ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЧЕТЧИКА

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ГЕЙГЕРА – МЮЛЛЕРА ПРИ РЕГИСТРАЦИИ - ЛУЧЕЙ

Цель работы: изучение работы счетчика Гейгера – Мюллера.

Задачи работы: определить эффективность счетчика Гейгера – Мюллера при регистрации излучения.

Приборы и принадлежности : счетчик Гейгера – Мюллера, свинцовый домик с радиоактивным препаратом ( СО ⁶⁰ ), линейка с передвижным держателем.

Теоретическое введение

Для регистрации и измерения ядерных излучений применяют самые разнообразные приборы такие, как газоразрядные счетчики Гейгера – Мюллера, сцинтилляционные счетчики, камеры Вильсона, пузырьковые камеры, черенковские счетчики. Разработаны различного вида твердые полупроводниковые и другие детекторы ядерных излучений.

Наиболее широкое применение в различных областях науки и техники нашли счетчики Гейгера – Мюллера и сцинтилляционные счетчики. Широкое применение счетчика Гейгера – Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки. Счетчик был изобретен в 1908 году Гейгером и усовершенствован Мюллером.

Цилиндрический счетчик Гейгера – Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка – катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение порядка 1500 В.

Анод

+ -

Катод

К регистрирующему устройству

Работа счетчика основана на ударной ионизации. Гамма – кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счетчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счетчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный заряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается и настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе.

Важной характеристикой счетчика является его эффективность. Не все -фотоны, попавшие на счетчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия - лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объема.

Отношение числа фотонов N , зарегистрированных счетчиком, к числу фотонов N_0,попавших на счетчик, называется эффективностью счетчика к - излучению:

= (1)

Эффективность счетчика зависит от толщины стенок счетчика, их материала и энергии - излучения. Наибольшей эффективностью обладают счетчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z , так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счетчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счетчика выбирается из условия ее равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объем счетчика и возникновение импульса тока не произойдет. Так как -излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность - счетчиков также мала и составляет всего 1-2 %. Другим недостатком счетчика Гейгера – Мюллера является то, что он не дает возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счетчиках.

Число фотонов n, зарегистрированных счетчиком в единицу времени, прямо пропорционально числу фотонов n_{0 ,} падающих в единицу времени на счетчик, и эффективности счетчика:

(2)

Число фотонов n₀ и n пропорционально активности А изотопа и числу фотонов, испускаемых при распаде одного ядра (q ) :

n = А q (3)

n = A q , (4)

где - коэффициент пропорциональности, введенный в связи с тем, что не все - фотоны, испускаемые радиоактивным изотопом, перехватываются счетчиком.

, (5)

где - телесный угол, под которым виден счетчик из точечного препарата.

Полный телесный угол .

Нетрудно убедиться, что , (6)

где S – продольное сечение счетчика;

l - длина катода счетчика ;

d - диаметр катода счетчика ;

r - расстояние между радиоактивным препаратом и счетчиком.

Из уравнения (4) выразим эффективность:

и, подставив сюда выражения (5) и (6), получим:

(7)

Положим в формуле (7) q = 2, так как у каждый акт распада ядра сопровождается испусканием двух квантов с близкими энергиями. Тогда формула (7) перепишется:

(8)

При выполнении работы необходимо учесть радиоактивный фон, который обусловлен космическим излучением, - квантами от соседних источников и т. д..

- это число фотонов, зарегистрированных счетчиком в отсутствие радиоактивного препарата в единицу времени.

Тогда расчетная формула с учетом фона запишется в виде:

. (9)

Порядок выполнения работы

1. Включить установку и дать ей прогреться в течение 10 минут.

2. Определить фон счетчика, для чего в течение = 10 мин в отсутствие радиоактивного препарата измерить число фотонов , зарегистрированных счетчиком. Определить . Опыт повторить три раза.