ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 322 ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОГО СЧЁТЧИКА Выполнил- студент Группы
Работа добавлена на сайт samzan.net:
САНКТ – ПЕТЕРБУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРИЯ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №322
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОГО СЧЁТЧИКА
Выполнил: студент
Группы В-407
Коханчик А.И.
Санкт – Петербург
2006г.
Цель работы: Исследование принципа действия газового счётчика
Краткое теоретическое обоснование:
1. Принцип действия газового счетчика.
Среди различных устройств для регистрации ядерных излучений одним из важнейших является так называемый газовый (газоразрядный) счётчик. В газовом счётчике используется явление самостоятельной электропроводимости газов. Попавшая в счётчик ионизирующая частица вызывает газовый разряд, что и позволяет зарегистрировать её.
Газовый счётчик представляет собой балонн, заполненный газом под давлением (4…..20)*10-3 Па, в котором расположены два электрода: либо в виде пластинки и острия, либо цилиндра и нити, натянутой на его оси. Между электродами от источника постоянного напряжения создается электрическое поле. Чаще других используется цилиндрические счётчики, катодом которых является металлическая (аллюминивая) стенка баллона К (стенка должна быть достаточно тон-кой, чтобы регистрируемая частица могла проникнуть в рабочий объем счётчика). Анодом служит проводящая нить А. Схема счётчика приведена на рис.1, где А-анод, К-катод счётчика.
Попавшая в счётчик ионизирующая частица ионизирует несколько молекул газа, в результате чего между электродами появляются несколько свободных электронов и столько же положительных ионов. Электроны, двигаясь к аноду, могут при известных условиях (при достаточной напряжённости поля и достаточной длине пробега) ионизировать встречные атомы. При этом число электронов лавинообразно возрастает и до анода вместо одного электрона доходит целая лавина. Кроме этого процесса, в газовом промежутке могут возникать вторичные процессы: ионизация молекул газа положительными ионами, выбивание ими электронов из катода, фотоэффект на поверхности катода, вызываемый излучением возбуждённых атомов и т.д.
Вторичные процессы создают новые свободные электроны, каждые, из которых может дать новую лавину, идущую к аноду. Самостоятельная проводимость (газовый разряд) начинается тогда, когда каждая электронная лавина может создавать за счет вторичных процессов не менее одного свободного электрона. Это происходит при некотором напряжении между электродами, называемом напряжением зажигания U . Напряжение зажигания зависит от состава газа, его давления, формой электродов и т.д. Обычно оно составляет несколько тысяч вольт.
Вследствие флуктуаций вторичных процессов при напряжении, равном U, разряд может быстро погаснуть или вообще не развиться. Для получения устойчивого разряда используют напряжения, большее U на некоторую определенную величину U.
Если между электродами счётчика установлено напряжение, обеспечивающее устойчивый разряд (самостоятельную проводимость), то попавшая в счётчик частица начнёт разряд, который будет продолжаться сколько угодно долго. (Счётчик, работающий в таком режиме, называется несамогасящимся, или счётчиком Гейгера-Мюллера). Ионизирующая частица, попавшая в счётчик во время разряда, нечего не изменит и, следовательно, не будет зарегистрирована. Для того чтобы счё1тчик отвечал своему назначению - регистрировал частицы - необходимо быстро гасить разряд, вызванный попаданием в него частицы. Это можно сделать, например, резко понизив напряжение между электродами.
Если счётчик включен в схему на рис.1 то ток протекающий по нагрузочному сопротивлению R, снизит потенциал в точке B, и напряжение на счётчике станет меньше U. (Для этого R должно быть порядка 109 Ом). В этом случае разряд прекратится, напряжение на счётчике постепенно восстановится. Время разряда в счётчике Гейгера – Мюллера составляет 10-4 с. Время восстановления напряжения значительно больше (порядка нескольких миллисекунд). Снижение и последующее восстановление потенциала в точке В создаёт импульс напряжения который регистрируется соответствующем электронным устройством. Частица, влетевшая в счётчик во время заряда, не создаёт нового импульса. Частица же, влетевшая во время восстановления напряжения, может вызвать разряд и создать импульс. Однако этот импульс будет меньше, и, если чувствительность счётного устройства невелика, он не будет зарегистрирован. Таким образом, в течении некоторого времени после попадания в счётчик ионизирующей частицы он не регистрирует другие частицы. Это время называется мёртвым или разрешающим временем счётчика. Как сказано выше, для счётчика Гегер-Мюллера это время составляет несколько миллисекунд.
