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汉斯·盖革

Geiger,Hans_1928

汉斯·盖革(Hans Wilhelm Gerger,1882~1945)德国实验物理学家。1882年9月30日出生于诺伊施塔特。1906年起在曼彻斯特大学随卢瑟福工作。1912年到柏林物理技术研究所工作。1925年起任基尔大学物理研究所教授和所长。1929~1936年任蒂宾根大学教授。1936年任柏林工业大学教授。

一生从事原子和核以及宇宙线方面的研究。主要成就是:1908年与卢瑟福合作,发明了逐个记录荷电粒子的计数管,这是探测放射性最有用的仪器之一。1928年又与W。弥勒合作加以改进,人称盖革──弥勒计数器。1909~1910年,他和马斯登合作进行了一系列α粒子通过薄金属膜后发生偏射甚至大角度偏折(散射)的实验,对卢瑟福建立原子的有核模型起了决定性作用。1911年,与努塔耳(J.M.Nuttal,1890~1958)确立了放射性衰变常量(或放射性原子核半衰期)与衰变能量(c粒子能量等)之间的经验定律(盖革一努塔耳定律)。1925年,与玻特(W.Bothe,1891~1957)合作,研究硬γ射线在电子上的散射(康普顿效应),第一次从实验上证明:对于单次散射,能量和动量守恒定律成立。

 

生平简介

 

盖革于1906年在埃朗根获得博士学位。以后,他得到一笔研究基金,留学英国,在卢瑟福门下当一名得力的助手,从事α粒子散射的研究。第一次世界大战开战不久,他就回到德国,加入了炮兵部队。盖革的名字同一种在1913年发明的探测高能亚原子粒子的仪器联系在一起,现在简直是尽人皆知。这就是所谓的"盖革计数器"。盖革计数器是一个装有气体的圆筒,上面加有很高的电势,但是还没有高到能克服气体的电阻将它击穿的地步。如果有一个高能亚原子粒子进入圆筒,它将使其中气体的一个分子电离。新产生的这个离子以很高的能量向阴极运动,途中通过碰撞,再使另外一些原子电离;这些电离的原子本身又开始运动,再进一步电离其他原子。这就是说,圆筒内的气体发生了一次“雪崩”电离过程。由于这个过程,圆筒内的气体会通过一个瞬时电流,它可以被记录下来而发出一次咔嗒声。这种咔嗒声记录的就是粒子进入圆筒的事件。今天,科学家已经使用电子仪器来为这些进入的粒子事件自动计数。 1925年,盖革受聘在基尔大学任教授;1929年,他转入图宾根大学任教;1936年,再转到柏林-夏洛腾堡任教。第二次世界大战期间,盖革一度参加过德国的研制原子弹的不久即流产的计划。在美国向广岛投下原子弹后不到两个月,他便溘然死去。

盖革

 

奇闻轶事

 

汉斯·盖革(Johannes (Hans) Wilhelm Geiger,1882年9月30日-1945年9月24日),德国物理学家家。盖革出生于德国莱茵兰-法尔茨州诺伊施塔特,他的家庭有五个孩子,其父亲是埃尔朗根-纽伦堡大学的印度学教授威廉·路德维希·盖革。

1902年开始在埃尔朗根-纽伦堡大学学习物理学和数学并于1906年获得了博士学位[1]。1907年,在曼彻斯特大学,盖革成为了恩内斯特·卢瑟福的助手。1909年他和恩内斯特·马斯登做了著名的“盖革-马斯登”实验,也就是金箔实验。他们一起发明了盖革计数器。1911年,盖革和约翰·米切尔·努塔一起发现了盖革-努塔定律,并做了一系列实验,对卢瑟福最终建立其原子模型的起了重要作用。1928年,盖革和他的学生沃尔特·穆勒改进了盖革计数器,称之为盖革-穆勒管或盖革-穆勒计数器。盖革还曾和詹姆斯·查德威克一起工作过。

盖革

1912年,他成为了帝国物理技术研究所的领导人。1925年,1929年和1936年分别在基尔大学、蒂宾根大学和柏林-夏洛腾堡做教授。

他同时还是纳粹德国的原子弹研究小组--“铀俱乐部”的成员。

他曾声称自己是一个“忠诚的纳粹分子”并毫不犹豫的背叛了他以前的许多同事。

第二次世界大战结束后数月,盖革在波茨坦逝世。

 

盖革计数器

 

