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      什么是蓋革管_蓋革管原理_核輻射檢測廉價蓋革計數器制作

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2023/8/25

      一、什么是蓋革管

        蓋革管是一種古老檢測放射性粒子的傳感器,雖然現在它已經逐步退出了實用舞臺,但由于它原理簡單,制作方便,物理內涵豐富,成為電子愛好者制作的寵兒。

        蓋革計數器(Geiger-Counter),也被稱為Geiger-Mueller計數器,是用于檢測各種引起電離放射性的電子設備。檢測器在1928年被發明,其名稱來自于兩位發明它的物理學家Geiger和Mueller。蓋革計數器被應用于放射計量、放射保護、物理實驗和核工業中。它的主要部件就是一個Geiger-Mueller管,它可以檢測發射性離子,在配以相應的處理電路可以顯示檢測結果。

      Johannes Wilhelm Geiger 

      ^Johannes Wilhelm Geiger(1882,Sept.~1945,Sept.)^

      二、發明歷史及原理

        Johannes Wilhelm Geiger,也被叫做Hans Geiger,是德國物理學家,由他最先成功引入可以檢測單個α離子的檢測器。他在1906年于Erlangen大學獲得博士學位,隨后加入曼徹斯特大學任教,成為Ernest Rutherford最有力的合作者。

        在曼徹斯特大學Geiger制作了他的第一個版本的粒子計數器,由此確認了α離子就是氦元素的原子核,并驗證了Rutherford對原子結構提出的假設:即任何原子都存在一個位于中央體積非常小的原子核。

      早期的蓋革管和蓋革計數器 

      早期的蓋革管和蓋革計數器

        后來Geiger加入位于柏林的德國國家科學院,繼續研究原子結構。在第一次世界大戰期間,他在軍隊擔任炮兵軍官,并發明了符合計數器,通過電路對兩個離子檢測器發出的脈沖檢測是否屬于同時發生的,并在1924年對康普頓效應進行驗證。在1925年在基爾大學任教期間,他和他的學生Mueller對蓋革管進行改進,提高了它的靈敏度、檢測性能以及耐久性。

        蓋革計數器可以檢測各種電離性放射源,像α、β、中子等粒子以及γ射線,這是利用了Geiger-Mueller管所產生的電離效應。

      蓋革管原理 

        蓋革管結構簡單,通常是在金屬圓筒中央固定一根細金屬絲。在金屬絲和外壁之間施加有直流電壓。容器內充有用于產生電離的氣體(比如氬氣)和用于淬火的氣體(比如丁烷),F在的蓋革管使用鍍有金屬膜的玻璃管制作而成。

        當有離子經過蓋革管激發了某一氣體原子產生電離。激發出的電子被金屬絲正電壓吸引運動過程中又會撞擊其它氣體分子產生雪崩電離,此過程也會通過激發出的紫外線光子引發更大范圍的電離雪崩,最終形成一股多大100億個電子組成的電流脈沖。

      蓋革管內雪崩電流擴散過程 

      蓋革管內雪崩電流擴散過程

        電離后的正電粒子由于質量比較大,運動比較慢,電子雪崩后它們停留在Geiger管中間形成正電電子云,擾亂了管內的電場,會阻礙電子雪崩進一步加大。再通過

        限流電阻和淬火氣體的共同作用,雪崩電流很快終止。一般經過100~500微妙的恢復死區時間,蓋革管為下一次粒子檢測做好準備。施加在Geiger管的電壓對于計數脈沖有很大的影響。當電壓小于一定閾值時,Geiger管就不會形成雪崩放電。由于沒有了雪崩電流,檢測器就不會有脈沖輸出。

      玻璃Geiger管產生雪崩放電 

      玻璃Geiger管產生雪崩放電

        當電壓超過一定閾值之后,Geiger管就會形成連續的脈沖輸出,對于實際的放射性粒子就不再敏感。

        因此,存在一段電壓區間,成為Geiger管的電壓坪,在此范圍內,蓋革管的脈沖輸出不隨著電壓升降而改變。

       

        使用Geiger管檢測粒子主要優點是放大倍數高,幾乎不需要其它放大器,輸出的電脈沖就可以驅動電子計數器或者揚聲器發出聲音。主要缺點就是不能夠鑒別粒子的能量和種類,不能夠進行快速計數。另外由于管內的氣體密度低,高能γ射線在碰到管內氣體粒子之前就已經沖出了Geiger管,所以檢測靈敏度很低。

      蓋革管電壓增加,進入飽和工作區 

      蓋革管電壓增加,進入飽和工作區

        現在Geiger管逐步退出了實驗室,被性能更好的金硅面壘傳感器、碘化鈉閃爍計數器等新型的半導體粒子傳感器所替代。但它發出的光芒曾經照亮過人類在科學探索過程中的道路,今后也會給一代又一代進入科學探索隊伍的年輕人帶來啟迪。

       

      三、一款核輻射檢測廉價蓋革計數器制作

      核輻射檢測廉價蓋革計數器制作電路圖 

      圖中上面那個圖,是一個類似于差拍計數器,兩個不同顏色的LED閃動顯示,由CD4001四2輸入或非門組成穩定的震蕩電路輸出具有一定時間間距的脈沖信號。CD4029 是由具有預進位功能的4 位二進制或BCD 碼十進制加減計數器構成,15腳是時鐘/脈沖輸入引腳,輸入的信號和振蕩器輸入的信號分別輸入到CD4029進行控制。目前此類電路實際應用很少。 下面那個圖是個和電蚊拍電路相差不多的高壓發生電路,簡單的原理是由三極管Q1為核心的放大原件,繞組5-6是Q1的負載線圈,Q1集電極有分壓電阻R1\R2,通過3-4線圈以及電源負端構成回路,當電源開關接通瞬間,回路獲得電壓,同時由于線圈的瞬時儲能作用,釋放較大的電壓使Q基極獲得電壓,而導通,5-6繞組就獲得放大后的電壓,通過T1變壓器鐵心的耦合,使3-4線圈以及副繞組7-8獲得感應電壓,然后再通過3-4線圈經過電阻R1限流輸入到Q1基極控制Q1,就這樣周而復始的工作,為了穩定頻率,還應當加入反饋電容。變壓器自己繞是比較麻煩的,你可以找代用的,你找一個變壓器參數為一組AC220V輸入、兩組3V、5V輸出,參數相近的都可以,功率10W以下的變壓器代用就可以了,一般收音機,小錄音機有,有時候會缺一組線圈,你自己繞上去就可以了,一般找相同線徑的銅絲繞個20圈就好了。接電路的時候要反過來接,就是3v、5v兩組分別構成T1的3-4,5-6繞組,220v就是輸出端,簡單吧。輸出端加個IN4007二極管整流,找個大點的104電容濾波就可以了,其他的也不用按照圖上的接了,但低壓震蕩電路這邊的原件一定要弄好,不然不會工作的。注意這個電路有一定的危險性。

      Tags:蓋革管,核輻射,檢測,電子制作  
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