盖革计数管 盖革计数器的发明

■肖汝波、杨心楠/翻译

■翻译自APS新闻，2012年6月

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要讨论原子的历史，不可能提到1909年由欧内斯特·b·卢瑟福领导的著名金箔实验。这是第一次通过实验证明原子核的存在。实验结果推翻了汤木孙早期的李子布丁原子模型，为尼尔斯·玻尔发展其原子模型奠定了基础，至今在教学中发挥了重要作用。实验中的一个重要因素是卢瑟福的实验室助手汉斯·盖格发明了一种测量α辐射的可靠仪器。

盖革

盖革出生于1882年。他的父亲是德国埃尔兰根大学的哲学教授。他家里有五个孩子。年轻的盖格在慕尼黑大学学习物理，毕业后在德国服兵役，在埃尔兰根大学读研，1906年获得博士学位。他的论文研究了气体放电现象。盖革去了英国，在曼彻斯特大学卢瑟福实验室做实验室助理。

盖革和卢瑟福一起做过研究。他证明了在铀的放射性衰变过程中，两种不同的同位素释放出两种不同能量的α粒子，这导致他和J. M. Nuttall在1912年提出了盖革-Nuttall定律，该定律表明α粒子的辐射时间常数与行走距离的对数呈线性关系。

为了研究原子的结构，卢瑟福希望设计一个实验，检测α粒子束击中目标后的散射电荷，从而确认α粒子有两个正电荷。在与卢瑟福的大学生欧内斯特·马斯登合作后，盖格设计了一种巧妙的装置，它将穿过金箔后的阿尔法粒子投射到屏幕上，屏幕可以检测到触发闪光的阿尔法粒子。

但是，他们怎么能准确的统计出屏幕上每分钟闪烁的次数呢？起初，他们用显微镜围绕金箔旋转，依次计数闪光。但是这双眼睛很硬，因为你要在黑黑的实验室里坐30分钟才能调整好眼睛，而且每个观察者通常只能精确地数1分钟左右，所以你要换人。

即便如此，他们还是坚持下来了，金箔实验的结果现在看来很神奇。阿尔法粒子预计不会像唐木孙的李子布丁原子模型正确时那样稍微偏离地穿过金箔，但一些阿尔法粒子会向发射器反弹。卢瑟福回忆道:“这就像你向一块纸巾发射了一枚15英寸的炮弹，但它反弹回来，击中了你。”显然，需要一个新的原子模型。

盖格仍然认为应该有更好的方法来检测屏幕上的闪光。1911年，他发明了一种在正常亮度下自动计数辐射A粒子的装置。这个计数器使用一个克鲁克管作为一个电极，在管的中心放置一根细线作为第二个电极。当施加电压时，任何通过的α辐射都会电离气体，电子会迅速增加。静电计可以记录每一个经过的粒子。

1914年，盖革回到德国。起初他在德国国家科学技术研究所负责辐射研究，但后来第一次世界大战爆发，阻碍了科学的发展，于是他改行当了德军的炮兵军官。前方战壕的恶劣环境付出了代价:盖革饱受风湿之苦，折磨了他一辈子。战后，盖革回到研究岗位，先后在德国基尔大学和图宾根大学工作，后于1936年成为柏林科技大学物理学教授。

盖格在基尔的时候，就和他的博士生瓦尔特·穆勒合作，对他原来的计数器装置进行了改进，使其更加高效、灵敏、轻便、耐用。与早期的设备不同，新的和改进的盖革-米勒计数器只能检测α粒子，但它可以检测多种电离辐射。1925年他用自己的小新装证实了光量子的存在，后来发现了宇宙射线束，这是他未来科学生涯的研究重点。

之后，在希特勒崛起和国家社会党的残酷政策下，第二次世界大战终于爆发，导致了整整一代德国物理学家的毁灭。盖革批评大学政治化，并与74名同事签署请愿书，敦促新政府不要干涉他们的研究，但这是没有用的。至于当时被围攻的犹太同事，很多人被迫逃离德国，还有不同的传言说盖革的立场是帮助还是反抗。

Geiger还加入了所谓的“铀项目”，这是德国在1939年发现核裂变后发展制造核武器的秘密计划。1942年，决策当局决定核部门不能在结束战争中发挥主要作用，并将投入的科学家转移到其他被认为更紧迫的研究部门。

盖革的慢性风湿病在晚年恶化，他只活了足够长的时间就目睹了纳粹政权的崩溃。正当他的健康状况似乎好转时，他的家乡巴别斯堡被盟军占领，他被迫逃往波茨坦。他原本体弱多病，1945年9月24日死在那里，活了62年。