Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej

Nazwisko i imię:						Symbol grupy: ED.3.5
Data wyk. ćwiczenia: 96.10.23	Symbol ćwiczenia: 3.1.2		Temat zadania: Wyznaczanie charakterystyki licznika GM.
	Zaliczenie:	Ocena:		Data:	Podpis

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie doświadczalne charakterystyki napięciowo- zliczeniowej oraz czasu rozdzielczego licznika GM przez pomiar napięcia i częstości zliczeń.

Obiektem naszych zainteresowań jest promieniowanie g, wytwarzane podczas przejścia jądra z poziomu energetycznie wyższego na niższy. Promieniowanie to wykazuje stosunkowo niską zdolność jonizacyjną, a jego oddziaływanie z ośrodkiem zachodzi w procesach, w wyniku których powstają elektrony wtórne. Promieniowanie to wykrywamy za pomocą detektorów takich jak: scyntylacyjne, półprzewodnikowe, gazowe, iskrowe oraz liczniki Czerenkowa. Licznik GM należy do grupy detektorów gazowych. Zasadniczymi częściami licznika są: cylindryczna katoda i ,stanowiąca anodę, metalowa nić przeciągnięta wzdłuż jej osi. Promieniowanie jądrowe powoduje jonizację gazu między elektrodami licznika , powstające w wyniku tej reakcji elektrony i jony przyspieszane są w silnym polu elektrycznym, wywołując dalsze akty jonizacji co powoduje powstawanie promieniowania lawinowego. W czasie trwania wyładowania lawinowego licznik nie może rejestrować następnych cząstek. Powstrzymanie wyładowania ciągłego uzyskuje się przez włączenie w obwód licznika znacznego oporu, przez co cały spadek napięcia wystąpi na tym oporze. Impuls napięci na oporze przekazywany jest do elektronicznego urządzenia zliczającego. Liczba rejestrowanych impulsów zależy od napięcia doprowadzonego do licznika. Gdy zwiększamy napięcie przy ustalonym natężeniu promieniowania, przy pewnej wartości U_pr układ zliczający zaczyna rejestrować impulsy. Napięcie U_pr nazywamy napięciem progowym licznika. Obszar zawarty pomiędzy U₁ a U₂ nazywamy plateau licznika, w obszarze tym obserwujemy liniowy wzrost częstości zliczeń. Obszar plateau nie jest płaski; ma pewne nachylenie, które wyznacza się ze wzoru: , Np. - częstość zliczeń odpowiadająca napięciu pracy licznika. Czas rozdzielczy detektora rozumiany jako najmniejszy odstęp czasu pomiędzy dwoma kolejnymi sygnałami obliczymy ze wzoru:

, N₁₂ = N₁ +N₂ ; N_tł - częstość zliczeń pochodząca od tła.

2. Wyznaczanie charakterystyki licznika GM:

Stanowisko pomiarowe:

Zestaw pomiarowy przedstawia rysunek 2.1:

W skład zestawu wchodzą:

• Z - źródło promieniowania

• ZWN - zasilacz wysokiego napięcia

• GM - licznik GM rurkowy

• W - wzmacniacz

• P. - przelicznik

Źródło promieniowania umieszczamy na podnoszonym stoliku znajdującym się w osłonie licznika, następnie stopniowo zwiększamy napięcie przyłożone do detektora. Charakterystykę otrzymujemy, dokonując pomiarów częstości zliczeń w miarę zwiększania napięcia zasilającego.

Tablica 2.1 przedstawia wyniki pomiarów U oraz N :

U	N	U	N
310	32510	440	41832
320	36271	450	42199
330	36958	460	42856
340	37720	470	43708
350	37886	480	44219
360	38372	490	44552
370	38428	500	45397
380	38685	510	46469
390	38829	520	46601
400	39228	530	47426
410	40312	540	48107
420	40335	550	48906
430	40838

Wykres charakterystyki napięciowo- zliczeniowej licznika GM:

Zależność pomiędzy U i N traktujemy jako N = aU + b ,a jest więc tg kąta nachylenia liniowej części wykresu. Wzory za pomocą których obliczymy a i b mają postać:

gdzie

Błędy którymi obarczone są wielkości a i b obliczamy ze wzorów:

Tabela pomiarów wartości U oraz N uzyskanych w ćwiczeniu:

Lp.	xi = U	yi = N	N/t	Lp.	xi = U	yi = N	N/t
1	310	32510	325,1	14	440	41832	418,32
2	320	36271	362,71	15	450	42199	421,99
3	330	36958	369,58	16	460	42856	428,56
4	340	37720	377,2	17	470	43708	437,08
5	350	37886	378,86	18	480	44219	442,19
6	360	38372	383,72	19	490	44552	445,52
7	370	38428	384,28	20	500	45397	453,97
8	380	38685	386,85	21	510	46469	464,69
9	390	38829	388,29	22	520	46601	466,01
10	400	39228	392,28	23	530	47426	474,26
11	410	40312	403,12	24	540	48107	481,07
12	420	40335	403,35	25	550	48906	489,06
13	430	40838	408,38

Obliczanie kąta nachylenia plateau oraz jego błędu:

Traktujemy jako liniową zależność N od U:

N = aU + b gdzie y = N , a x = U

Charakterystyka napięciowo zliczeniowa jest najbardziej zbliżona do liniowej dla pomiarów napięcia od 380V do 510V , w tym przedziale:

∑w_i=14

∑x_i=6230V

∑y_i=5894,6 1/s

∑x_iy_i=2636632V/s

∑x_i²=2795100V²

Obliczanie czasu rozdzielczego licznika oraz błędu jego pomiaru:

Wnioski i spostrzeżenia:

Wyznaczanie charakterystyki napięciowo zliczeniowej licznika GM przebiegało bez większych trudności. Dokonywane pomiary pozwoliły na wykreślenie krzywej charakterystyki i obliczenie przy pomocy metody najmniejszych kwadratów błędu pomiarowego oraz kąta nachylenia plateau. Dla idealnego licznika plateau powinno być prawie poziome , plateau badanego licznika jest nachylone pod kątem (30,7±4,6) stopnia co może świadczyć o małej klasie licznika , jego zużyciu , bądź niedokładności urządzenia zliczającego, ponieważ na pomiary nie wpływał czynnik niedoskonałości oka ludzkiego czy refleks .Określony czas rozdzielczy ,czyli odstęp pomiędzy kolejnymi możliwymi do zarejestrowania przez licznik kwantami promieniowania jest stosunkowo mały t=(2,38±0,232)10^-5s i raczej pozytywnie wpłynął na dokładność określenia kąta nachylenia plateau . Wybrane napięcie pracy licznika znajduje się w środku przedziału liniowości charakterystyki napięciowo zliczeniowej i wynosi U_pr=450V.

---