Для уменьшения разрешающего времени были разработаны так называемые самогасящиеся счетчики. В отличии от счетчика Гейгера – Мюллера баллон самогасящегося счетчика заполняется смесью из 90% инертного газа ( чаще всего – аргона ) и 10% газа со сложными молекулами ( например, этилового спирта). Наличие в газе больших сложных молекул значительно снижает действие вторичных процессов, что приводит к быстрому погасанию разряда в счетчике.
При попадании частицы в самогасящийся счетчик электронной лавины возникают также, как описано выше. Но излучение возбужденных атомов почти полностью поглощается молекулами гасящей смеси и не попадает на катод. Поэтому разряд быстро распостроняется вдоль нити, но не захватывает всего объема счетчика. После того, как активная стадия разряда закончится ( вследствие накопления положительных зарядов вблизи нити ), ток определяется только движением ионов к катоду. При этом большинство положительных ионов основного газа, сталкиваясь с молекулами гасящей смеси, отбирают у них электроны и до катода доходят только ионы гасящей примеси, которые нейтрализуют на поверхности катода, не выбивая из нее электронов. Избыточная энергия этих ионов расходуется на диссоциацию молекулы.
Так как разряд в самогасящимся счетчике прекращается независимо от напряжения на нем, то сопротивление R (см.рис.1.) может быть взято значительно меньше (порядка 106 Ом), с таким расчетом, чтобы напряжение на счетчике восстановилось одновременно с приходом положительных ионов на катод. Таким образом, разрешающее время счетчика сокращается до 10-4с.
2. Счетная характеристика счетчика.
Счетной характеристикой счетчика называют зависимость скорости счета частицы n от напряжения на счетчике U (при неизменной интенсивности облучения). При напряжениях U<Uзаж разряд в счетчике не возникает. Ток в счетчике и импульс напряжения в точке В определяется только первичной ионизацией. Амплитуда импульсов очень мала, и электронное устройство их не регистрирует. В этой области напряжений скорость света равна нулю. При напряжениях, незначительно больших Uзаж, импульсы имеют различные амплитуды. В этом случае считаются лишь некоторые из них. При увеличении U разброс амплитуды импульсов резко уменьшается, скорость счёта быстро растет, и при напряжении U1 скорость счета практически равна числу частиц, попадающих в счетчик за единицу времени. При дальнейшем увеличении U (до значения U2 ) скорость счета растет незначительно. В самогасящихся счетчиках это возрастание объясняется некоторым усилением вторичных процессов, вероятность которых зависит от перенапряжения на счетчике. Эта часть счетной характеристики (от U1 до U2 ) называется плато счетчика. Длина его сравнительно невелика (100…200 В). При дальнейшем возрастании напряжения скорость счета растет за счет появления многократных разрядов, и в счетчике может возникнуть непрерывный разряд, что приведет к порче счетчика. По найденной характеристике легко определить рабочее напряжение счетчика Uраб. Ясно, что его надо взять в интервале U1… U2 Обычно его устанавливают посередине плато счетчика:
Uраб =
3.Определение разрешающего времени счетчика.
Время, в течении которого после прихода частицы счетчик остается не чувствительным к следующей, называется разрешающим временем (или мертвым временем) .
Из-за наличия определенного разрешающего времени число считанных счетчиком частиц всегда меньше истинного количества частиц, попадающих в счетчик. Разрешающее время является важной характеристикой любого счетчика ядерных частиц. Во-первых, значение разрешающего времени позволяет по сосчитанному числу частиц рассчитать истинное количество частиц, прошедших через счетчик. Во- вторых, разрешающее время позволяет оценить ту максимальную загрузку, допустимую для данного счетчика, при которой количество сосчитанных частиц еще мало отличается от истинного числа частиц.
