Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника icon

Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника




Скачати 95.97 Kb.
НазваЛабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника
Дата28.07.2012
Розмір95.97 Kb.
ТипДокументи

Лабораторна робота 3-16


ВИЗНАЧЕННЯ РОЗДІЛЬнОЇ ЗДАТНОСТІ та ЕФЕКТИВНОСТІ САМОГАСНОГО ЛІЧИЛЬНИКА


Тема роботи:

Детектори частинок.

Мета роботи:

  1. Вивчити фізичні основи роботи електронних детекторів частинок.

  2. Визначити час відновлення, роздільну здатність та ефективність газорозрядного детектора іонізуючих частинок.


Технічне обладнання


Детектор СТС-5 (або СБМ-20), випрямляч ВУП-2, електронний лічильник імпульсів ССЕШ-63, два джерела іонізуючих частинок, секундомір.


^ Загальні вказівки


Детектори частинок – це пристрої і апарати для реєстрації елементарних частинок, ядер і жорстких фотонів. Розрізняють детектори трекові й електронні.

Трекові детектори – прилади, які реєструють не лише факт і час потрапляння частинки в робочий об’єм детектора, але й відтворюють трек (траєкторію) частинки. Це камера Вільсона, іскрова і бульбашкова камери, ядерні емульсії.

Електронні детектори – це прилади, які продукують електричні сигнали при потраплянні частинки в їх робочий об’єм. У зв’язку з цим електронні детектори називають просто лічильниками імпульсів. Це лічильники Гейгера, Черенкова, сцинтиляційні та кристалічні лічильники.

^ Сцинтиляційні лічильники. При проходженні заряджених частинок через речовину частина їхньої енергії витрачається на збудження атомів. Повертаючись в основний стан, атоми можуть віддавати енергію у вигляді фотонів видимого спектру. За певних умов такі фотони можуть створювати сцинтиляції (мерехтіння) в робочому об’ємі речовини. Сцинтиляційний кристал розміщують перед вхідним віконцем фотопомножувача, в якому світлові імпульси вже перетворюються на імпульси електричного струму.

^ Кристалічні детектори використовують для реєстрації частинок великої енергії. Робочий об’єм такого детектора – це напівпровідниковий кристал з великою шириною забороненої зони. Кристал перебуває під напругою, а оскільки за умов звичайних температур в такому кристалі вільних носіїв немає, то і струм через нього практично дорівнює нулю. При потраплянні в тіло кристала частинки з високою енергією у валентній зоні і в зоні провідності з’являється велика кількість носіїв заряду, і через кристал пробігає імпульс електричного струму.

^ Газорозрядні детектори являють собою різновиди лічильника Гейгера. Принцип роботи цих детекторів ґрунтується на іонізації молекул газів у робочому об’ємі детектора первинними частинками.

Самогасні лічильники Гейгера складаються з двох електродів – тонкого металевого циліндра і металевої нитки, натягнутої вздовж осі циліндра. Міжелектродний простір заповнює інертний газ з незначною кількістю домішок – багатоатомних молекул або галогенів. Залежно від призначення тиск газів у робочому об’ємі складає 10   200 мм. рт. ст.. Залежність струму, що проходить через лічильник при потраплянні у нього іонізуючої частинки і виникненні газового розряду, від прикладеної напруги (вольт-амперну характеристику лічильника) показано на рис. 1.

В інтервалі напруг від 0 до U1 лічильник працює як іонізаційна камера (без виникнення самостійного розряду). Первинна частинка, яка влетіла в об’єм лічильника, утворює на своєму шляху іони, в результаті чого між циліндром і натягнутою ниткою протікає імпульс струму. Інтегруючий ланцюжок R1C2 формує сигнал напруги Uвих і подає його на лічильник (чи підсилювач).



Рис. 1. Вольт-амперна характеристика газорозрядного лічильника

при сталому потоці іонізуючих частинок.


Величина струму насичення залежить від природи частинок (див. рис. 1: крива 1 – для альфа-частинок; крива 2 – для космічних променів). В інтервалі напруг U1÷U2 починається ударна іонізація утвореними іонами інших молекул і струм з напругою зростає. В інтервалі напруг від U2 до U3 відбуваються подібні процеси, але роль вторинних іонів зростає. В області напруг U3 ÷ U4 струм не залежить від енергії первинної частинки – його повністю визначають каскади вторинних іонів. При напрузі, що перевищує U4 , починається самостійний розряд. Цей режим непридатний для підрахунку первинних частинок, і потрібно вжити певні заходи, щоб його уникнути.

Для запобігання спалаху самостійного розряду вдаються до двох методів його гасіння. Зовнішнє гасіння досягається увімкненням опору R1. Якщо кількість пар вторинних іонів в робочому об’ємі завелика, його опір стає малим, і тоді прикладена до лічильника напруга зосереджується на опорі R1. Внутрішнє гасіння відбувається за рахунок введення до основного газу певних домішок.

Розряд, збуджений первинною частинкою, триває в робочому об’ємі лічильника певний, хоча й невеликий, ~10–4с, час. В цей час лічильник „закритий” для реєстрації інших частинок. Оскільки працюючий в комплексі з лічильником Гейгера електронний лічильний пристрій має інерційність, час відновлення робочого стану всього приладу ще більший, ніж час гасіння розряду в іонізаційній камері.


^ Метод вимірювання


Основні характеристики лічильника Гейгера: час відновлення, роздільна здатність та ефективність. Роздільна здатність R – це максимальна кількість частинок, яку може зареєструвати лічильник за одиницю часу. Роздільна здатність лічильника і час його відновлення τ пов’язані співвідношенням

. (1)

^ Ефективність лічильника – це відношення кількості частинок, зареєстрованих лічильником, до кількості частинок, що потрапили у його робочий об’єм.

Час відновлення лічильника τ можна визначити методом двох радіонуклідів (рис. 2, радіонукліди позначено як Р1 і Р2 ). Для цього біля лічильника встановлюють спочатку радіонуклід Р1. Нехай за час ∆Т через лічильник пройде n1 частинок. Зареєструє він лише N1 < n1, оскільки після проходження кожної частинки рекомбінація іонів потребує часу τ. Тоді загальний час відновлення буде ∆t = N1τ. Виходить, що лічильник за час спостереження ∆Т не зареєстрував



частинок. Або за одиницю часу



Тоді кількість усіх частинок, що проходять через лічильник, , звідки

. (2)

Потім біля лічильника встановлюють радіонуклід Р2. Він буде мати іншу інтенсивність випромінювання, і для нього за аналогією з попередніми вимірами буде справедливим співвідношення

. (3)

Тут n2 – кількість частинок, що одиницю часу потрапляє в лічильник, N2 – кількість частинок, які він реєструє за той же час.

Нарешті перед лічильником встановлюють зразу два радіонукліда. Тоді:

. (4)

Тут: n12 = n1 + n2 – кількість частинок, що за одиницю часу потрапляє в лічильник від двох джерел, N12 кількість частинок, які він реєструє за той же час.

Розв’язуючи систему рівнянь (2), (3), (4), одержимо формулу для підрахунку часу відновлення лічильника:

. (5)




Рис. 2.



Ефективність лічильника при його роботі з радіонуклідом Р1 (і за аналогією з будь-яким іншим) визначається як відношення кількості зареєстрованих частинок до кількості тих, що потрапили в робочий об’єм лічильника:

.

Підставивши замість n1 його значення згідно з (2), отримаємо:

(6)

Для розрахунків ефективності η використовують значення τ, отримані з (5).

Відносна похибка визначення часу відновлення

. (7)

Тут ∆N, ∆N, ∆N3 – середні абсолютні похибки прямих вимірювань кількості частинок.


^ Основні технічні дані досліджуваного лічильника: катод сталевий, довжина – 112,5 мм, робоча напруга – 367 – 440 В, максимальна швидкість лічби 2·105 частинок за хвилину, маса – 6 г. Блок-схему вимірювальної установки і розміщення радіонуклідів показано на рис. 2. Кожен радіонуклід екранують трубчастим екраном.

У цій роботі треба врахувати ряд обставин, нехтування якими може призвести до суттєвого спотворення результатів вимірювань.

1. Після встановлення радіонуклідів для вимірювань змінювати їхнє положення не можна до кінця вимірювань.

2. Найбільша похибка вимірів виникає при неодночасному вмиканні секундоміра й лічильника та неодночасній їх зупинці.

3. Лічильний пристрій у цій роботі може зареєструвати щонайбільше 1000 імпульсів, після чого він занулюється і починає лічити знову з нуля. Тому треба уважно стежити за табло і врахувати кількість переходів через „1000”.


^ Порядок виконання роботи


  1. Зберіть установку за рис. 2. Радіонукліди закрийте трубчастими екранами і встановіть на відстані 7 – 8 см від лічильника Гейгера таким чином, щоб випромінювання від обох радіонуклідів потрапляло на лічильник.

  2. Зніміть трубчастий екран з радіонукліда ^ Р1. Запустіть одночасно секундомір і лічильник імпульсів, заміряйте кількість зареєстрованих лічильником частинок за одну хвилину N1 від радіонукліда Р1. Цей дослід повторіть 5 разів, знайдіть середнє значення N1, абсолютну похибку кожного виміру і середню абсолютну похибку так, як це роблять при прямих вимірюваннях.

  3. Закрийте трубчастим екраном радіонуклід ^ Р1 і зніміть трубчастий екран з радіонукліду Р2. Виконайте ті ж самі виміри, що й у випадку з першим нуклідом, знайдіть середнє значення N2 та абсолютну похибку його вимірювання.

  4. Зніміть трубчастий екран з першого радіонукліда і виконайте ті ж самі вимірювання для двох випромінюючих джерел. Вимкніть апаратуру і знайдіть середнє значення N12 та абсолютну похибку його вимірювання.

  5. За формулами (5) і (7) підрахуйте середнє значення часу відновлення лічильника і відносну похибку його вимірювання.

  6. За формулами (1) і (6) знайдіть роздільну здатність лічильника і його ефективність. Рекомендується також підрахувати ефективність лічильника при його роботі з першим радіонуклідом, другим, обома разом і порівняти результати.

  7. Результати роботи запишіть у табл. 1 і 2.


Таблиця 1.



вим.

N1,

1/хв

N1,

1/хв

N2,

1/хв

N2,

1/хв

N12,

1/хв

N12,

1/хв

1



















2



















3



















4



















5



















Сер.




















Таблиця 2.

τ

R

η,

%

E,

%

хв

с

1/хв

1/с




















^ Контрольні питання


  1. Для чого застосовують трекові детектори? Наведіть приклади трекових детекторів.

  2. Для чого застосовують електронні детектори? Наведіть приклади найуживаніших електронних детекторів.

  3. Поясніть фізичні основи роботи сцинтиляційних детекторів.

  4. Поясніть принцип роботи лічильника Гейгера за різних умов горіння розряду.

  5. У чому полягає внутрішнє і зовнішнє гасіння розряду в лічильнику Гейгера?

  6. Що називають часом відновлення робочого режиму лічильника?

  7. Що називають роздільною здатністю лічильника?

  8. Виведіть формулу для розрахунку часу відновлення лічильника методом двох радіонуклідів.

  9. Що називають ефективністю лічильника? Отримайте формулу для ефективності лічильника.


Укладачі: Єлізаров О.І., Єлізаров М.О.

кафедра фізики КНУ ім. М.В. Остроградського, Кременчук, 2011.

Схожі:

Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота Визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційного матеріалу

Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота №9
Випробування на горючість, визначення груп горючості та займистості будівельних матеріалів“
Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота 19 Спектральна густина випромінювальної здатності чорного тіла 1 Порядок виконання лабораторної роботи
Після виконання лабораторної роботи, потрібно виконати теоретичне завдання з теми роботи
Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота №5
Мета роботи – ознайомитися з фізичними характеристиками шуму, принципами його нормування, вимірами І методами захисту, а також оцінкою...
Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconДокументи
1. /ЛАБОРАТОРНА РОБОТА ь1.doc
2. /ЛАБОРАТОРНА...

Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconДокументи
1. /Лабораторн_ роботи гр. 721/Вх_дний контрол з ЛАБ. РОБ. Ф_ЗИКА.doc
2. /Лабораторн_...

Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота №26 визначення коефіцієнта в’язкості рідини капілярним методом
Прилад Арреніуса, секундомір, мензурка, досліджувана рідина, міліметрова лінійка
Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота №20
Дослідження дифракції Фраунгофера на двох щілинах у світлі лазера І визначення довжини хвилі лазера
Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconЛабораторна робота №3 «Визначення оптимальної поліноміальної регресії»
Нехай для деякого сільгосппідприємства відомі середні врожайності зернових культур за останні 9 років (табл. 3)
Лабораторна робота 3-16 визначення роздільної здатності та ефективності самогасного лічильника iconДокументи
1. /Лабораторн_ роботи гр. 721/Вх_дний контрол з ЛАБ. РОБ. Ф_ЗИКА.doc
2. /Лабораторн_...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи