01盖革管

盖革管是一种古老检测放射性粒子的传感器，虽然现在它已经逐步退出了实用舞台，但由于它原理简单，制作方便，物理内涵丰富，成为电子爱好者制作的宠儿。

^{电子爱好者搭建的Geiger计数器电子模型}

盖革计数器(Geiger-Counter)，也被称为Geiger-Mueller计数器，是用于检测各种引起电离放射性的电子设备。检测器在1928年被发明，其名称来自于两位发明它的物理学家Geiger和Mueller。盖革计数器被应用于放射计量、放射保护、物理实验和核工业中。它的主要部件就是一个Geiger-Mueller管，它可以检测发射性离子，在配以相应的处理电路可以显示检测结果。

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

02发明历史

Johannes Wilhelm Geiger，也被叫做Hans Geiger，是德国物理学家，由他最先成功引入可以检测单个α离子的检测器。他在1906年于Erlangen大学获得博士学位，随后加入曼彻斯特大学任教，成为Ernest Rutherford最有力的合作者。

在曼彻斯特大学Geiger制作了他的第一个版本的粒子计数器，由此确认了α离子就是氦元素的原子核，并验证了Rutherford对原子结构提出的假设：即任何原子都存在一个位于中央体积非常小的原子核。

^{早期的盖革管和盖革计数器}

后来Geiger加入位于柏林的德国国家科学院，继续研究原子结构。在第一次世界大战期间，他在军队担任炮兵军官，并发明了符合计数器，通过电路对两个离子检测器发出的脉冲检测是否属于同时发生的，并在1924年对康普顿效应进行验证。在1925年在基尔大学任教期间，他和他的学生Mueller对盖革管进行改进，提高了它的灵敏度、检测性能以及耐久性。

盖革计数器可以检测各种电离性放射源，像α、β、中子等粒子以及γ射线，这是利用了Geiger-Mueller管所产生的电离效应。

^{镀有金属膜玻璃Geiger管以及相应高压驱动电路}

03工作原理

盖革管结构简单，通常是在金属圆筒中央固定一根细金属丝。在金属丝和外壁之间施加有直流电压。容器内充有用于产生电离的气体（比如氩气）和用于淬火的气体（比如丁烷）。现在的盖革管使用镀有金属膜的玻璃管制作而成。

当有离子经过盖革管激发了某一气体原子产生电离。激发出的电子被金属丝正电压吸引运动过程中又会撞击其它气体分子产生雪崩电离，此过程也会通过激发出的紫外线光子引发更大范围的电离雪崩，最终形成一股多大100亿个电子组成的电流脉冲。

^{盖革管内雪崩电流扩散过程}

电离后的正电粒子由于质量比较大，运动比较慢，电子雪崩后它们停留在Geiger管中间形成正电电子云，扰乱了管内的电场，会阻碍电子雪崩进一步加大。再通过

限流电阻和淬火气体的共同作用，雪崩电流很快终止。一般经过100~500微妙的恢复死区时间，盖革管为下一次粒子检测做好准备。施加在Geiger管的电压对于计数脉冲有很大的影响。当电压小于一定阈值时，Geiger管就不会形成雪崩放电。由于没有了雪崩电流，检测器就不会有脉冲输出。

^{玻璃Geiger管产生雪崩放电}

当电压超过一定阈值之后，Geiger管就会形成连续的脉冲输出，对于实际的放射性粒子就不再敏感。

因此，存在一段电压区间，成为Geiger管的电压坪，在此范围内，盖革管的脉冲输出不随着电压升降而改变。

使用Geiger管检测粒子主要优点是放大倍数高，几乎不需要其它放大器，输出的电脉冲就可以驱动电子计数器或者扬声器发出声音。主要缺点就是不能够鉴别粒子的能量和种类，不能够进行快速计数。另外由于管内的气体密度低，高能γ射线在碰到管内气体粒子之前就已经冲出了Geiger管，所以检测灵敏度很低。

^{盖革管电压增加，进入饱和工作区}

现在Geiger管逐步退出了实验室，被性能更好的金硅面垒传感器、碘化钠闪烁计数器等新型的半导体粒子传感器所替代。但它发出的光芒曾经照亮过人类在科学探索过程中的道路，今后也会给一代又一代进入科学探索队伍的年轻人带来启迪。

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