Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 1)

де Еm – в МеВ, Rm – в г/см2. Ця формула справедлива при  . Вона також може бути використана для оцінки максимальної енергії бета-спектру.

 

Опис експериментальної установки

Блок-схема експериментальної установки зображена на рис.8. На цьому рисунку К – касета з радіоактивним джерелом   і набором пластинок з алюмінієвої фольги, через які проходить потік бета-випромінювання і попадає на газовий лічильник (ГЛ). Газовий лічильник живиться від блоків живлення високовольтного БЖВ і низьковольтного БЖН.

При попаданні бета-частинок в газовий лічильник на його аноді виникає імпульс напруги. Число імпульсів за певний час підраховується лічильником (ЛЧ).

Газовий лічильник – це камера з двома електродами, заповнена газом при невисокому тиску. Катод – порожнистий циліндр, а анод – тонка дротинка, розміщена вздовж осі циліндра. Анод через великий опір R підключений до джерела високої напруги (рис.9). Геометрія електричного поля всередині газового лічильника така, що більша частина напруги падає на невеликій області біля самої нитки анода. Напруга живлення підбирається такою, що в цій області електричне поле достатнє для ударної іонізації молекул газу. Якщо в газі виникає заряджена частинка, то вона прискорюється на довжині вільного пробігу і набуває енергії, достатньої для іонізації молекул газу, внаслідок чого кількість заряджених частинок лавиноподібно наростає. Розвиток лавини відбувається на протязі дуже короткого часу, порядку 10-6с. В області біля анода утворюється багато електронів і позитивних іонів. Електрони дуже рухливі і швидко, під дією поля , виходять з цієї області. Позитивні іони утворюють об’ємний заряд, який знижує напруженість поля в прианодній області, що припиняє ударну іонізацію. Під час виникнення лавини виникає імпульс струму. Основними носіями струму є електрони, тому що вони більш рухливі, ніж позитивні іони. В дальшій від анода області ударна іонізація не відбувається.

При попаданні іонізуючої частинки в прианодну область виникає початкова іонізація, яка викликає імпульс струму, внаслідок чого на аноді газового лічильника виникає від’ємний імпульс напруги, який через конденсатор С передається на лічильник ЛЧ. Газовий лічильник повинен спрацювати на кожну іонізуючу частинку, що викликає іонізацію. Тому тривалість імпульсу від однієї частинки повинна бути невеликою. Для цього розряд, який виникає внаслідок ударної іонізації, повинен бути швидко погашений.

З попереднього випливає, що певний час, поки не розсмоктується іонізація після виникнення лавини, лічильник не може реєструвати наступну іонізуючу частинку. Цей час називається мертвим часом лічильника. Мертвий час визначає часову роздільну здатність лічильників. Цей час є величиною порядку 10-4с. Наявність мертвого часу приводить до того, що число імпульсів напруги лічильника не співпадає з кількістю іонізуючих частинок, які влітають в його об’єм і викликають іонізацію. Якщо Нτ – число імпульсів за одиницю часу при наявності мертвого часу, то лічильник рахує їх не цілу одиницю часу, а на протязі   (τ – мертвий час лічильника). Якщо число іонізуючих частинок за одиницю часу Н, то між Нτ і Н повинно виконуватись співвідношення  . Звідси

                                                          .                                                          (29)

 

Швидкість лічби газового лічильника при постійному рівні опромінення залежить від прикладеної напруги (рис.10), ця залежність називається лічильною характеристикою лічильника. Область, в якій залежність N від U невелика, є робочою і називається плато.

Лічильники для бета-випромінювання роблять з якомога тоншими стінками, щоб частинці легше було пройти крізь них. Але для кожного лічильника існує найменша енергія Е0, яка необхідна для пробивання стінки лічильника. Для бета-частинок ефективність газового лічильника близька до 100%, тобто він реєструє практично всі частинки, які попадають в газовий об’єм. Для детектування гама-випромінювання імовірність взаємодії гама-фотона з молеку- лами газу дуже мала. Більшу імовірність має взаємодія гама-фотона з атомами стінок лічильника, внаслідок чого вини- кають швидкі електрони. Тому стінки камери лічильника, призначеного для реєстрації гама-випромінювання, роблять достатньо товстими. Товщина стінок повинна бути дещо меншою довжини пробігу комптонівських електронів при мінімальній енергії фотонів, оскільки основним механізмом взаємодії гама-випромінювання з стінками є ефект Комптона.

 

Хід роботи

 

1. Основні установки на лічильному пристрої: кнопка “Проверка” – відтиснута; перемикач виду робіт в положенні “N”; перемикач полярності імпульсів – в положенні негативного імпульса “         ”; перемикач “Вывод” – в положенні “Однократно”; перемикач “Генератор” – в положенні “Внутренний”; перемикач “Управление” – в положенні “Автоматическое”; перемикач “Экспозиция” – в положенні необхідного часу експозиції (біля 100с).

2. Ввімкнути прилади установки. Натиснути клавішу “Сброс”. Прогріти прилади на протязі 20хв.

3. Вставити в касету джерело бета-випромінювання і визначити кількість імпульсів за одиницю часу при відсутності поглинаючих пластин N0 (n = 0). Час експозиції в досліді повинен бути по можливості більшим, щоб менше на результати досліду впливали статистичні флуктуації потоку бета-випромінювання і його взаємодії з лічильником. Але при цьому лічильна установка не