LABORATORIUM FIZYKI

Imię					Wydział BDZ. 2.1 Grupa
Data wyk. ćwiczenia	Numer ćwicz . 3.1		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.

Lp.

U[V]

N[ 1/s ]

	311,58	31
	320	13598
	330	13483
	340	14813
	350	14782
	360	14815
	370	15352
	380	15095
	390	15393
	400	15755
	410	15764
	420	16076
	430	16372
	440	17394
	450	18240
	460	19129
	470	19624
	480	20414
	490	20928
	500	21375
	510	22102
	520	22230
	530	23259
	540	23342
	550	23556
	560	23980
	570	24435
	580	25146
	590	25432
	600	25621




2a). Opracowanie wyników.

Tabela pomocnicza.

Lp.	xi = U	yi = N	wi	xi^2	yixi	( axi + b - yi )^2
	[ V ]	[ 1/s ]		[ V^2 ]	[ V/s ]
	320	13598	1	102400	4351360	50440,55
	330	13483	1	108900	4449390	328708,4
	340	14813	1	115600	5036420	273453,4
	350	14782	1	122500	5173700	66660,26
	360	14815	1	129600	5333400	3299,953
	370	15352	1	136900	5680240	130107,3
	380	15095	1	144400	5736100	16909,7
	390	15393	1	152100	6003270	4326,818
	400	15755	1	160000	6302000	3903,774
	410	15764	1	168100	6463240	26328,66
	420	16076	1	176400	6751920	7056,392
	430	16372	1	184900	7039960	472,7837
Suma	4500	181298	12	1701800	68321000	911667,9907




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 = 23,4 x + 6342,9

Uwzględniając błędy wielkości a i b:

y = (23,4 + 2,5) x + (6342,9 + 950,9).

Błędy względne wyznaczenia współczynników a i b będą mieć wartość:

oraz

i procentowo:

% oraz %

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. Wybrane napięcie pracy licznika znajduje się w środku przedziału liniowości charakterystyki napięciowo-zliczeniowej i wynosi U_p = 380 V. Charakterystyka napięciowo-zliczeniowa jest najbardziej zbliżona do liniowej dla pomiarów napięcia od 330V do 430V. Napięcie progowe wynosi około U_pr= 311,58 V.

Wnioski płynące z porównania charakterystyk napięciowo-zliczeniowych: z jednym źródłem prpmieniowania i z dwoma źródłami:

---