Wstęp:

Licznik Geigera - Mullera

Działanie

Wielkość impulsu w liczniku Geigera -Mullera wynosi kilka lub kilkanaście woltów nie zależy od jonizacji. Wyładowanie lawinowe rozchodzi się wzdłuż drutu wskutek jonizacji wywołanej fotonami powstającymi w lawinie. Proces lawinowy ustaje z chwilą, gdy drut wzdłuż całej długości zostanie otoczony warstwą jonów dodatnich, która silnie obniża natężenie pola wokół drutu. W momencie, gdy chmura jonów dodatnich dociera do katody oddzielone jony mogą wyrywać pojedyncze elektrony z katody. To może spowodować powstanie wtórnego procesu lawinowego. Stosuje się liczniki dwojakiego rodzaju gaszenie wyładowania: liczniki niesamogaszące i samogasnące.

Liczniki niesamogaszące - liczniki z zewnętrznym gaszeniem. W tych licznikach gaszenie procesu lawinowego może następować przez włączenie dużego oporu w obwód wysokiego napięcia licznika. Spadek napięcia na tym oporze podczas wyładowania zapewnia przerwanie procesu lawinowego. Zamiast oporu można stosować układ elektroniczny, z którego podczas trwania impulsu z licznika jest przekazywany duży ujemny impuls prostokątny, który obniżając natężenie pola wokół drutu, gasi lawinę

Liczniki samogaszące - liczniki z wewnętrznym mechanizmem gaszenia. W tych licznikach czynnikiem gaszącym jest gaz wieloatomowy (np. alkohol), dodany do jednoatomowego gazu szlachetnego, którym napełniony jest licznik (argon). Gazy wieloatomowe (dodane do gazu szlachetnego) mają niski potencjał dysocjacji. Powodują one wygaszenie powstającego w wyładowaniu promieniowania ultrafioletowego, nie dopuszczając go w ten sposób do katody, oraz neutralizują w zderzeniach jony argonu (zużywając energię wzbudzania na dysocjację), które docierając do katody mogłyby wybić z niej elektrony i zapoczątkować dalsze lawiny.

Licznik Geigera-Mullera rejestruje promieniowanie β i γ. W licznikach β stosuje się okienka mikowe o grubości 2-0 mg/cm² zależnie od energii.

Licznik GM reaguje tak samo (takim samym impulsem na wyjściu) na cząsteczki o różnych zdolnościach jonizacyjnych (różnych energiach). Jest to uwarunkowane mechanizmem wyładowania elektrycznego w tym zakresie napięć, w jakim licznik pracuje. Wyładowanie lawinowe nie zależy od energii elektronów, dlatego też licznik GM nie daje możliwości wyznaczania energii promieniowania.

Przebieg ćwiczenia:

I ) Charakterystyka licznika Geigera - Mullera.

Charakterystyką licznika nazywamy wykres zależności liczby impulsów w jednostce czasu od wielkości przyłożonego do elektrod napięcia, przy stałym natężeniu promieniowania naświetlającego licznik. Najniższe napięcie, przy którym impulsy napięciowe, towarzyszące przejściu przez licznik cząstek jonizujących, mają tę samą amplitudę, niezależnie od tego, ile par jonów pierwotnych wytworzyła cząstka jonizująca, nazywa się napięciem progowym.

1. Sprawdzenie działania przelicznika na generatorze wewnętrznym

2. Uchwycenie progu pracy licznika - w naszym przypadku U_progowe = 520 [ V ]

3. Zdejmowanie charakterystyki licznika nie przekraczając napięcia 760 [ V ]

4. Mierzenie szybkości licznika w zależności od napięcia

Wyniki umieściliśmy w tabelce i na podstawie wykreśliliśmy charakterystykę licznika (wykres załączony do sprawozdania)

5. Pomiar tła licznika

6. Z wykresu znaleźliśmy potrzebne dane do metryki licznika:

U_progowe = 520 [ V ]

U₁ = 536 [V]

U₂ = 690 [V]

U_pracy = (U₁+ U₂)/2 = 613 [V]

U₂- U₁ = 154 - długość plateau

Nachylenie plateau:

(I₂-I₁)/[ ((I₂+I₁)/2) *((I₂+I₁)/100)] = 0,0408

Od napięcia progowego U_progowe do pewnej wartości napięcia U₁ liczba impulsów pozostaje prawie stała. Tę część charakterystyki nazywamy plateau licznika. Od punktu U₁ wzwyż następuje pokaźny wzrost liczby impulsów, występuje tzw. Impulsy wielokrotne. Przy napięciu wyższym od U₂ występuje zakres wyładowań ciągłych. Powyżej napięcia U₁ licznik przestaje być przydatny do pomiarów ilościowych. Właściwym zakresem napięcia pracy jest zakres od U_progowe do U₁. Najlepiej pracować w środku zakresu plateau, ponieważ wówczas liczba impulsów zmienia się znacznie ze zmianą napięcia. Procentowy wzrost liczby impulsów przy wzroście napięcia o sto woltów nosi nazwę nachylenia plateau.