盖革计数器(Geiger counter)又叫盖革-米勒计数器(Geiger-Müller counter),是一种用于探测电离辐射的粒子探测器,通常用于探测α粒子和β粒子,也有些型号盖革计数器可以探测γ射线及X射线。

盖革计数器。图中左下角的黑色管是其探测器——盖革管

气体电离探测器。是H.盖革和P.米勒在1928年发明的。与正比计数器类似,但所加的电压更高。带电粒子射入气体,在离子增殖过程中,受激原子退激,发射紫外光子,这些光子射到阴极上产生光电子,光电子向阳极漂移,又引起离子增殖,于是在管中形成自激放电。为了使之能够计数,计数器中充有有机气体或卤素蒸气,能吸收光子,起到猝熄作用。盖革-米勒计数器优点是灵敏度高,脉冲幅度大,缺点是不能快速计数。1908年,德国物理学家盖革(Hans Wilhelm Geiger,1882-1945)(左图)按照卢瑟福(E. Ernest Rutherford,1871~1937)的要求,设计制成了一台α粒子计数器。卢瑟福和盖革利用这一计数器对α粒子进行了探测。

1909年盖革和马斯登(Ernest Marsden,1889-1970)在实验中发现α粒子碰在金箔上偶尔会发生极大角度的偏折。卢瑟福对这个实验的各种参数作了详细分析,于1911年提出了原子的有核模型。

从1920年起,盖革和德国物理学家米勒(E. Walther Muller,1905-1979)对计数器作了许多改进,灵敏度得到很大提高,被称为盖革-米勒计数器,应用十分广泛。

盖革-米勒计数器

盖革-米勒计数器是根据射线能使气体电离的性能制成的,是最常用的一种金属丝计数器。两端用绝缘物质封闭的金属管内贮有低压气体,沿管的轴线装了金属丝,在金属丝和管壁之间用电池组产生一定的电压(比管内气体的击穿电压稍低),管内没有射线穿过时,气体不放电。当某种射线的一个高速粒子进入管内时,能够使管内气体原子电离,释放出几个自由电子,并在电压的作用下飞向金属丝(上图)。 这些电子沿途又电离气体的其它原子,释放出更多的电子。越来越多的电子再接连电离越来越多的气体原子,终于使管内气体成为导电体,在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象。从而有一个脉冲电流输入放大器,并有接于放大器输出端的计数器接受。计数器自动地记录下每个粒子飞入管内时的放电,由此可检测出粒子的数目。

1937年盖革和物理学家席勒(Leo Szilard,1898-1964)(右图)用九个盖革-米勒计数器排成一个环形,测定了宇宙射线的角分布。

盖革-米勒计数器是核物理学和粒子物理学中不可缺少的探测器,至今仍然是实验室中敏锐的“眼睛”(左图)。

盖革计数器的原理图

 

构造及原理

 

盖革计数器是根据射线对气体的电离性质设计成的。其探测器(称“盖革管”)的通常结构是在一根两端用绝缘物质密闭的金属管内充入稀薄气体(通常是掺加了稀有气体,如氦、氖、氩等),在沿管的轴线上安装有一根金属丝电极,并在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于管内气体击穿电压的电压。这样在通常状态下,管内气体不放电;而当有高速粒子射入管内时,粒子的能量使管内气体电离导电,在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象,从而输出一个脉冲电流信号。通过适当地选择加在丝极与管壁之间的电压,就可以对被探测粒子的最低能量,从而对其种类加以甄选。

盖革计数器也可以用于探测γ射线,但由于盖革管中的气体密度通常较小,高能γ射线往往在未被探测到时就已经射出了盖革管,因此其对高能γ射线的探测灵敏度较低。在这种情况下,碘化钠闪烁计数器则有更好的表现。

 

历史

 

盖革计数器最初是在1908年由德国物理学家汉斯·盖革和著名的英国物理学家卢瑟福在α粒子散射实验中,为了探测α粒子而设计的。后来在1928年,盖革又和他的学生米勒(Walther Müller)对其进行了改进,使其可以用于探测所有的电离辐射。

1947年,美国人Sidney H. Liebson在其博士学位研究中又对盖革计数器做了进一步的改进,使得盖革管使用较低的工作电压,并且显著延长了其使用寿命。这种改进也被称为“卤素计数器”。

盖革计数器因为其造价低廉、使用方便、探测范围广泛,至今仍然被普遍地使用于核物理学、医学、粒子物理学及工业领域。

 

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