Nazwisko i imię : FUSIARZ KRZYSZTOF			Wydz..,Grupa ED.3.1
Data. 17.12.98	Nr ćw. 3.1	Temat : Wyznaczanie charakterystyki licznika GM.
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 ]

	310,76	0,185
	320	312,55
	340	377,28
	360	387,26
	380	397,93
	400	402,96
	420	411,54
	440	424,87
	460	451,51
	480	509,01
	500	536,71
	520	566,17




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 ]
	310,76	0,185	1	96571,78	57,49	219457363,3
	320	312,55	1	102400	100016	228345947,7
	340	377,28	1	115600	128275,2	229299849
	360	387,26	1	129600	139413,6	228597163,5
	380	397,93	1	144400	151213,4	227916389,6
	400	402,96	1	160000	161184	227066623,8
	420	411,54	1	176400	172846,8	226325245,7
	440	424,87	1	193600	186942,8	225727787,6
	460	451,51	1	211600	207694,6	225530712,6
	480	509,01	1	230400	244324,8	226261162,3
	500	536,71	1	250000	268355	226095730,8
	520	566,17	1	270400	294408,4	225983271,9
Suma	4930,8	4777,96	12	2080971,78	2054732,09	2716607248

Charakterystyka napięciowo-zliczeniowa jest najbardziej zbliżona do liniowej dla pomiarów napięcia od 340V do 440V. Napięcie progowe wynosi około U_pr= 310,76 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 = 1,66 x - 15329,77

Uwzględniając błędy wielkości a i b:

y = (1,66 + 70,32) x + (-15329,77 + 29283).

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 340V do 440V. Napięcie progowe wynosi około U_pr= 310,76 V.

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 %.

---