II ) Czas martwy licznika

Po każdym impulsie przez pewien czas, zwany martwym, w którym działa mechanizm wyładowania, licznik jest nieczuły na następne procesy jonizacji.

W celu wyznaczenia czasu martwego licznika wykonujemy aż trzy pomiary przy dostatecznie dużej szybkości liczenia zarejestrowane I jest mniejsze od rzeczywistej I₀. Zatem liczba „zgubionych” impulsów równa jest rzeczywistej ilości zliczeń na jednostkę czasu I₀ pomnożonej przez ułamek jednostki czasu, w ciągu którego licznik jest martwy. Rzeczywista szybkość licznika obu źródeł jednocześnie jest równa sumie rzeczywistych szybkości licznika poszczególnych źródeł:

I_{0 1,2} = I₀₁ + I₀₂

A więc:

1. Umieściliśmy pierwszy preparat pod licznikiem - mierzyliśmy szybkość liczenia w czasie 3 min

2. Umieściliśmy drugi preparat pod licznikiem i także mierzyliśmy w ciągu 3 min.(oba preparaty razem)

3. Usunęliśmy pierwszy preparat i mierzyliśmy aktywność drugiego

4. Wyniki umieściliśmy w tabeli.

5. Obliczanie czasu martwego licznika:

τ = (I₁ + I₂ - I_1,2)/(2*I_1,2) * 60s = [(15570+11073-25366)/(2*25390)]/60s=4,191*10^-4

gdzie I = I_N - I_tł I_tł= 24[imp/min]

czyli: I₁ = 15570

I₂ = 11073

I_1,2 = 25366

(dane podane w tabeli)

III) Badanie statystycznego charakteru przemiany promieniotwórczej

Proces przemian promieniotwórczej pojedynczego jądra atomowego jest procesem przypadkowym, opisywanym jako prawdopodobieństwo zajścia przemiany, zmieniającym się ekspotencjalnie z czasem. W realnych eksperymentach zawsze badamy zbiory N atomów promieniotwórczych. W takich przypadkach opisujemy przemiany w zbiorze określając prawdopodobieństwo zajścia k przemian wiedząc, że pojedynczy atom ma określone prawdopodobieństwo przemiany. Zwykle nie znamy liczby N. Dlatego też użyteczne jest tu użycie rozkładu dwumianowego - rozkładu Poissona, gdy średnia liczba przemian jest mała lub rozkładu normalnego Gaussa, gdy k jest duże. Obydwa rozkłady nie wymagają znajomości N.

Pomiary (wykresy załączone do sprawozdania) są przedstawione w formie histogramu. Wartości na osi rzędnych reprezentują liczbę (częstość) wystąpienia k_j przemian podczas n pomiarów. Na osi rzędnych odłożone są wartości k_j. Rozkład doświadczalny uzyskany ze skończonej liczby pomiarów różni się od rozkładu rzeczywistego.

Dorota Cienkowska

Pt - 71, zespół 2'

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Instytut Fizyki

SPRAWOZDANIE

Ćwiczenie nr. 1

Temat : Charakterystyka robocza i czas martwy licznika Geigera - Mullera.

Warszawa 2002-12-18

Wnioski:

Na podstawie sporządzonych wykresów możemy powiedzieć, ze do opisu naszych danych gdzie k_średnie=11 najlepszym rozkładem będzie rozkład Poissona, natomiast przy k_średnie=42 - rozkład Gaussa. Nakładają się one , odpowiednio, z danymi pomiarowymi, czyli z histogramem. Możliwością jest więc, bez znajomości liczby atomów (N) ,określenie prawdopodobieństwa wystąpienia k przemian w czasie t. (Pojedynczy atom ma określone prawdopodobieństwo przemiany).

Poprzez znajomość watości średniej rozkładu i odchylenia standardowego możemy wyznaczyć stałą rozpadu promieniotwórczego.

---