Лабораторная работа №1. Счетчик Гейгера-Мюллера_Зубайдуллин_ДР_0. Лабораторная работа 1 регистрация радиоактивности. Счетная характеристика счетчика гейгерамюллера студент 3 курса Группа 03801

Название	Лабораторная работа 1 регистрация радиоактивности. Счетная характеристика счетчика гейгерамюллера студент 3 курса Группа 03801
Дата	10.04.2021
Размер	455.73 Kb.
Формат файла
Имя файла	Лабораторная работа №1. Счетчик Гейгера-Мюллера_Зубайдуллин_ДР_0.docx
Тип	Лабораторная работа #193137

КАЗАНСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

Лабораторная работа №1

РЕГИСТРАЦИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ.

СЧЕТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЧЕТЧИКА ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА

Студент 3 курса

Группа 03-801

Гизатуллин И.Р.

Преподаватель

Вагизов Ф.Г.

Казань — 2020

Введение

Цель настоящей работы — знакомство с явлением радиоактивности, базовыми закономерностями и основами ее регистрации с использованием детекторов ионизирующего излучения. Одним из наиболее старейших и распространенных подобных детекторов является счетчик Гейгера-Мюллера. Практическая часть работы включает знакомство с техникой и методикой использования счетчика Гейгера-Мюллера на примере регистрации излучения комбинированного препарата радия, стронция и цезия.

Схема экспериментальной установки

В работе используется универсальный узел 1 сбора данных Cassy Lab 2 с модулем 2 многоканального анализатора МСА и соответствующее программное обеспечение. Источник альфа-частиц 3 и полупроводниковый детектор 4 размещены в герметичной вакуумной камере 5, которая откачивается форвакуумным насосом 6. На форвакуумном насосе 6 размещен игольчатый клапан 7, позволяющий плавно регулировать остаточное давление в камере 5. Значение остаточного давления индицируется манометром 8 в миллибарах (бар – внесистемная единица измерения давления, примерно равная 1 атм, составляет

Па). Детектор подключен кабелем с малой емкостью к предусилителю 9, формирующему сигнал с амплитудой порядка 1В для многоканального анализатора 2.

Вакуумная камера позволяет в процессе работы, при откачанной до заданного давления камере, установить источник альфа частиц под разными углами, а также крепить сменный рассеиватель и поглотитель. В данной работе установка источника под разными углами не требуется.

Описание установки

1. Радиоактивный источник, находящийся в свинцовой защите, излучение от источника направлено к стене.

2. Детектор – счетчик Гейгера-Мюллера (Д), установленный на держателе.

3. Счетное устройство (СУ) предназначено для счета импульсов, поступающих от счетчика, и позволяет регулировать напряжение, подаваемое на счетчик. В данной работе используется вход «А».

4. Номер измерения по порядку.

Ход выполнения работы

1. Подключить СУ к сети:

 подключить СУ к сети;

 включить тумблер на задней панели СУ;

2. Установить временное окно на СУ:

 СУ → клавиша Rate → выбор режима [10 s];

3. Уменьшить напряжение на счетчике Гейгера-Мюллера до 0 V:

 СУ → регулятор над клавишей А → поворот против часовой стрелки → значение напряжение будет указано на экране СУ;

4. Включить звуковую сигнализацию:

 СУ → клавиша со значком Sound;

5. Переключить СУ в режим счета

 СУ → клавиша Start/Stop;

6. Регулятором входа «А» постепенно повышать напряжение примерно до 320-330В. Данное напряжение является напряжением начала отчета.

7. Проведение экспериментальной работы:

 СУ → клавиша Start/Stop;

 СУ → клавиша Rate → выбор режима [10 s];

 СУ → клавиша Start/Stop;

8. Провести измерение при напряжении начала счета.

9.Повышая напряжение с шагом 5-10 В провести последующие измерения до значения 600В. После каждого измерения напряжения дважды нажать кнопку Start/Stop.

Запрещено увеличивать напряжение более 600В!

10. Установив значение напряжения 400 В провести не менее пяти измерений для вычисления статистического разброса.

Окончание экспериментальной работы и выключение:

 СУ → регулятор над клавишей А → поворот против часовой стрелки;

 выключить тумблер на задней панели СУ, отключить СУ от сети.

Результаты

Таблица 1

U, V	N
340	3,1
348	2,6
360	3,3
372	2,7
380	3,6
392	3,2
400	3,3
408	3,5
416	2,1
424	3,1
436	2,6
444	3,5
452	2,9
460	2,9
468	3
476	2,6
488	2,6
496	3,9
504	2,5
516	3,3
524	3,4
536	3,7
544	3,3
556	3,6
564	3
576	3,7
584	3
592	3,8
600	2,6

Таблица 2

U,V	400	400	400	400	400	400	400
N	3,7	2,6	4	2,2	2,9	3,2	3,1

Обработка результатов

Вычисление статистической ошибки исходя из таблицы 2.

, где — коэффициент Съюдента, при α=0,95; n=7.

Построение графика зависимости числа импульсов от выставленного напряжения с учетом предварительно вычисленной статистической ошибки:

Вывод

Познакомились с устройством счетчика Гейгера-Мюллера. Научились ею пользоваться. Проинтерпретировали полученный в ходе работы график и сделали следующий вывод. Согласно линии тренда, построенной на основе полученных данных, можно судить о том, что диапазон напряжений от 340 В до 600 В является областью «плато», в котором каждая частица, попадающая в трубку, регистрируется.

Ответы на вопросы

1. Какова роль счетчиков Гейгера в дозиметрии и обеспечении радиационного контроля?

Роль счетчиков Гейгера в дозиметрии и обеспечении радиационного контроля достаточно высока, поскольку прибор отличается простотой конструкции и дешевизной в производстве, а также большим объемом (при необходимости) охватываемой поверхности. Используют с другими датчиками для увеличения точности исследования.

2. Может ли счетчик Гейгера регистрировать НИИ и КИИ?

Да, счетчик Гейгера может регистрировать НИИ и КИИ.

Непосредственно ионизирующее излучение (НИИ) – излучение, со-стоящее из заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации большого числа атомов.

Косвенно ионизирующее излучение (КИИ) – излучение, состоящее из фо-тонов и незаряженных частиц, взаимодействие которых со средой может приводить к передаче энергии электронам, приобретающих свойства НИИ.

Счетчик Гейгера напрямую регистрирует заряженные частицы — электроны (бета-излучение), альфа-частицы, протоны, ионы. Гамма-кванты счетчик Гейгера регистрирует косвенно — за счет фотоэффекта.

3. Перечислите известные вам счетчики и детекторы помимо счетчика Гейгера.

Существуют так же импульсная ионизационная камера, пропорциональный счетчик, сцинтилляционный детектор, полупроводниковый детектор, следовые детекторы и счетчик Черенкова.

4. Что такое радиоактивность?

Радиоактивность — это самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения.

5. Какие виды радиоактивного излучения способен регистрировать счетчик Гейгера?

Счетчик Гейгера способен регистрировать все виды радиоактивного излучения (альфа-, бета- и гамма-излучения)

Он пригоден также для детектирования нейтронов, рентгеновских и гамма-квантов по вторичным заряженным частицам, генерируемым ими.

6. Какой принцип заложен в работу газонаполненных детекторов и какова их вольт-амперная характеристика?

Принцип действия детекторов данного типа основан на ионизации газа ядерными излучениями.

Вольт-амперная характеристика газового разряда показывает зависимость ионизационного тока или амплитуды импульса ΔV от напряжения на электродах U при постоянной интенсивности ионизирующего излучения в газе.

7. Опишите, как функционирует счетчик Гейгера?

Когда сквозь трубку пролетает ионизирующая частица, атомы инертного газа испытывают столкновения с этой частицей. Энергии, отданной частицей при столкновении, хватает для отрыва электронов от атомов газа. Образующиеся вторичные электроны сами способны образовать новые столкновения и, таким образом, получается целая лавина электронов и ионов. Под действием электрического поля, электроны ускоряются в направлении анода, а положительно заряженные ионы газа – к катоду трубки. Таким образом, возникает электрический ток.

При попадании в счетчик Гейгера-Мюллера заряженной частицы, за счет возникающего тока падает сопротивление трубки, а вместе с ним и напряжение в средней точке делителя напряжения. Затем сопротивление трубки вследствие возрастания ее сопротивления восстанавливается, и напряжение опять становится прежним. Таким образом, мы получаем отрицательный импульс напряжения. Считая импульсы, мы можем оценить число пролетевших частиц.

8. В чем заключается различие между самогасящимися и несамогасящимися детекторами?

Несамогасящиеся счетчики Гейгера требуют надежного гашения разряда и подготовки детектора к регистрации следующей частицы путем применения дополнительных электронных устройств.

В самогасящихся счетчиках разряд гасится внутри самого счетчика. Для этого к чистому газу добавляют гасящую примесь газа (до 10%), состоящего из органических многоатомных молекул. Молекулы многоатомных газов-добавок имеют более низкие потенциалы ионизации по сравнению с основными газами. Положительные ионы, сталкиваясь с молекулами примесей, отнимают у последних электроны и нейтрализуются.

9. В каких случаях используются самогасящиеся и несамогасящиеся детекторы?

Несамогасящиеся детекторы используют тогда, когда нужно регистрировать небольшой поток частиц.

Самогасящиеся детекторы менее долговечны, но способны регистрировать большой поток частиц. При добавлении галогенов их срок службы увеличивается, так же уменьшается рабочее напряжение 200-400 В, но уменьшается быстродействие.

10. Перечислите области применения счетчиков Гейгера.

Применяются для контроля и измерений радиации: на объектах ядерной промышленности, в научных и учебных учреждениях, в гражданской обороне, медицине, и даже быту. В дозиметрии, а также в областях, где регистрируются редкие события, и надо перекрыть детекторами десятки и даже сотни квадратных метров.

11. Перечислите известные вам преимущества и недостатки счетчиков Гейгера по сравнению с другими детекторами.

Преимущества: сравнительная дешевизна, возможность засекать единичные события и простота.

Недостатки: откат, ограничивающий подсчет, малая эффективность при обнаружении гамма-лучей и неспособность различать энергии различных событий, способен фиксировать частицы, но не способен их распознать.

12. Как изменится счетная характеристика счетчика Гейгера, если изменить (увеличить или уменьшить) расстояние между источником радиоактивного излучения и регистрирующим его счетчиком?

Напряженность электрического поля в датчике на расстоянии r от нити имеет вид:

, где r_к и r_н – радиусы катода и нити соответственно. В непосредственной близости от нити поле возрастает до такой величины, что электрон, попавший в эту область, приобретает на пути между двумя столкновениями кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов газа. Отсюда следует, что счетная характеристика изменяется обратно пропорционально изменению расстояния между источником радиоактивного излучения и регистрирующим его счетчиком.

13. Как изменится счетная характеристика счетчика Гейгера, если изменить (увеличить или уменьшить) активность источника радиоактивного излучения?

При изменении активности источника радиоактивного излучения счетная характеристика будет изменяться прямо пропорционально ей.

Оглавление