Лабораторна робота №1 детектори ядерних випромінювань
Розділ 1. Теоретичне введення
1. Цілі та завдання роботи.
Ознайомитись з фізичними основами дії лічильника Гейгера-Мюллера, його характеристиками та можливостями як детектора іонізуючих випромінювань, експериментально виміряти основні параметри конкретного лічильника, що використовується в даній лабораторній роботі.
Лічильники Гейгер-Мюллера (далі, для скорочення тексту, просто лічильники Гейгера), завдяки відносно низькій вартості, простоті експлуатації та порівняно великій величині вихідного сигналу, є найбільш поширеними детекторами гамма-випромінювання, а також у ряді випадків бета- та нейтронного випромінювання, знаходячи широке застосування у побутових дозиметрах, у промислових установках радіоізотопної техніки, у наукових дослідженнях, які потребують високої ефективності реєстрації випромінювань тощо.
Перед виконанням роботи рекомендується ще раз прочитати «Вступ до фізпрактикуму», приділивши додаткову увагу пунктам: 1, 2, 3.1.1, 3.2, 3.4, 4.2, 4.3, 4.4, 5.1, 5.3, 5.5.
2. Вступ.
Лічильник Гейгера-Мюллера, винайдений Гейгером і вдосконалений Мюллером, а потім Тростом, як і будь-якийгазовий іонізаційний детектор(див. нижче) , являє собою газонаповнений конденсатор, до обкладок якого прикладено певну постійну напругу. Реєстровані заряджені частинки, що проникають всередину об'єму такого детектора через спеціальні тонкі вікна з легень, початку таблиці Менделєєва «малоелектронних» матеріалів (берилій, алюміній, полімерні плівки тощо), або вторинні заряджені частинки, що виникають усередині детектора при взаємодії частинок (квантів),викликають іонізацію атомів та молекул газу (див. п. 3.1.1 та 3.4 «Введення у фізпрактикум»). Електрони та позитивні іони іонізації під дією електричного поля спрямовуються до відповідних електродів детектора, створюючи електричний сигнал - імпульс струму, на кожну реєстровану частинку (квант), або безперервний іонізаційний струм на порівняно великий потік частинок (квантів), які обробляються вимірювальною. Характеристики електричного сигналу (амплітуда, тривалість, частота проходження імпульсів або величина іонізаційного струму) є джерелом інформації про випромінювання, що реєструється. Величина іонізаційного ефекту (тобто число пар електрон-іон) і, відповідно, амплітуда імпульсу іонізаційного струму, створюваного в газі детектора кожною частинкою (квантом) випромінювання, флуктує через випадковий характер процесів іонізації, але в середньому пропорційна енергії самої реєстрованої частинки (кванти). У всіх різних типах газових іонізаційних детекторів для збільшення вихідного сигналу істотно забезпечити найбільш повне збирання утворених зарядів на електродах детектора, чому сприяє наповнення детекторів відповідними сумішами газів на основі інертних газів (зазвичай аргон), що володіють, на відміну від, наприклад, кисню, , тобто. здатністю пов'язувати вільні електрони із заснуванням негативних іонів. Час збирання зарядів на електродах детектора, чи тривалість імпульсу іонізаційного струму, визначається швидкістю спрямованого руху зарядів в електричному полі (швидкістю дрейфу зарядів). Швидкість дрейфу суттєво менша за швидкість теплового руху атомів і молекул у газі. Для електронів ця швидкість на 2-3 порядки вище, ніж для іонів (істотна відмінність у масі),тому в багатьох типах детекторів для збільшення швидкодії використовують лише збирання електронів (див. п. 5.3 «Введення у фізпрактикум» про тимчасове вирішення детектора).
Процеси газового розряду дуже складні та їх перебіг залежить від багатьох чинників: від величини напруги на детекторі, від геометрії газового конденсатора (розміри та форма електродів, відстань між електродами), від розподілу напруженості електричного поля в газовому проміжку (як правило, неоднорідного поля, наприклад , Для циліндричного конденсатора[1]), від складу та тиску газу або суміші газів і т.п.