Описание экспериментальной установки и порядок выполнения работы.




Самогасящегося счётчика.

 

Теоретическое введение.

 

Ионизационные счётчики.

Счётчики применяются для обнаружения и счёта элементарных частиц, а также измерения интенсивности различных излучений. Действие этих приборов основано на использовании газового разряда.

Принципиальная схема счётчика приведена на рис.1.

Счётчик состоит из цилиндрического корпуса 1 (катод--), по оси которого натянута тонкая нить 2 (анод+). Нить изолирована от корпуса с помощью изоляторов 3. Для впуска ионизирующих частиц с малой проникающей способностью один из торцов счётчика делается из слюды или алюминиевой фольги. Другие частицы, а также рентгеновские и -излучение проникают в счётчик непосредственно через стенки. Между анодом и катодом с помощью батареи 4 создаётся разность потенциалов U. Пространство внутри корпуса 1 заполняется газом.

Принцип действия прибора состоит в следующем. Пусть газ, находящийся между катодом и анодом, подвергается действию ионизатора (например, рентгеновских лучей). Действие ионизатора приводит к тому, что от некоторых молекул газа отщепляется один или несколько электронов, в результате чего эти молекулы превращаются в положительно заряженные ионы. Ионы и отщепленные электроны увлекаются полем к электродам, вследствие чего через сопротивление R проходит некоторый заряд g, который называется импульсом тока. На рис.2 приведена зависимость импульса тока g от напряжения между электродами U для двух различных количеств пар первичных ионов N0(1) и N0(2), причём N0(1) > N0(2).

 

В области 1 имеют место два конкурирующих процесса: собирание заряда на электродах счётчика и рекомбинация ионов в газовом объёме. При возрастании напряжения U скорость движения ионов увеличивается, вероятность рекомбинации уменьшается и величина заряда, собранного на электродах, растёт.

При некотором напряжении Ui все ионы, образовавшиеся в процессе ионизации, будут попадать на электроды и величина импульса тока не возрастает. Дальнейшее увеличение напряжения от величины Ui до величины UP не приводит к изменению импульса тока. Этому соответствует область 2, называемая областью тока насыщения или областью ионизационной камеры.

Начиная с некоторого значения напряжения UP напряженность поля оказывается достаточной для того, чтобы разогнать электроны, созданные в результате первичной ионизации, до таких энергий, что они сами могли бы ионизировать молекулы газа ударом. При этом число образовавшихся электронов и положительных ионов лавинообразно растёт. В результате на каждый из электродов попадает AN0 ионов (вспомним, что N0 - это число пар первичных ионов). Величина А называется коэффициентом газового усиления. В области 3 этот коэффициент не зависит от количества первичных ионов. Поэтому, если поддерживать напряжение постоянным, импульс тока будет пропорционален количеству первичных ионов N0. Область 3 называется областью пропорциональности, а напряжение UP- порогом пропорциональной области. Коэффициент газового усиления А изменяется в этой области от 1 в начале до 103-104 в конце.

С дальнейшим увеличением напряжения пропорциональность между импульсом тока и количеством первичных пар ионов N0 нарушается и в конце участка 4 величина импульса становится независимой от величины первичной ионизации. Область 4 называется областью частичной ( или ограниченной) пропорциональности.

При напряжениях, соответствующей области 5 (её называют областью Гейгера, а напряжение Ug - порогом области Гейгера), процесс приобретает характер лавинного разряда. Первичные ионы лишь создают толчок для его возникновения. Импульс тока в этой области совершенно не зависит от количества первичных ионов.

В области 5 напряжение столь велико, что разряд, возникнув, не прекращается. По этому её называют областью непрерывного разряда.

2. Счётчики Гейгера-Мюллера.

 

Счётчик, работающий в области 5, называется счётчиком Гейгера-Мюллера (сокращенно - счётчиком Гейгера). Поскольку в этой области попадания даже одной ионизирующей частицы вызывает разряд, счётчик Гейгера позволяет регистрировать прохождение отдельных частиц.

Чтобы получить от отдельных частиц раздельные импульсы, необходимо быстро погасить возникший заряд. Это достигается, в частности, добавлением к газу, заполняющему счётчик, примеси многоатомных органических газов (например, паров спирта). Молекулы подобных газов поглощают ультрафиолетовое излучение, сопровождающее разряд, а при столкновении с положительными ионами нейтрализуют и переводят их из возбуждённого состояния в основное. Возбуждённая же молекула спирта распадается на отдельные атомы или более мелкие молекулы. Всё это позволяет эффективно гасить возникающий разряд.

