一、什麽是蓋革管

  蓋革管是一種古老檢測放射性粒子的傳(chuan) 感器，雖然現在它已經逐步退出了實用舞台，但由於(yu) 它原理簡單，製作方便，物理內(nei) 涵豐(feng) 富，成為(wei) 電子愛好者製作的寵兒(er) 。

  蓋革計數器(Geiger-Counter)，也被稱為(wei) Geiger-Mueller計數器，是用於(yu) 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，其名稱來自於(yu) 兩(liang) 位發明它的物理學家Geiger和Mueller。蓋革計數器被應用於(yu) 放射計量、放射保護、物理實驗和核工業(ye) 中。它的主要部件就是一個(ge) 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(1882,Sept.~1945,Sept.)^

二、發明曆史及原理

  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(ge) α離子的檢測器。他在1906年於(yu) Erlangen大學獲得博士學位，隨後加入曼徹斯特大學任教，成為(wei) Ernest Rutherford最有力的合作者。

  在曼徹斯特大學Geiger製作了他的第一個(ge) 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，並驗證了Rutherford對原子結構提出的假設：即任何原子都存在一個(ge) 位於(yu) 中央體(ti) 積非常小的原子核。

早期的蓋革管和蓋革計數器

  後來Geiger加入位於(yu) 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(jun) 隊擔任炮兵軍(jun) 官，並發明了符合計數器，通過電路對兩(liang) 個(ge) 離子檢測器發出的脈衝(chong) 檢測是否屬於(yu) 同時發生的，並在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(chan) 生的電離效應。

  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(si) 。在金屬絲(si) 和外壁之間施加有直流電壓。容器內(nei) 充有用於(yu) 產(chan) 生電離的氣體(ti) （比如氬氣）和用於(yu) 淬火的氣體(ti) （比如丁烷）。現在的蓋革管使用鍍有金屬膜的玻璃管製作而成。

  當有離子經過蓋革管激發了某一氣體(ti) 原子產(chan) 生電離。激發出的電子被金屬絲(si) 正電壓吸引運動過程中又會(hui) 撞擊其它氣體(ti) 分子產(chan) 生雪崩電離，此過程也會(hui) 通過激發出的紫外線光子引發更大範圍的電離雪崩，最終形成一股多大100億(yi) 個(ge) 電子組成的電流脈衝(chong) 。

蓋革管內(nei) 雪崩電流擴散過程

  電離後的正電粒子由於(yu) 質量比較大，運動比較慢，電子雪崩後它們(men) 停留在Geiger管中間形成正電電子雲(yun) ，擾亂(luan) 了管內(nei) 的電場，會(hui) 阻礙電子雪崩進一步加大。再通過

  限流電阻和淬火氣體(ti) 的共同作用，雪崩電流很快終止。一般經過100~500微妙的恢複死區時間，蓋革管為(wei) 下一次粒子檢測做好準備。施加在Geiger管的電壓對於(yu) 計數脈衝(chong) 有很大的影響。當電壓小於(yu) 一定閾值時，Geiger管就不會(hui) 形成雪崩放電。由於(yu) 沒有了雪崩電流，檢測器就不會(hui) 有脈衝(chong) 輸出。

玻璃Geiger管產(chan) 生雪崩放電

  當電壓超過一定閾值之後，Geiger管就會(hui) 形成連續的脈衝(chong) 輸出，對於(yu) 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(wei) Geiger管的電壓坪，在此範圍內(nei) ，蓋革管的脈衝(chong) 輸出不隨著電壓升降而改變。

  使用Geiger管檢測粒子主要優(you) 點是放大倍數高，幾乎不需要其它放大器，輸出的電脈衝(chong) 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。另外由於(yu) 管內(nei) 的氣體(ti) 密度低，高能γ射線在碰到管內(nei) 氣體(ti) 粒子之前就已經衝(chong) 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

  現在Geiger管逐步退出了實驗室，被性能更好的金矽麵壘傳(chuan) 感器、碘化鈉閃爍計數器等新型的半導體(ti) 粒子傳(chuan) 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，今後也會(hui) 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(jia) 蓋革計數器製作

圖中上麵那個(ge) 圖，是一個(ge) 類似於(yu) 差拍計數器，兩(liang) 個(ge) 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衝(chong) 信號。CD4029 是由具有預進位功能的4 位二進製或BCD 碼十進製加減計數器構成，15腳是時鍾/脈衝(chong) 輸入引腳，輸入的信號和振蕩器輸入的信號分別輸入到CD4029進行控製。目前此類電路實際應用很少。 下麵那個(ge) 圖是個(ge) 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(wei) 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(guan) 接通瞬間，回路獲得電壓，同時由於(yu) 線圈的瞬時儲(chu) 能作用，釋放較大的電壓使Q基極獲得電壓，而導通，5-6繞組就獲得放大後的電壓，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，然後再通過3-4線圈經過電阻R1限流輸入到Q1基極控製Q1，就這樣周而複始的工作，為(wei) 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(ge) 變壓器參數為(wei) 一組AC220V輸入、兩(liang) 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(hui) 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(si) 繞個(ge) 20圈就好了。接電路的時候要反過來接，就是3v、5v兩(liang) 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(ge) IN4007二極管整流，找個(ge) 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(hui) 工作的。注意這個(ge) 電路有一定的危險性。