Û¥-x@ -€Ñ/LQ. $ $$ $ $ $ $ 2 f˜ ˜ ˜ ˜ ˜ ® ˜ Ä 7û ÊÅÅÅÅÅÅÅÅÇÇÇÇÇÇå43å$ åå‚ DETEKCJA PROMIENIOWANIA J¥DROWEGO ZA POMOC¥ LICZNIKAGEIGERA - MULLERA . 1. Wstêp teoretyczny : W roku 1896 francuski uczony Becquerel odkry³ , ¿e minera³y zawieraj¹ce uran emituj¹ niewidoczne dla ludzkiego oka promieniowanie dzia³aj¹ce na kliszê fotograficzn¹ . Badania dotycz¹ce tego zjawiska prowadzone przez Mariê Sk³odowsk¹ - Curie i jej mê¿a Piotra doprowadzi³y do odkrycia nowych pierwiastków : polonu i radu , które emituj¹ to promieniowanie i zostaj¹ nazwane z tego powodu pierwiastkami promieniotwórczymi lub radioaktywnymi . Dalsze badania prowadzone g³ównie przez Rutherforda i Soddy ' ego wykaza³y , ¿e zjawisku promieniotwórczoœci towarzyszy powstawanie nowych pierwiastków , a wiêc jego istota polega na zmianach zachodz¹cych w j¹drach atomowych . Obecnie znamy kilka rodzajów promieniowania j¹drowego . Nale¿¹ do nich :a , b , b ,g , wychwyt E . Wiemy tak¿e , i¿ pierwiastki promieniotwórcze ulegaj¹ rozpadowi . Tym rozpadom promieniotwórczym rz¹dz¹ prawa takie jak : regu³a przesuniêæ, czyli :po emisji promieniowania , j¹dra macierzyste przekszta³caj¹ siê w j¹dra nowych pierwiastków. Wiemy tak¿e , i¿ rozpad pierwiastków promieniotwórczych nie nastêpuje równoczeœnie we wszystkich atomach pierwiastka . Badania jonizacji gazów wywo³anych promieniowaniem wykaza³y , ¿e iloœæ substancji promieniotwórczej , zmniejsza siê w ten sposób , i¿ w jednakowych odstêpach czasu zanika po³owa atomów pierwiastka . Charakterystyczny dla ka¿dego pierwiastka promieniotwórczego czas , w którym nastêpuje rozpad po³owy jego atomów nazywa siê okresem po³owicznego rozpadu . Dla EMBED Equation wynosi on 1950 lat , EMBED Equation , a polonu EMBED Equation OPIS DOŒWIADCZENIA : Celem æwiczenia jest zapoznanie siê z zasadami detekcji promieniowania j¹drowego , wyznaczanie pracy parametrów licznika . Najbardziej rozpowszechnionym przyrz¹dem s³u¿¹cym do liczenia cz¹stek promieniowania jest licznik Geigera - Mullera (G -M) . Schemat budowy jest bardzo prosty W rurze mosiê¿nej , glinowej lub miedzianej , œrednicy od 1 do kilku cm , naci¹gniêty jest osiowo , odizolowany od rury drucik stalowy lub wolframowy o gruboœci 0,1 - 0,2 mm . Rurê z obu stron zamyka siê szczelnie lub te¿ wk³ada siê do rury szklanej i zatapia . Za pomoc¹ adutowanej rurki szklanej nape³nia siê licznik mieszanin¹ argonu i pary alkoholu . Rurkê siê zatapia . Miêdzy drucik (anodê) i rurê (katodê) w³¹cza siê napiêcie i opór . Licznik ma tê w³asnoœæ , ¿e jeœli jakikolwiek czynnik jonizuj¹cy , a wiêc np . promienie Rontgena , g lub kosmiczne wyzwol¹ wewn¹trz chocia¿ jeden elektrin , wówczas w silnym polu elektrycznym biegnie on ku drucikowi i nabiera dostatecznie du¿ej prêdkoœci , aby przy zderzeniach z neutralnymi drobinami zjonizowaæ je . Te z kolei tak¿e rozpêdzaj¹ siê i jonizuj¹ inne . Wytwarza siê lawina