膯wiczenie 60
Detekcja promieniowania j膮drowego za
pomoc膮 licznika Geigera-Mullera.
Celem 膰wiczenia jest:
a. zapoznanie si臋 z zasadami detekcji promieniowana j膮drowego.
b. wyznaczenie parametr贸w pracy licznika Geigera-M眉lera.
c. zapoznanie si臋 ze statystycznym charakterem proces贸w rozpad贸w j膮drowych.
Wst臋p teoretyczny:
W wykrywaniu promieniotw贸rczo艣ci szerokie zastosowanie znalaz艂y liczniki jonizuj膮ce, kt贸re wykorzystuj膮 prawa tego oddzia艂ywania z materi膮, czyli jonizacji i wzbogacaniu atom贸w o艣rodka przez kt贸re przechodzi promieniowanie. Najszersze zastosowanie znalaz艂y liczniki Gaigera-Mullera. Licznik jest zbudowany w kszta艂cie cylindra wype艂nionego argonem. Przez 艣rodek walca przeci膮gni臋ty jest cienki drut, kt贸ry spe艂nia role anody, obudowa cylindra spe艂nia role katody. Do elektrod doprowadzone jest napi臋cie oko艂o 500-1500V. Przechodz膮ca cz膮stka jonizuje gaz i powoduje wy艂adowanie elektryczne, elektron porusza si臋 w strone anody a jony w strone katody. Pojawia si臋 impuls elektryczny wywo艂any zamkni臋ciem obwodu. Impuls powoduje spadek napi臋cia, kt贸ry jest rejestrowany w rejestratorze.
W liczniku Gaigera-Mullera wielko艣膰 impulsu nie zale偶y od napi臋cia, tylko od liczby jon贸w powsta艂ych podczas rozpadu. W liczniku punkt pracy ustawia si臋 w po艂owie plateau poniewa偶 powy偶ej tej warto艣ci mog膮 wyst膮pi膰 wy艂adowania ci膮gle 藕le wp艂ywaj膮ce na stabilno艣膰 licznika, dodatkowo do gazu szlachetnego wewn膮trz licznika dodatkowo miesza si臋 gaz wieloatomowy, kt贸ry zoboj臋tnia jony dodatnie w momencie zderze艅 z nimi i dodatkowo poch艂ania fotony promieniowania ultrafioletowego. Czynniki te wp艂ywaj膮 na szybsze przygotowanie licznika do przyj臋cia nowego impulsu.
Dla dobrych licznik贸w d艂ugo艣膰 „plateau” powinna wynosi膰 oko艂o 150-200V, a jego nachylenie nie powinno przekracza膰 2-3%.
Je偶eli oznaczymy przez 飦凬 r贸偶nic臋 szybko艣ci zlicze艅 na ko艅cu i pocz膮tku „plateau”, a przez Np szybko艣膰 zlicze艅 na 艣rodku „plateau”, to nachylenie „plateau” wyliczymy ze wzoru:
przy czym 飦刄 = Ub - Ua - d艂ugo艣膰 „plateau”.
Nachylenie „plateau” wyra偶a wi臋c wzgl臋dny przyrost szybko艣ci zlicze艅 w obszarze prostoliniowym charakterystyki (w %), przypadaj膮cy na 100V.
Opr贸cz impuls贸w pochodz膮cych od mierzonego promieniowania wyst臋puje zawsze tzw. bieg w艂asny licznika (t艂o). Bieg w艂asny jest powodowany promieniowaniem kosmicznym, zanieczyszczeniami promieniotw贸rczymi materia艂u licznika i otoczenia oraz promieniowaniem Ziemi.
Przebieg pomiar贸w:
1. Wyznaczanie charakterystyki licznika G-M oraz napiecia progowego w obecno艣ci praparatu promieniotworczego.
Uk艂ad pomiarowy sk艂ada si臋 z przelicznika PT-72, kt贸ry automatycznie zlicza ilo艣膰 sygna艂贸w zarejestrowanych przez licznik w zadanym czasie, oraz zasilacz wysokiego napi臋cia ZWN 41 kt贸ry dostarcza napi臋cia sta艂ego o polaryzacji ujemnej do licznika G-M. Przy napi臋ciu max. 570V (w przypadku ma艂ego licznika) i ustawionym czasie zliczania na 100 s dokonujemy pomiaru zlicze艅. Po ka偶dym pomiarze obni偶amy napi臋cie o 10V, 2V, 1V a偶 do okre艣lenia napi臋cia przy kt贸rym zliczenia nie wyst臋puj膮.
