Реферати українською » Наука и техника » Лічильники ядерного випромінювання


Реферат Лічильники ядерного випромінювання

Страница 1 из 2 | Следующая страница

року міністерство освіти Російської Федерації

Амурский державний університет

Кафедра ОФХиЕ

РЕФЕРАТ

по ядерній фізиці на задану тему:

«Лічильники ядерного випромінювання»

Выполнил: Луковенко Р.Г.

      Перевірив: Ванина Е.А.

р. Благовєщенськ, 2000 р.

План:

1. Запровадження 3

2. Газовий розряд і обов'язкові фізичні процеси в газорозрядних

лічильниках 4

2.1. Пристрій і принцип роботи газорозрядних лічильників 4

2.2. Ударне іонізація. Коефіцієнт газового посилення 5

2.3. Пропорциональные лічильники 6

2.4. Безперервний розряд 7

2.5. Методи гасіння безперервного розряду 8

2.6. Гасящие схеми 9

2.7. Роль газового наповнення в лічильниках 9

3. Параметри і типи газорозрядних лічильників 11

3.1. Класифікація лічильників 11

3.2.1. Роздільна здатність. «Мертве час» 11

3.2.2. Ефективність лічильника 12 

3.2.3. Рахункова характеристика. Плато лічильника. 12

3.2.4. Виміри зі лічильниками 13

4. Негазоразрядные лічильники 14

  4.1. Кристаллические лічильники 14

  4.2. Сцинтилляционные лічильники 15

5. Укладання 17

6. Бібліографія 18

Запровадження.

Реальна перспектива використання людиною величезних енергій, схованих у надрах атома, з'явилася вперше у 1939 року. Сьогодні широке застосування отримують різноманітних ядерні випромінювання, як і раніше, що вони небезпечні для організму чоловіки й до того ж час неощущаемы, для виявлення й виміру ядерних випромінювань необхідні спеціальні прилади.

Основний частиною приладів для реєстрації ядерних випромінювань є елемент, сприймає випромінювання, - детектор випромінювання. З цією метою використовуються лічильники різних типів, дозволяють зареєструвати що до нього частку як короткочасного електричного струму – імпульсу. Найбільшого застосування мають газорозрядні лічильники, робота них базувалася на ионизирующем дії ядерного випромінювання. Поступово їх починають витісняти сцинтиляційні лічильники, які грунтується на реєстрації спалахів світла, що виникають у деяких речовинах під ударами частинок.

Щоб як знайти ядерне випромінювання, а й виміряти інтенсивність, мало лише детектора випромінювання. Необхідні ще електронні устрою, подсчитывающие число електричних імпульсів, тобто число яких спіткало лічильник частинок, та внутрішнього облаштування, що дають результат підрахунку.

До до їх числа слід віднести радіометри різних типів, тощо.

2.ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД І ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ У ГАЗОРАЗРЯДНЫХ СЧЕТЧИКАХ

2.1.Устройство і принцип роботи газоразрядного лічильника

Счетчиком може бути будь-якою газонаполненный прилад, проведений режим роботи, який би реєстрацію влучення ядерної частки по виникненню разрядного струму.

З власного влаштуванню лічильник є своєрідною конденсатором – він перебуває зазвичай з цих двох електродів. Форма електродів, зазвичай, цилиндрическая. Внутрішнім електродом служить тонка вольфрамова (можна залізо, чи ін. метал) нитку діаметром 0,1-0,5 мм. Ця нитку натягнута вздовж осі другого електрода – скляного, вкритого з боку проводять шаром, чи металевого циліндра діаметром 1-3 див (мал.1).

Для існування струму в газі потрібна наявність у просторі між електродами вільних електричних зарядів і електричного поля, підтримує струм. Тому, якщо електродах прикладена різницю потенціалів, то струм через лічильник проходитиме лише за умов, під дією яких спіткало лічильник рухомих частинок чи квантів електромагнітного випромінювання утворюються іони. Величина струму в газі не пропорційна прикладеному до лічильника напрузі.

Розглянемо докладніше показану малюнку 2 залежність величини струму імпульсу від режиму роботи лічильника, тобто. від докладеної до електродах напруги потрапляючи частки з певною кінетичній енергією.