jonów , która przenosi znaczne ³adunki . Przez licznik przep³ywa krótkotrwa³y pr¹d wywo³uj¹cy skok potencja³u na oporze . Przep³yw ten nie trwa d³ugo . Pr¹d p³ynie przez licznik i po up³ywie kilku stutysiêcznych sekundy przerywa siê , po czym wraca wszystko do stanu równowagi . Gdy nowa przyczyna wytworzy now¹ parê jonów , znów pop³ynie przez licznik pr¹d , skok potencja³u powtórzy siê . Te zmiany wzmacniacza doprowadza siê do wzmacniacza lampowego oporowego . Wzmocnione impulsy dzia³aj¹ bezpoœrednio lub poœrednio na jakikolwiek przyrz¹d rejestruj¹cy , np . na numerator u¿ywany do rejestrowania rozmów telefonicznych . Przy ka¿dym impulsie dawanym przez licznik wyskakuje na numeratorze numer wskazuj¹cy na liczbê impulsów . Wyzwolenie pr¹du w pojedynczym liczniku wywo³uje jakkolwiek przyczyna jonizuj¹ca gaz w liczniku .Zasilacz wysokiego napiêcia dostarcza napiêcia zasilania licznika . Napiêcie to jest stabilizowane i mo¿e byæ regulowane w sposób skokowy i ci¹g³y , a jego wartoœæ dok³adnie odczytana z po³o¿enia regulatorów . Elektroniczny przelicznik impulsów umo¿liwia zliczanie impulsów w zadanym czasie ( PRESENT TIME ) lub zlicza ¿¹dan¹ liczbê impulsów ( PRESENT COUNT ) . Rejestracja impulsów pochodz¹cych z licznika mo¿liwa jest przy zadaniu okreœlonego progu napiêcia i polaryzacji . Przelicznik ten z miernikiem G - M wymaga ustawienia wartoœci progowej 0,2 V oraz polaryzacji ujemnej . Przy tej wartoœci napiêcia progowego przelicznik bêdzie rejestrowa³ impulsy wiêksze od 0,2 V , a pominie impulsy mniejsze wynikajace z ró¿nych zak³óceñ . Zasady detekcji promieniowania jadrowego opierajasiê na wykorzystaniu praw oddzia³ywania tego promieniowania z materi¹ .Zale¿noœæ liczby impulsów N , zarejestrowanych licznikiem G - M w jednostce czasu , od napiêcia zasilaj¹cego U nazywa siê jego charakterystyk¹ . Napiêcie pracy licznika Geigera - Mullera dobiera siê w œrodkowej czêœci " plateau " licznika /poziomy odcinek charakterystyki dla napiêæ U z przedzia³u Ua < U < Ub / , gdy¿ dziêki niezale¿noœci szybkoœci zliczeñ od napiêcia na tym odcinku charakterystyki nie ma potrzeby stosowania stabilizowanych zasilaczy .Je¿eli oznaczymy przez DN ró¿nicê szybkoœci zliczeñ na koñcu i pocz¹tku " plateau " , a przez Np szybkoœæ zliczeñ na œrodku " plateau " , to nachylenie " plateau " wyliczymy ze wzoru . EMBED Equation , przy czym DU = Ub - Ua - d³ugoœæ " plateau " . Nachylenie " plateau " wyra¿a wiêc wzglêdny przyrost szybkoœci zliczeñ w obszarze prostoliniowym charakterystyki ( w % ) , przypadaj¹cy na 100 V . Oprócz impulsów pochodzacych od mierzonego promieniowania wystêpuje zawsze tzw. bieg w³asny licznika ( t³o ) . Bieg w³asny licznika jest powodowany promieniowaniem kosmicznym , zanieczyszczeniami promieniotwórczymi materia³u licznika i otoczenia oraz promieniowaniem Ziemi . RYSUNEK : Schemat aparatury pomiarowej s³u¿¹cej do detekcji