LABORATORIUM FIZYKI

Imię i Nazwisko DĄBROWSKI PAWEŁ					Wydział B.D.d.4.3 Grupa
Data wyk. 12.05.97 ćwiczenia	Numer ćwicz . 3.1,2		Temat Wyznaczanie charakterystyki 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 Cs -137 nr 367. 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. Występowanie nachylenia plateau ma różne przyczyny. Związane jest między innymi z niedoskonałym wygaszaniem licznika, nieregularnością pola w pobliżu anody, efektami „ostrych krawędzi” elektrod itp.

2. Część praktyczna.

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.

Tabela pomiarowa.

N	U[V]
2180	310
21831	320
22629	330
23240	340
23735	350
24030	360
24153	370
23019	380
24409	390
24498	400
24603	410
24701	420
25046	430
25269	440
25410	450
26075	460
27167	470
28548	480
29166	490
29640	500
30218	510
31275	520
31928	530
32169	540
32800	550
33360	560
34121	570
34852	580
35573	590
36525	600
36851	610
38015	620
41059	630
48250	640
76277	650

2a). Opracowanie wyników.

Tabela pomocnicza.

Lp.	yi	xi	xi2	xi yi	wi	(axi+b-yi)2
1	267	315	99225	84105	1	9,88E+08
2	37111	320	102400	11875520	1	22739947
3	39656	330	108900	13086480	1	36231956
4	41293	340	115600	14039620	1	40474473
5	41953	350	122500	14683550	1	32805535
6	42841	360	129600	15422760	1	28315895
7	43109	370	136900	15950330	1	18446378
8	43422	380	144400	16500360	1	10979821
9	43742	390	152100	17059380	1	5472033
10	44561	400	160000	17824400	1	3474102
11	44018	410	168100	18047380	1	704,948
12	45263	420	176400	19010460	1	519,5031
13	45401	430	184900	19522430	1	1390362
14	46108	440	193600	20287520	1	3120450
15	46526	450	202500	20936700	1	6984513
16	48265	460	211600	22201900	1	4831936
17	50197	470	220900	23592590	1	2435191
18	52839	480	230400	25362720	1	45306,58
19	54124	490	240100	26520760	1	49371,45
20	55575	500	250000	27787500	1	4295,537
21	57855	510	260100	29506050	1	846613,8
22	58744	520	270400	30546880	1	264990,9
23	60385	530	280900	32004050	1	742060,3
24	62352	540	291600	33670080	1	2353419
25	63315	550	302500	34823250	1	1446589
26	64500	560	313600	36120000	1	1195521
27	65317	570	324900	37230690	1	379524,2
28	65584	580	336400	38038720	1	169157,9
29	67499	590	348100	39824410	1	43835,14
30	68112	600	360000	40867200	1	222760,4
31	68986	610	372100	42081460	1	796232,3
32	69117	620	384400	42852540	1	4225746
33	70608	630	396900	44483040	1	3455901

Charakterystyka napięciowo-zliczeniowa jest najbardziej zbliżona do liniowej dla pomiarów napięcia od 330V do 430V. Napięcie progowe wynosi około U_pr= 311,58 V, natomiast napięciem roboczym dla niniejszego układu jest napięcie rzędu 380 V.

Zależność pomiędzy napięciem U i częstością zliczeń N traktujemy jako N = a U + b, „a” jest więc tangensem 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:

Podstawiając wartości liczbowe, otrzymamy:

Błędy wielkości a i b wynoszą odpowiednio:

Traktujemy jako liniową zależność N od U:

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

Równanie prostej ma zatem postać:

y = 129,4343 x -9076,63

Uwzględniając błędy wielkości a i b:

y = (129,4343 + 11,50) x - ( 9076,63+ 5519,311).

Błędy względne wyznaczenia współczynników a i b będą mieć wartość:

oraz

i procentowo:

oraz %

Charakterystyka napięciowo-zliczeniowa licznika GM

N[1/S]

3.2 Wyznaczanie czasu rozdzielczego licznika GM

Napięcie pracy U=460V

Zródła	t[s]	N
I	400	N1=189196
II	400	N2=121184
I+II	400	N12=309167
]Tło	400	Ntl=508

3. Wnioski.

Wyznaczanie charakterystyki napięciowo-zliczeniowej licznika GM przebiegało bez większych trudności. Dokonywane pomiary pozwoliły na wykreślenie krzywej charakterystyki i obliczenie przy pomocy metody najmniejszych kwadratów nachylenia plateau. Dla idealnego licznika plateau powinno być prawie poziome , plateau licznika badanego w ćwiczeniu jest nachylone pod pewnym kątem, co może świadczyć o małej klasie licznika , jego zużyciu , bądź niedokładności urządzenia zliczającego, ponieważ na pomiary nie wpływał czynnik niedoskonałości oka ludzkiego czy refleks.Wpływ na nachylenie plateau ma również nieregularność pola w pobliżu anody,efekty „ostrych krawędzi”. Szczególnie w drugiej części ćwiczenia nie mieliśmy praktycznia wpływu na błąd pomiaru. Wybrane napięcie pracy licznika znajduje się w środku przedziału liniowości charakterystyki napięciowo-zliczeniowej.

---