Важнейшим параметром самогасящегося счётчика является счётная характеристика. Счётная характеристика даёт зависимость скорости счёта (т.е. числа частиц, регистрируемых в первую секунду) от приложенного напряжения. Примерный вид этой зависимости приведён на рис.3. Нетрудно видеть, что эта зависимость имеет “плато” протяженностью в несколько сот вольт (обычно с небольшим наклоном - несколько процентов на 100 В).

Напряжение начала отсчёта (порог отсчёта) Up’ соответствует минимальным амплитудам импульсов, пропускаемых электронной схемой прибора.

 

 

рис.3 Счётная характеристика счётчика Гейгера.

 

 

Величина этого напряжения определяется конструктивными особенностями счётчика. Начиная с величины напряжения U1 скорость счёта практически не зависит от приложенного напряжения. Рабочее напряжение счётчика U раб выбирается в середине “плато”. Причинами наклона плато является наличие вторичных электронов, создающих ложные импульсы, и изменение чувствительности объёма счётчика с ростом напряжения. Начиная с величины напряжения U2 скорость счёта быстро растёт, что свидетельствует о возникновении самоподдерживающегося разряда. Дальнейшее увеличение напряжения может привести к выходу прибора из строя.

В настоящей работе проводится исследование счётной характеристике счётчика Гейгера.

 

Описание экспериментальной установки и порядок выполнения работы.

Экспериментальная установка изображена на рис. 4.

Рис. 4. Общий вид экспериментальной установки.

 

 

Она состоит из пересчётного устройства 1, источника излучения в свинцовом контейнере 2, провод 3 обеспечивает питание от сети 220В, провод 4 соединяет пересчётный прибор со счётчиком 5, находящимся внутри свинцового контейнера 2.

Ручки управления находятся на передней панели пересчётного устройства.

 

 

Порядок выполнения работы:

1. включить шнур 3(рис. 4) в сеть 220В.

2. рукоятку 1 перевести в положение “Сеть”. При этом загорается лампа питания 11,а стрелка на вольтметре 10 устанавливается в районе цифры 6

3. нажатием кнопки 4 включить счётчик (при этом начинает работу также и секундомер 2).

4. плавно увеличивать напряжение между анодом и катодом рукояткой 9.

При некотором значении напряжения Up (см. на нижнюю шкалу вольтметра 8) загорятся лампочки 7, что свидетельствует о наличии регистрации частиц. Up определяет пороговое напряжение между анодом и катодом.

Записать значение Up.

5. нажать кнопку 4 дважды: при этом погаснут лампочки 7 и стрелка секундомера вернётся в исходное положение. Нажатием кнопки 6 сбросить показания циферблатов 5.

6. установить напряжение между анодом и катодом немного больше порогового. Нажатием кнопки 4 включить счётчик и секундомер.

7. через 3 минуты (см. секундомер) нажать кнопку 4: секундная стрелка остановится, показания счётчика зафиксируются. По показаниям циферблатов 5а и 5б и цифровой индикации 7 определить число частиц, зарегистрированных счётчиком за 3 минуты. По полученным данным найти число частиц, регистрируемых за 1 сек. (т.е. найти скорость счёта)

8. Сбросить показания счётчика, нажав кнопки 4 и 6.

9. Изменяя напряжение рукояткой 9 через 20 Вольт до 500 В, провести аналогичные измерения для других значений U.

 

Порядок выключения прибора:

1. Сбросить показания циферблатов 5, погасить лампочки 7.

2. вынуть шнур из розетки

 

Задание

 

1. Определить скорость счёта для напряжений от Up до 520 В.

2. Заполнить таблицу:

 

Напряжение, Вольт Число частиц за 100с Скорость счёта, 1/с
     
     
     

 

3.Построить на миллиметровке график счётной характеристики.

4.Найдя середину “ плато”, определить рабочее напряжение прибора.

5.Определить наклон “ плато” в % на 1 В по формуле:

 

, где

 

N 1-скорость счёта, соответствующая началу “ плато”,

N2- скорость счёта, соответствующая концу “ плато”,

N- скорость счёта в рабочей точке,

D U- протяжённость “плато” в вольтах (по оси абсцисс).

 

Вопросы к отчёту:

 

1.Устройство и принцип действия счётчика Гейгера.

2.Зависимость импульса тока от напряжения между катодом и анодом.

 

Литература:

 

1.И.В. Савельев.Курс общей физики. Т.2, стр. 240-244.

2.Ю.Г.Жуковский, В.О. Сергеев, Н. М. Антоньева. Практикум по ядерной физике. М., 1975, стр. 13-26.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: