LABORATORIUM FIZYKI

Imię i Nazwisko					Wydział ED 4.1 Grupa
Data wyk. 27. 03. ćwiczenia 1995 r.	Numer 3.1 ćwicz . 3.2		Temat Wyznaczanie charakterystyki oraz czasu rozdzielczego licznika Geigera - Mullera .
Zaliczenie		Ocena		Data	Podpis

1. Wprowadzenie teoretyczne.

Licznik Geigera - Mullera (w skrócie GM) jest najbardziej rozpowszechnionym detektorem gazowym promieniowania jądrowego. Zasadniczymi częściami licznika są: cylindryczna katoda i przeciągnięta wzdłuż jej osi metalowa nić stanowiąca anodę. Taki kształt elektrod umożliwia otrzymanie silnie niejednorodnego radialnego pola elektrycznego. Pole radialne wytwarza się w celu wyeliminowania wpływu położenia toru cząsteczki w ob­jętości licznika na współczynnik wzmocnienia gazowego. Elektrody zamknięte są w naczyniu wypełnionym ga­zem szlachetnym, najczęściej argonem lub helem z dodatkiem gazu wieloatomowego, pod ciśnieniem kilkuset hPa.

Mechanizm działania licznika jest bardzo złożony. Najprościej można powiedzieć, że: promieniowanie ją­drowe powoduje jonizację gazu między elektrodami licznika. Powstające w wyniku jonizacji elektrony i jony są przyspieszane w silnym polu elektrycznym, wywołując dalsze akty jonizacji oraz wzbudzenia cząsteczek gazu, co powoduje powstawanie wyładowania lawinowego między elektrodami, stale podtrzymywanego. W czasie trwa­nia wyładowania lawinowego licznik nie może rejestrować następnych cząstek promieniowania.

Istnieją jednakże sposoby powstrzymywania wyładowania ciągłego w liczniku:

- włączenie w obwód licznika oporu o dużej wartości skutkiem czego, w trakcie wyładowania lawino­wego, gdy oporność licznika jest mała, praktycznie cały spadek napięcia w obwodzie licznika wystąpi na oporze dodatkowym; wówczas niewielka wartość napięcia między elektrodami nie zdoła podtrzymać wyładowania i wyładowanie zanika;

- wypełnienie licznika gazem roboczym z domieszką gazów lub par o cząsteczkach wieloatomowych; przy odpowiedniej proporcji domieszki, wyładowania po krótkim czasie zanikają same; gaszenie występuje dzięki silnemu pochłanianiu promieniowania ultrafioletowego przez cząsteczki wieloatomowe oraz dzięki temu, że jony cząsteczek wieloatomowych nie wybijają z katody elektronów wtórnych; licznik z domieszką gazu o cząstecz­kach wieloatomowych nosi nazwę samogaszącego.

Impulsowi prądu wyładowania w liczniku odpowiada impuls napięcia na oporze, włączonym w obwód licznika, który przekazywany jest do elektronowego urządzenia zliczającego. Liczba impulsów rejestrowanych przez licznik GM zależy od wartości napięcia doprowadzonego do licznika. Krzywą przedstawiającą zależność częstości impulsów od napięcia doprowadzonego do licznika w warunkach niezmiennego źródła promieniotwór­czego i stałej czułości układu zliczającego, nazywa się charakterystyką licznika. Stanowi ona podstawę wyboru optymalnych warunków pracy licznika. Na załączonym wykresie przedstawiona jest charakterystyka licznika GM wyznaczona przy źródle promieniowania, którym była próbka cezu 362. Z charakterystyki odczytujemy napięcie progowe U_pr (napięcie, przy którym układ zliczający zaczyna rejestrować impulsy pochodzące z licznika) oraz obszar plateau (liniowy wzrost częstości zliczeń N dla przedziału napięć U₁, U₂). Obszar plateau ma pewne na­chylenie, które wyznacza się jako:

gdzie N_p oznacza częstość zliczeń odpowiadająca napięciu pracy licznika.

Urządzenia służące do detekcji promieniowania jądrowego charakteryzują się tzw. czasem rozdzielczym, związanym z tym, że w ciągu pewnego okresu czasu τ po rozpoczęciu rejestrowania jednej cząstki detektor nie może rejestrować cząstki następnej. Czas rozdzielczy detektora definiuje się jako najmniejszy odstęp czasu mię­dzy początkiem dwóch kolejnych zdarzeń jonizujących, które powodują powstanie na wyjściu detektora dwóch odrębnych sygnałów.

Czas, w ciągu którego w każdej jednostce czasu urządzenie nie może rejestrować cząstek wynosi:

t = N τ ,

gdzie N - liczba cząstek zarejestrowanych w jednostce czasu.

W tym czasie liczba cząstek padających na licznik jest równa:

N_o t = N_o N τ .

Cząstki te nie będą rejestrowane, zatem „strata” liczby cząstek wynosi:

N_o - N = N_o N τ .

Możemy stąd obliczyć liczbę cząstek, które licznik powinien rejestrować:

Z reguły nie znamy czasu rozdzielczego. W celu jego wyznaczenia możemy posłużyć się dwoma źródła­mi promieniowania. Niech:

N₁ - częstość zliczeń impulsów od źródła pierwszego,

N₂ - częstość zliczeń impulsów od źródła drugiego,

N₁₂ - częstość zliczeń impulsów od obu źródeł jednocześnie,

N_tł - częstość zliczeń impulsów bez źródeł,

N₀₁ - liczba cząstek emitowanych w jednostce czasu przez źródło pierwsze,

N₀₂ - liczba cząstek emitowanych w jednostce czasu przez źródło drugie,

N₀₁₂ = N₀₁ + N₀₂ .

Zatem możemy zapisać:

;

;

.

Z powyższych równań po uwzględnieniu tła otrzymamy:

2. Wyniki pomiarów.

U	N
[ V ]	[ 1/s ]
308.8 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580	112 67256 70955 71966 73523 74916 75529 77244 79876 86012 89469 93317 95521 98637 101972

U = 390 V
N1	N12	N2	Ntł
[ 1/s ]	[ 1/s ]	[ 1/s ]	[ 1/s ]
72853	167998	98845	77

3. Rachunek błędów.

Metoda różniczki zupełnej (błąd względny maksymalny):

Po podstawieniu powyższych obliczeń otrzymujemy:

Zatem wyznaczenie czasu rozdzielczego licznika GM obarczone jest błędem względnym maksymalnym 0,02 %.

---