Lp. |
U [V] |
Np |
1 |
570 |
3076 |
2 |
560 |
3087 |
3 |
550 |
3146 |
4 |
540 |
3124 |
5 |
530 |
3020 |
6 |
520 |
3012 |
7 |
510 |
3082 |
8 |
500 |
2915 |
9 |
490 |
3036 |
10 |
480 |
3027 |
11 |
470 |
2994 |
12 |
460 |
3008 |
13 |
450 |
2995 |
14 |
440 |
3002 |
15 |
430 |
3065 |
16 |
420 |
3057 |
17 |
410 |
3098 |
18 |
400 |
3064 |
19 |
390 |
2982 |
20 |
380 |
3030 |
21 |
370 |
2953 |
22 |
360 |
2889 |
23 |
350 |
2998 |
24 |
340 |
3086 |
25 |
330 |
2955 |
26 |
320 |
2888 |
27 |
318 |
2818 |
28 |
316 |
2864 |
29 |
315 |
2845 |
30 |
314 |
678 |
31 |
313 |
0
|
gdzie:
Lp - liczba pomiar贸w
U - napi臋cie pracy licznika
Np - liczba zlicze艅
Charakterystyk臋 pracy licznika przedstawia wykres.
Z rysunku wynika, 偶e d艂ugo艣膰 fazy plateau wynosi ok. 200V (od 350 do 550V).
Nachylenie plateau obliczamy korzystaj膮c ze wzoru:
gdzie:
飦凬 - r贸偶nica szybko艣ci zlicze艅 na ko艅cu i na pocz膮tku „plateau” - 148
Np - szyko艣膰 zlicze艅 na 艣rodku „plateau” - 2995
飦刄 - d艂ugo艣膰 „plateau” - 200 V
po podstawieniu:
S = (148 * 10000) / (2995 * 200) = 2,5 [%]
2. Sprawdzenie statystycznego charakteru pomiar贸w licznikiem G-M.
Pomiary zosta艂y przeprowadzone przy napi臋ciu pracy licznika G-M, U=440V i w czasie t=40s przypadaj膮cym na ka偶dy pomiar.
Lp. |
N |
1 |
1206 |
2 |
1239 |
3 |
1185 |
4 |
1199 |
5 |
1235 |
6 |
1208 |
7 |
1261 |
8 |
1180 |
9 |
1186 |
10 |
1260 |
11 |
1237 |
12 |
1227 |
13 |
1246 |
14 |
1254 |
15 |
1131 |
16 |
1214 |
17 |
1230 |
18 |
1211 |
19 |
1241 |
20 |
1232 |
21 |
1202 |
22 |
1242 |
23 |
1178 |
24 |
1197 |
25 |
1145 |
26 |
1223 |
27 |
1197 |
28 |
1191 |
29 |
1148 |
30 |
1244 |
31 |
1240 |
32 |
1105 |
33 |
1248 |
34 |
1198 |
35 |
1232 |
36 |
1193 |
37 |
1155 |
38 |
1181 |
39 |
1235 |
40 |
1172 |
41 |
1184 |
42 |
1182 |
43 |
1219 |
44 |
1143 |
45 |
1243 |
46 |
1245 |
47 |
1226 |
48 |
1135 |
49 |
1148 |
50 |
1166 |
gdzie:
N - liczba zlicze艅
- obliczam 艣redni膮 warto艣膰 ilo艣ci zlicze艅, kt贸ra wyra偶a si臋 wzorem:
gdzie:
Ni - liczba zlicze艅 zarejestrowanych w czasie 40s w ci膮gu i-tego pomiaru
- wyznaczam 艣redni b艂膮d kwadratowy σ pojedy艅czego pomiaru serii n=50 pomiar贸w liczby zlicze艅 korzystaj膮c ze wzoru
Laboratorium fizyki - 3 - 膯wiczenie 26