promieniowania j¹drowego : EMBED MSDraw \* mergeformat 2.Tabele wyników : Wyznaczanie charakterystyki licznika Geigera - Mullera : Ustawiamy wysokie napiêcie na maksymaln¹ wartoœæ 570 V oraz czas zliczeñ na 100 sekund . Obni¿aj¹c napiêcie co 10 V wykonujemy pomiary liczby zliczeñ w funkcji przy³o¿onego napiêcia : TABLICA 1.Liczba zliczeñ w zale¿noœci od przy³o¿onego napiêcia : Lp. Napiêcie L.zliczeñ Lp. Napiêcie L.zliczeñ Lp. Napiêcie L.zliczeñ U =[ V ] N U = [ V ] N U = [ V ] N 1 570 137 12 460 53 23 350 33 2 560 125 13 450 40 24 340 35 3 550 91 14 440 44 25 330 29 4 540 91 15 430 47 26 320 22 5 530 66 16 420 44 27 310 25 6 520 73 17 410 37 28 305 33 7 510 84 18 400 34 29 304 24 8 500 62 19 390 33 30 303 23 9 490 61 20 380 30 31 302 20 10 480 51 21 370 30 32 301 0 11 470 49 22 360 29 33 300 0 Wykres przedstawiaj¹cy zale¿noœæ liczby zliczeñ od liczby porz¹dkowej , na podstawie ,którego mo¿na wyznaczyæ d³ugoœæ " plateau ", z którego wyznaczamy nachylenie " plateau " . EMBED ExcelChart \s \* mergeformat Z powy¿szych pomiarów wynika , ¿e napiêcie progowe wynosi 300 V . Z pomiarów oraz z wykresu mo¿na odczytaæ " plateau " licznika Geigera - Mullera . W tym przypadku jest to odcinek miêdzy 350 V a 450 V . Wynika st¹d , i¿ d³ugoœæ " plateau " wynosi D U = 450 V - 350 V = 100 V. Aby zbadaæ nachylenie " plateau " , nale¿y skorzystaæ ze wzoru : EMBED Equation , gdzie S - nachylenie " plateau " D N - ró¿nica szybkoœci zliczeñ na koñcu i pocz¹tku " plateau " Np - szybkoœæ zliczeñ na pocz¹tku " plateau " D U - d³ugoœæ " plateau " S = 2,1 % Nachylenie " plateau " S wynosi 2,1 % . SPRAWDZENIE STATYSTYCZNEGO CHARAKTERU WY£ADOWAÑ : Seria 60 pomiarów liczby zliczeñ przy ustalonej wartoœci napiêcia ze œrodka " plateau " tzn. U = 400V , a czas zliczeñ t = 40 s . Tabela : Liczba zliczeñ przy ustalonej wartoœci napiêcia U : Lp. N dN Lp. N dN Lp. N dN 1 15 1 21 14 2 41 15 1 2 10 6 22 21 -5 42 16 0 3 9 7 23 22 -6 43 12 4 4 11 5 24 16 0 44 10 6 5 14 2 25 14 2 45 13 3 6 20 -4 26 21 -5 46 13 3 7 13 3 27 16 0 47 12 4 8 17 -1 28 13 3 48 15 1 9 10 6 29 34 -18 49 20 -4 10 6 10 30 19 -3 50 18 -2 11 14 2 31 18 -2 51 18 -2 12 16 0 32 10 6 52 17 -1 13 10 6 33 15 1 53 16 0 14 19 -3 34 18 -2 54 24 -8 15 12 4 35 16 0 55 18 -2 16 10 6 36 18 -2 56 23 -7 17 15 1 37 15 1 57 12 4 18 13 3 38 18 -2 58 20 -4 19 18 -2 39 12 4 59 14 2 20 13 3 40 11 5 60 16 0 Œrednia : N = 16 DN = 0,5 DN = œrednia - N Miar¹ statystycznego rozrzutu pomiarów jest b³¹d œredni wartoœci zmierzonej lub odchylenie standardowe d . Dla rozk³adu Gaussa b³¹d œredni równy jest pierwiastkowi z wartoœci œredniej . Odchylenie standardowe ( œredni b³¹d kwadratowy ) : EMBED Equation Œredni b³¹d kwadratowy dla serii 60 pomiarów liczby zliczeñ wynosi : EMBED Equation Aby przekonaæ siê o statystycznym charakterze rozrzutu wyników pomiarów nale¿y sporz¹dziæ histogram wyników pomiarów...
farfalla88