Спочатку, при малих напругах на електродах, зі зростанням напруги U зростає пропорційно і струм I, але, починаючи з деякого значення напруги Uн, струм сягає насичення і змінюється при подальшому зростанні U у великій інтервалі напруги. Обьясняется це тим, що з малих напругах в усіх іони, які утворилися під впливом випромінювання, досягають електродів. Частину їхніх стикається з іонами противо-положного знака і рекомбинирует. При напругах Uн і від эл.поле настільки велика, що це які утворюються іони растаскива-ются до противо-положным элек-тродам. Ионизационный струм в інтервалі напруг Uн-Uп отримав назву струму насичення, оскільки його величина залежить від напруження і визначається лише числом які виникають іонів в одиницю часу.

Ионизационные прилади, працюють у режимі струму насичення, зв. ионизационными камерами. Отже, в інтервалі Uн-Uп лічильник працює як ионизационная камера. Оскільки одна іонізуюча частка створює дуже малий імпульс струму (exp(-14)A), то без попереднього посилення може бути заміряний навіть чутливими гальванометрами. Тому ионизационные камери, зазвичай, роблять великих ж розмірів та застосовують для реєстрації (на відміну лічильника) цілого потоку іонізуючих частинок.

2.2. Ударне іонізація. Коефіцієнт газового посилення.

При подальшому збільшенні напруги вище значення Uп при одному й тому ж початковій іонізації простежується зростання струму в імпульсі. Це означає, що звідкись в газі беруться додаткові вільні електричні заряди.

Электроны, освічені початковою дією радіації на нейтральні атоми газу, сильно пришвидшуються електричним полем, т.к. вони мають малої масою і, отже, інерцією. У цьому електрони набувають велику кінетичну енергію, пропорційну квадрату швидкості, і держава сама стають швидкими частинками, здатними виробляти іонізацію у зіткненні з нейтральними молекулами і атомами.

Якщо електрон (бета-частинка) пролітає таким близьким від електрона зовнішньої оболонки атома, що що виникає з-поміж них сила відштовхування перевищує сили, утримують електрон в атомі, він вилітає межі останнього. Такий механізм освіти іонів отримав назву ударної іонізації, а вся область напруг, за яких виникає -–області ударної іонізації.

за рахунок ударної іонізації можна було одержати значне збільшення іонізаційних струмів. Ставлення повного числа іонів, які до нитки лічильника, до первинних іонів, створених іонізуючої часткою, одержало назву коефіцієнта газового посилення. Величина його залежить від докладеної напруження і може перевершувати 10 млн.

Оскільки газорозрядні лічильники працюють у режимах, відповідних області ударної іонізації, за рахунок газового посилення вони значно переважають ионизационные камери зі своєї чутливості.

2.3. Пропорциональные лічильники

Розрізняють лічильники пропорційні і лічильники Гейгера-Мюллера. У перших, як свідчить саму назву, виникає імпульс струму, пропорційний первинної іонізації. І тут, очевидно на мал.2, обидві криві, отримані первинного іонізації, у сфері пропорційного рахунки йдуть паралельно одна одній. Тож за величині імпульсу, що у пропорційному лічильнику, можна будувати висновки про вигляді частки чи її енергії (перша осцллограмма на мал.2). Коефіцієнт газового посилення пропорційного лічильника невеликий (сягає кількох тысчяч).

            Механізм виникнення розряду в пропорційному лічильнику можна на рис.3.

 За першого столкновнении кількість первинних негативних іонів подвоюється, другий - коли - учетверяется, тощо. Через війну ціла лавина негативних іонів приходять позитивний електрод лічильника, створюючи круто наростаючий імпульс струму. Наступне розвиток струму в імпульсі визначатиметься рухом позитивних іонів і параметрами розрядної ланцюга.