Найдем связь между истинным числом N частиц, попадающих в счетчик за одну секунду, и числом n сосчитанных за одну секунду частиц. Величина просчета, т.е. число незарегистрированных счетчиком частиц за одну секунду, будет равна N – n. Так как за одну секунду в счетчике возникло n разрядов, то счетчик будет находиться в нечувствительном состоянии в течении времени n. Поскольку за 1с. счетчик попадает N частиц, то за время nиз этих N частиц не будут зарегистрированы N nчастиц. Т.о., N-n = N n, откуда
(2)
Эта формула годиться только в том случае, когда среднее время между регистрируемыми частицами заметно больше разрешающего времени: >>, или n<<1.
Метод определения разрушающего времени состоит в сопоставлении совместного и раздельного действия двух источников ядерного излучения. Принципиальная схема установки для определения приведена на рис.3.
Д1 и Д2 – аллюминевые стаканчики, в крышках которых есть небольшие отверстия.
Р1 и Р2 – радиоактивные препараты.
В работе используются препараты Pb210, которые излучают электроны и -частицы. Это излучение полностью поглощаются стенками стаканчиков, так что в счётчик попадает только узкий пучок излучения, вырезаемый отверстием в каждом стаканчике. Отверстия стаканчиков могут быть перекрыты задвижками, к5оторые полностью поглощают электроны, испускаемые радиоактивными источниками Р1 и Р2.
Предположим, что:
- n1- число частиц, считаемых счётчиком за 1с при закрытом втором источнике и открытом первом Р1 ;
- n2- число частиц, считаемых счётчиком за 1с при закрытом первом источнике и открытом втором Р2;
- n- число частиц, считаемых счётчиком за 1с при одновременном действии двух источников Р1 и Р2 (оба открыты);
- N1,N2,N- число частиц, попадающих в счётчик за 1с с соответственно от первого источника, второго и одновременно от двух источников.
Тогда
(3)
Используя формулу (2) напишем:
; ; ,
Подставив эти значения в формулу (3), получим:
(4)
Из формулы (4) можно рассчитать :
,
производя умножения и пренебрегая малыми членами, содержащими в качестве сомножителя , найдём:
. (5)
Таким образом, для определения разрешающего времени описанным методом необходимо определить число частиц, считаемых счётчиком раздельно от каждого источника, и число частиц при совместном действии обоих источников.
Строгий учёт влияния фона приводит к замене формулы (5) другой, более сложной. Однако, учитывая малую точность определения предлагаемым методом, можно воспользоваться приближённым расчётом.
Пусть при закрытых обоих источниках счётчик регистрирует за 1с nф импульсов фона. При этом вместо n, n1 и n2 в формулу (5) следует подставить соответственно (n-nф), (n1-nф) и (n2-nф). В результате получим:
(6)
- Таблицы измерений.
Таблица 1 t =
|
U,B |
N |
Таблица 2
|
nф имп/с |
n1 имп/с |
n2 имп/с |
n имп/с |
||||
|
nфср |
n1ср |
n2ср |
nср |
tфон = t =
2. Башкирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения и социального развития2
3. тема управления предприятием- понятие факторы влияющие на управление.html
4. й наноелектронних технологій
5. тема и система страхования коммуникации и др
6. Тема 4 вопрос 4. Особенности развития эмоциональноволевой сферы детей с нарушениями зрения
7. Тема- Технические средства применяемые в Ас предприятия- характеристики ПЭВМ и периферийных устройств обла
8. 30 082012г Протокол 1
9. Тематичне оцінювання Контрольна робота Варіант І І
10. Дерягин ЕА; 2 Вьюхина В
11. ПФК Ордабасы Шымкент
12. 1 Конфликт его признаки4 1
13. динамическуюrdquo;
14. Тема работы- Анализ ФинансовоХозяйственной Деятельности Предприятия Студент-
15. Частный сектор экономики
16. тема стихосложения в Древней Греции где она возникла еще в VIII в
17. а и активная колонизационная политика московских монастырей
18. Реферат- Загрязнение окружающей среды- демографические и соматические последствия
19. тема взглядов оценок суждений знаний об окружающем мире и человеке в этом мире.1
20. Выдающиеся энергетики России М.Г. Первухин (1904’1978