圖）用九個蓋革-米勒計數器排成一個環形，測定了宇宙射線的角分布。
　　蓋革-米勒計數器是核物理學和粒子物理學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）。
　　蓋革計數器
　　蓋革計數器。圖中左下角的黑色管是其探測器——蓋革管。
　　蓋革計數器的原理圖蓋革計數器（Geiger counter）又叫蓋革-米勒計數器
　　（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器可以探測γ射線及X射線。
　　構造及原理
　　蓋革計數器是根據射線對氣體的電離性質設計成的。其探測器（稱“蓋革管”）
　　的通常結構是在一根兩端用絕緣物質密閉的金屬管內充入稀薄氣體（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氣體擊穿電壓的電壓。
　　這樣在通常狀態下，管內氣體不放電；而當有高速粒子射入管內時，粒子的能
　　量使管內氣體電離導電，在絲極與管壁之間產生迅速的氣體放電現象，從而輸
　　出一個脈沖電流信號。通過適當地選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，碘化鈉閃爍計數器則有更好的表現。
　　歷史
　　蓋革計數器最初是在1908年由德國物理學家漢斯·蓋革和著名的英國物理學家盧
　　瑟福在α粒子散射實驗中，為了探測α粒子而設計的。后來在1928年，蓋革又和
　　他的學生米勒（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在其博士學位研究中又對蓋革計數器做了進
　　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“鹵素計數器”。
　　蓋革計數器因為其造價低廉、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、醫學、粒子物理學及工業領域。