            При подальшому збільшенні напруги (мал.2) в інтервалі Uо.п.-Uг пропорційність між величиною імпульсу і первинної іонізацією порушується. Коефіцієнти газового посилення для кривих a і b різні на одне й того напруги, і у області обмеженою пропорційності ці криві хто не йде паралельно. Нарешті, у сфері Гейгера при ще більше високих напругах на електродах, перевищують Uг, механізм роботи лічильників значно ускладнюється. Тут величина імпульсу не залежить від іонізації. Імпульси однакового розміру виникають від b-частиц і g-кванта, що створює іноді всього одну пару іонів у робочому обсязі лічильника, і південь від a-частицы, що створює десятки тисяч пар іонів (друга осциллограмма на мал.2).

2.4. Безперервний розряд

До області Гейгера примикає область безперервного розряду, до виникнення якого спеціальний іонізатор непотрібен. Досить приєднати соответствующеек високу напругу, що перевищує Uнепр, до електродах, як газ з-поміж них “запалюється” і начинаект напрерывно пропускати струм. Це добре знайомий по ссвечению неонових та інших газосветных трубок, широко що застосовуються реклами. Слід зазначити, що і безперервний розряд, і розряд у сфері Гейгера ставляться до розряду, який на відміну від несамостійного не вимагає для підтримки безперервного впливу зовнішніх іонізаторів.

            Безперервний розряд відбувається внаслідок двох нових процесів, супроводжуючих ударну іонізацію за дуже високих напругах:

1. Молекули, порушені соударениями, звільняються й від надлишкової енергії, випускаючи фотони ультрафіолетового проміння, і переходить до нормальний стан. Ці фотони поглинаються практично на всю поверхню катода і завдяки фотоефекту виривають потім із нього електрони. Останні, своєю чергою, створюють з допомогою ударної іонізації нові лавини іонів вже в усьому междуэлектордном просторі лічильника.

2. Позитивні іони при такі високі напругах набувають настільки велику кінетичну енергію, що вибивають з катода вільні електрони.

            Ці процеси відбуваються й у лічильнику Гейгера. Але цього разі різницю потенціалів на електродах негаразд велика, щоб “запалювання” лічильника Гейгера відбувалося самостійно. Для “запалювання” лічильника Гейгера необхідний зовнішній іонізатор, воздающий первинну іонізацію - хоча б одну пару іонів. У тому числі розвивається перша лавина, службовець, своєю чергою, початком безперервного розряду. Останній підтримується в лічильнику Гейгера згаданими вище двома процесами: висвічуванням порушених молекул газу (испусканием фотонів ) і ударами важких позитивних іонів про катод.

2.5. Методи гасіння безперервного розряду

Потрапляння наступній ионизационной частки в “запалений” лічильник неспроможна помітно змінити величину струму і, отже, нічого очікувати зареєстровано. Тому необхідно автоматично переривати розряд в лічильнику Гейгера отже, підготовляти лічильник до реєстрації нової частки.

            Існують дві основні методу гасіння розряду:

1. Застосування гасящих радіотехнічних схем;

2. Заповнення лічильників підібраними сумішами газів.

            Відповідно до цим, у разі лічильники називають несамогасящимися, у другому - самогасящимися.

2.6. Гасящие схеми

Найпростіша схема складається з великого ( мільярди ом) опору, включеного послідовно з анодом лічильника. Під час проходження у цій опору імпульсу струму у ньому падає значної частини напруги джерела харчування, а напруга на електродах на той час зменшується. Розпочатий безперервний розряд обривається, оскільки лічильник виявляється перекладеними в режим області пропорційного рахунку підприємства чи навіть струму насичення (зрушення кривою вліво на мал.2).

            У складних схемах гасіння зазвичай використовується свого роду негативна зворотний. У у відповідь що виник лічильнику імпульс струму спеціальна радіотехнічна схема виробляє негативний імпульс напруги. Цей негативний імпульс подається на лічильник, знижує різницю потенціалів на електродах і , в такий спосіб, викликає припинення газового розряду в лічильнику.

2.7. Роль газового наповнення в лічильниках

Нині майже використовуються самогасящиеся лічильники, які мають також низку переваг (швидкість дії, спрощення схеми включення, та інших.).

