环境样品放射性监测，G-M计数器使用和工作原理

盖革计数管的全称是“盖革·弥勒计数管”，简称G－M计数管，是一种具有两个电极的气体放电管。它的形状很多，如圆筒形、钟罩形、针形等，但其阳极均为细金属丝，阴极为外圆筒。它由盖革（Geiger）和缪勒（Müller）两位科学家联合发明。

G-M管按所充气体分为两大类：有机G-M管（内充Ar+酒精或乙醚）和卤素G-M管（内充Ar+Cl2或Br2）。按照不同用途，G-M管的结构可做成端窗形（钟罩形）或圆柱形，每种类型还可以做成不同式样，如气流式、套式，如图所示：

图7-5　G-M管

1.G-M计数管的结构

G-M计数管有各种各样的结构。较为常用的是棒状和钟罩形计数管。它由三部分组成，即外壳、阳极、阴极。计数管的内部充有工作气体，其构造如图7-6所示。

图7-6　GM计数管示意图

A为钟罩形计数管，B为棒状计数管；图中标号各表示为：1-外壳、2-阴极、3-阳极、4-端窗

G－M计数管的阴极用铜或不锈钢制作；阳极用钨丝制作，位于计数管中心。阴极环绕阳极。钟罩形计数管还设有端窗。为减少对α、β粒子的吸收，端窗用薄云母片制作。G-M计数管的外壳用玻璃或金属制作。这种计数管的外壳也是阴极。

2.工作原理

G-M计数管的原理是利用气体的自持放电现象，在G-M计数管的阴极和阳极之间加上电压（几百伏至上千伏），当辐射入射到管内时，管内的气体将产生电离，且正、负离子分别向阴极、阳极运动。这些离子在运动过程中又与其他气体分子碰撞，产生新的电离。由新的电离产生出来的离子又能使其他气体分子继续电离。由此一次接一次的电离形成电子雪崩，称之为放电。这个过程实质是一个由于气体放大使离子成倍数增加的过程。每产生一次放电，在外线路上就形成一个脉冲。脉冲信号的强弱主要取决于两个因素：一是G-M计数管的端电压；另一个因素就是辐射场的剂量大小。因此，我们在确定了G-M计数管的工作电压后，即可以由此测量辐射量的大小。(www.xing528.com)

G-M计数管的种类很多，按自持放电的猝熄机构可分为非自熄G-M计数管和自熄G-M计数管两大类。现在常用的是自熄G-M计数管。

G-M计数管的工作气体是在氮、氖等惰性气体中加入乙醇、甲酸乙酯等有机气体或微量卤素气体。这种添加的有机气体和卤素气体是用来起淬灭作用的，相应的此类G-M计数管，又称作有机管和卤素管。

3.G-M计数管的特性

将一给定辐射照射在G-M计数管上，改变加在计数管上的电压并记录对应的计数率，可得到G-M计数管特性曲线，其形状与电离室的饱和特性曲线相似。实验以计数率为纵坐标，开始计数的电压称为起始工作电压，当计数率达到基本恒定的坪区，则是放射计数的有效测试段。因此，实际工作时G-M计数管工作电压应选择在坪中央或稍低一些。质量好的G-M计数管不仅坪长，而且坪的斜率也要尽量小。

G-M计数管每发生一次放电后，就有正离子残存在阳极周围，由于这种空间电荷的作用，即使下一个辐射粒子进来，G-M计数管也不能立即响应。这个G-M计数管不能工作的时间，叫作死时间，一般为几百微秒。

充入有机气体的G-M计数管有一定寿命，一般为108～109个计数。这是由于每次放电都有少量淬灭气体被分解。但是以卤素气体为淬灭气体的G-M计数管，由于管内卤素气体在放电被分解后还会再次结合，所以不会因为放电而缩短寿命。

图7-7　G-M计数管的工作曲线（cpm=counts per minute，每分钟计数）

入射到G-M计数管上的辐射粒子数或光子数与计数管给出的脉冲数之比称为G-M计数管的探测效率。对于α、β粒子之类的带电粒子，只要修正了入射窗的吸收损失，G-M计数管的探测效率可达到100%。对于γ射线，由于它可以与计数管内气体或阴极物质相互作用产生次级电子，这些次级电子射入管内灵敏区引起放电，所以效率较低。对于能量从几百千电子伏特到几兆电子伏特的γ射线，其计数效率只在百分之几的水平。

G-M计数管主要用于相对测量或绝对测量核辐射粒子流的强度。G-M计数管之所以被广泛应用，是由于它具有以下有突出的优点：①结构简单，制造容易，价格便宜。②输出脉冲幅度大，一般为伏特数量级，信号无须经过放大就可以直接被计数器记录，所以仪器设备简单。③灵敏度高。④可以制成各种形状的计数管，如圆柱形、半球形和钟罩形等。

G-M计数管的使用应注意下列几点：按要求接好电子学线路，不论采用正高压电源或负高压电源，计数管的中心丝极必须永远是正极，否则计数管无法使用；根据计数管的坪特性，工作电压应选在坪的前半部，以便延长计数管的使用寿命；使用过程中严禁连续放电出现，在测量坪特性曲线时，工作电压的改变不能太大，一旦发现连续放电应立即关掉高压电源；计数管应避光使用，注意清洁。