            Аби зробити лічильник самогасящимся, потрібно , очевидно, обмежити явища, що сприяють установленню безперервного розряду в лічильнику. Передусім слід уникнути виривання електронів з катода при поглинанні у ньому ультрафіолетового проміння, оскільки це є причиною освіти безперервного розряду. Поява самовільних хибних імпульсів за реєстрацією справжнього імпульсу , викликаного часткою, що влучила у лічильник, слід пов'язувати з вибиванням електронів з катода позитивними іонами і з висвічуванням про метастабільних атомів. Виявилося, що задля цього, що задля цього до наполнителю - одноатомному газу, наприклад аргону, слід додати до 10% газу чи парів багатоатомних молекул деяких речовин ( етиловий спирт, метан, хлор, та інших.). Можливо підібрати поєднання газів у суміші, що утворені фотони буде цілком поглинатися многоатомными молекулами за 1-2 мм. від місця їх виникнення та не зможуть тому всі долетіти до катода й може викликати помітний фотоефект. У цьому многоатомные молекули або ионизируются, або диссоциируют на радикали - розпадаються на нейтральні частини.

3. ПАРАМЕТРЫ І ТИПЫ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ СЧЕТЧИКОВ

3.1. Класифікація лічильників

Систематизувати велику кількість різноманітних типів лічильників можна за різним ознаками. По механізму дії розрізняють лічильники з несамостійною і самостійним розрядом. До перших належать пропорційні лічильники, до другого - лічильники Гейгера (острийные) і Гейгера-Мюллера (нитиевые). Лічильники із автономним розрядом бувають, своєю чергою, самогасящимися і несамогасящимися.

            практично найважливіше систематизувати лічильники за призначенням і з конструктивним ознаками, причому особливості конструкції часто обумовлюються призначенням лічильника. Слід розрізняти лічильники a-, b-частиц, g-квантов, рентгенівських променів, нейтронів і лічильники спеціального призначення. Призначення лічильника пред'являє певних вимог у виборі режиму роботи лічильника і матеріалів, у тому числі він виготовляється. Якщо, наприклад, слід визначити енергію частки, Не тільки реєструвати її наявність, то застосовують пропорційні лічильники. Для рахунки g-квантов лічильники роблять з катодом з важких елементів, а рахунки b-частиц, навпаки, воліють виготовляти катоди легке металів, аби знизити фотоефект.

3. 2. Параметри лічильників

Параметри газорозрядних лічильників визначаються як конструкцією, матеріалом, із якого виготовлено електроди, складом і тиском які переповнюють лічильник газів, а й технології виготовлення: щоб одержати стабільних результатів визначена висока чистота і "культуру виробництва.

            Основними характеристиками лічильника є: максимальна швидкість рахунку підприємства чи що дозволяє здатність, ефективність, лічильна характеристика.

3.2.1. Роздільна здатність. Мертве час.

Максимальна швидкість рахунки, тобто. найбільше імпульсів, які можуть виникнути в лічильнику за 1 сік, очевидно, залежить від тривалості з так званого “мертвого часу”, протягом якого лічильник неспроможний відповісти імпульсом на влетевшую до нього частку.

            Обозначая розрізнювальну здатність лічильника через Nмакс [импсек], можемо її зв'язку з мертвим часом висловити формулою: Nмакс=1/tм

            Для визначення повного числа частинок, яких спіткало лічильник, потрібно внести поправки на прорахунок, тобто. тих незареєстровані частки, які потрапили всередину лічильника протягом мертвого часу: N=Nизм/1-Nизмtм

3.2.2. Ефективність лічильника.

Эффективенсть лічильника характеризує здатність лічильника реагувати те що чи інше випромінювання. Чисельно вона дорівнює відношенню числа частинок, викликали імпульси, до загальної кількості частинок, яких спіткало лічильник за еденицу часу. Зазвичай ефективність позначають у відсотках.

3.2.3. Рахункова характеристика. Плато лічильника.

            Знання лічильної характеристики дозволяє поставити лічильник в нормальний режим роботи. Зазвичай лічильна характеристика є графік залежності числа імпульсів в еденицу часу від напруги на електродах.

На рис.4 зображено типова лічильна характеристика, видно, що з напругах, менших початку рахунки Uн.с. , лічильник не вважає.

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація