Гейгер Мюллер есептегіштері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ АГРАРЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
коммерциялық емес акционердік қоғам

СТУДЕНТТІҢ ӨЗІНДІК ЖҰМЫСЫ

Гейгер Мюллер есептегіштері

Орындаған: Орынтай Арайлым 408 топ студенті

Тексерген:
Тексерген күні:
Оқытушының қолы:

Алматы, 2020ж

Жоспары
Кіріспе
Негізгі бөлім
2.1. Гейгер Мюллер есептегіштердің тағайындалуы
2.2. Гейгер Мюллер есептегіштің құрылысы және жұмыс принципі
2.3. Сцинтилляциялық есептегіштің жұмыс істеу принципі
2.4. Сцинтилляциялық есептегіштердің құрылысы
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе
Гейгер-Мюллер есептегіштері - иондаушы сәулеленудің ең көп тараған детекторлары (датчиктері). Осы уақытқа дейін біздің ғасырдың басында жаңа туып жатқан ядролық физиканың қажеттіліктері үшін ойлап табылған, таңқаларлықтай, толықтай ауыстыру жоқ. Гейгер есептегіші өте қарапайым. Негізінен оңай иондалатын неон мен аргоннан тұратын газ қоспасы екі электродпен жақсы эвакуацияланған тығыздалған цилиндрге енгізіледі. Әуе шыны, металл және т.б. болуы мүмкін. Әдетте, есептегіштер сәулеленуді бүкіл бетімен қабылдайды, бірақ бұл үшін әуе шарында арнайы терезесі бар адамдар бар.
Электродтарға жоғары кернеулі U қолданылады (суретті қараңыз), ол өздігінен разряд құбылыстарын тудырмайды. Есептегіш иондану орталығы оның газды ортасында пайда болғанға дейін осы күйде қалады - иондар мен электрондардың ізі сырттан келетін иондаушы бөлшектерден пайда болады. Бастапқы электрондар, электр өрісінде үдетіліп, газ тәрізді ортаның басқа молекулаларын жолда иондайды, электрондар мен иондарды көбейтеді. Қар көшкіні сияқты дамып, бұл процесс электродтаралық кеңістікте электрон-ион бұлтының пайда болуымен аяқталады, бұл оның өткізгіштігін күрт арттырады. Есептегіштің газ ортасында көзге көрінетін разряд пайда болады (егер аэростат мөлдір болса).
Кері процесс - газ тәрізді ортаның галогендік санауыштар деп аталатын күйдегі бастапқы қалпына келуі - өздігінен жүреді. Газ тәріздес ортада аз мөлшерде болатын галогендер (әдетте хлор немесе бром) күшке енеді, бұл зарядтардың интенсивті рекомбинациясына ықпал етеді. Бірақ бұл процесс әлдеқайда баяу. Гейгер есептегішінің радиациялық сезімталдығын қалпына келтіруге және оның жауап беру жылдамдығын - өлі уақытты анықтауға қажет уақыттың ұзақтығы оның маңызды паспорттық сипаттамасы болып табылады. Мұндай есептегіштер өздігінен сөнетін галоген деп аталады. Төменгі кернеу, шығыс сигналының тамаша параметрлері және жауап берудің жоғары жылдамдығымен, олар тұрмыстық сәулеленуді бақылау құрылғыларында иондаушы сәулелену датчиктері ретінде қолдануға өте ыңғайлы.
Гейгер санауыштары иондаушы сәулеленудің әртүрлі түрлеріне - а, б, г, ультрафиолет, рентген, нейтронға жауап беруге қабілетті. Есептегіштің нақты спектрлік сезімталдығы көбінесе оның дизайнына байланысты. Осылайша, а- және жұмсақ b сәулеленуіне сезімтал есептегіштің кіру терезесі өте жұқа болуы керек; бұл үшін әдетте қалыңдығы 3 ... 10 мкм болатын слюда қолданылады. Қатты b- және g-сәулеленуге әсер ететін есептегіш шар, әдетте, қабырғасының қалыңдығы 0,05 ... 0,06 мм цилиндр тәрізді болады (ол есептегіштің катодын да атқарады). Рентгенге қарсы терезе бериллийден, ал ультрафиолет санауыш кварц шыныдан жасалған.
Сцинтилляциялық есептегіштер. Бұл бөлшектер мырыш сульфидінің (ZnS) экранына соғылған кезде пайда болатын жарқылдарды санау арқылы зарядталған бөлшектерді анықтау әдісі - ядролық сәулеленуді анықтауға арналған алғашқы әдістердің бірі.
Сонау 1903 жылы Крукс және басқалар қараңғы бөлмеде ұлғайтқыш әйнек арқылы а-бөлшектерімен сәулеленген мырыш сульфидті экранын қарасаңыз, жарықтың қысқа мерзімді жекелеген сәулелері - сцинтиляцияның пайда болуын көре аласыз. Бұл сцинтилляциялардың әрқайсысы экранға соққан бөлек а-бөлшектің көмегімен жасалатыны анықталды. Крукс a-бөлшектерді санауға арналған Crookes spinthariscope деп аталатын қарапайым құрылғы жасады.
Кейін визуалды сцинтилляция әдісі негізінен бірнеше миллион электрон вольт энергиялары бар а-бөлшектер мен протондарды тіркеу үшін қолданылды. Жеке жылдам электрондарды тіркеу мүмкін болмады, өйткені олар өте әлсіз сцинтилляцияны тудырады. Кейде, мырыш сульфидінің экраны электрондармен сәулеленгенде, алауды байқауға болады, бірақ бұл жеткілікті мөлшерде электрондардың бір мезгілде сол мырыш сульфидінің кристалына түскен кезде пайда болды.
Гамма-сәулелер экранда жыпылықтамайды, тек жалпы жарқыл жасайды. Бұл а-бөлшектерді күшті g-сәулелену кезінде тіркеуге мүмкіндік береді.
Сцинтилляцияның визуалды әдісі отызыншы жылдарға дейін, ядролық сәулеленуді тіркеудің жаңа әдістері пайда болған кезде, оны біраз уақыт ұмытуға мәжбүр болған кезде үлкен маңызға ие болды. Тіркеудің сцинтилляциялық әдісі ХХ ғасырдың қырқыншы жылдарының соңында жаңа негізде қайта жанданды. Осы уақытқа дейін фотомультипликативті түтіктер (ПМТ) жасалды, бұл жарықтың өте әлсіз жарқылдарын тіркеуге мүмкіндік берді. Сцинтилляциялық санауыштар құрылды, олардың көмегімен санау жылдамдығын көрнекі әдіспен салыстырғанда 108 есеге немесе одан да көп арттыруға болады, сонымен қатар энергияда зарядталған бөлшектерді де, нейтрондарды да, g-сәулелерін де тіркеуге және талдауға болады.

Негізгі бөлім
2.1. Гейгер Мюллер есептегіштердің тағайындалуы
Гейгер-Мюллер есептегіші - бұл иондаушы сәулеленудің қарқындылығын анықтауға немесе басқаша айтқанда, ядролық реакциялардан туындайтын иондаушы бөлшектерді санауға арналған екі электродты құрал: гелий иондары (- бөлшектер), электрондар (- бөлшектер), рентгендік кванттар (- бөлшектер) және нейтрондар. Бөлшектер өте жоғары жылдамдықпен таралады [иондар үшін 2,107 м с дейін (энергия 10 МэВ дейін) және электрондар үшін жарық жылдамдығы туралы (энергия 0,2 - 2 МэВ)], олар есептегішке енеді. Есептегіштің рөлі бөлшектер құрылғының көлеміне енгенде қысқа (миллисекундтық фракциялар) кернеу импульсін (бірлік - ондаған вольт) қалыптастыру болып табылады.
Иондалатын сәулеленудің басқа детекторларымен (датчиктерімен) салыстырғанда (иондану камерасы, пропорционалды санауыш) Гейгер-Мюллер есептегіші шекті сезімталдыққа ие - бұл жердің табиғи радиоактивті фонын басқаруға мүмкіндік береді (см2-ге 1 бөлшек 10 - 100 секунд). Өлшеудің жоғарғы шегі салыстырмалы түрде аз - секундына 104 бөлшекке дейін немесе сағатына 10 Зивертке дейін (Зв сағ). Есептегіштің ерекшелігі - бөлшектердің түріне, олардың энергиясына және сенсор көлемінде бөлшек шығаратын иондану санына қарамастан бірдей шығыс кернеу импульстарын құру мүмкіндігі.
V датчигін қосуға арналған әдеттегі схемада (1-сурет) тұрақты кернеу көзі U0 (жүздеген вольт), резистор R (MΩ бірліктері), блоктаушы конденсатор C және кіріс (паразиттік) сыйымдылығы Ca бар электр импульсінің есептегіші бар. Иондаушы бөлшектің есептегішке енуі резистор мен сенсор арқылы көзден ток импульсінің пайда болуына әкеледі (бірлік - ондаған микроампер). Құрылғының анодындағы кернеу қысқа уақытқа төмендейді (миллисекундтың фракциялары) және теріс кернеу импульсі блоктау конденсаторы арқылы А блогының кірісіне беріледі, онда импульстар белгілі бір уақыт аралығында (секунд - минут) есептеледі. Импульстер санының уақыт интервалына қатынасы сәулелену дозасының жылдамдығын ш.

Сурет: 1 Гейгер санауышын қосу схемасы. Uo - қуат көзі; V - сәулелену датчигі; A - импульстік санауыш; Са- паразиттік сыйымдылық
2.2.Гейгер Мюллер есептегіштің құрылысы және жұмыс принципі
Гейгер санауышының жұмысы газ -, - немесе -бөлшектерінің иондалуы нәтижесінде пайда болатын бір немесе бірнеше электрондардың бастамасымен іске асырылатын металл электродтары арасындағы өзін-өзі қамтамасыз етпейтін импульсті газ разрядына негізделген. Есептегіштерде электродтардың цилиндрлік дизайны әдетте қолданылады, ал ішкі цилиндрдің (анодтың) диаметрі сыртқыға (катодқа) қарағанда әлдеқайда аз (шамасы 2 немесе одан да көп), бұл принципиалды маңызы бар. Анодтың сипаттамалық диаметрі - 0,1 мм.
Бөлшектер санауышқа вакуумдық қабық пен катод арқылы цилиндрлік конструкцияда енеді (2-сурет, а) немесе ақырғы дизайндағы арнайы жалпақ жұқа терезе арқылы (2, б-сурет). Соңғы нұсқа - ену қабілеті төмен бөлшектерді тіркеу үшін қолданылады (мысалы, қағаз парағында сақталады), бірақ бөлшектер көзі ағзаға түскен кезде өте биологиялық қауіпті. Сондай-ақ, слюда-терезе детекторлары салыстырмалы түрде аз энергиялы β-бөлшектерді (жұмсақ бета-сәулелену) санау үшін қолданылады.

Сурет: 2. Цилиндрлік (а) және соңғы (б) Гейгер есептегіштерінің сызбалық құрылымдары. Белгілері: 1 - вакуумдық қабық (шыны); 2 - анод; 3 - катод; 4 - терезе (слюда, целлофан)
Жоғары энергиялы бөлшектерді немесе жұмсақ рентген сәулелерін тіркеуге арналған есептегіштің цилиндрлік нұсқасында жұқа қабырғалы вакуумды қабықша қолданылады, ал катод жіңішке фольгадан немесе қабықтың ішкі бетіне шоғырланған жұқа металл пленка (мыс, алюминий) түрінде жасалады. Кейбір конструкцияларда жұқа қабырғалы металл катод (қабырғалары қатайған) вакуум қабығының элементі болып табылады. Қатты рентген сәулелері (-бөлшектер) ену күшін жоғарылатады. Сондықтан оны жеткілікті қалың вакуумды қабықшалы қабырғалары бар және катодты массивті детекторлар жазады. Нейтронды есептегіштерде катодты кадмийдің немесе бордың жұқа қабаты жабады, онда нейтрондық сәулелену ядролық реакциялар арқылы радиоактивті сәулеленуге айналады.
Құрылғының көлемі әдетте аргонмен немесе неонмен толтырылады, аргонның аз (1% дейін) қоспасы атмосфераға ұ қысым кезінде (10 -50 кПа). Шығарудан кейінгі жағымсыз құбылыстарды жою үшін бром немесе спирт буларының қоспасы (1% дейін) газ құюға енгізіледі.
Гейгер есептегішінің бөлшектерді олардың түріне және энергиясына қарамастан тіркеу қабілеті (бөлшек құрған электрондардың санына қарамастан бір кернеу импульсін жасау), анодтың диаметрі өте аз болғандықтан, электродтарға қолданылатын барлық кернеудің тар анодты қабатта шоғырланғандығымен анықталады. Қабаттың сыртында олар газ молекулаларын иондалатын бөлшектерді ұстау аймағы бар. Бөлшек молекулалардан жұлып алған электрондар анодқа қарай үдей түседі, бірақ электр өрісінің кернеулігі аз болғандықтан газ әлсіз иондалады. Иондану өрістердің кернеулігі жоғары анод қабатына электрондар түскеннен кейін күрт артады, мұнда электрондардың көшкіндері (бір немесе бірнеше) электрондарды көбейтудің өте жоғары дәрежесімен дамиды (107-ге дейін). Алайда, пайда болған ток сенсор сигналының пайда болуына сәйкес мәнге әлі жеткен жоқ.
Токтың жұмыс мәніне дейін артуы қар көшкінінде, ионданумен бір мезгілде, энергиясы шамамен 15 эВ ультракүлгін фотондардың пайда болатындығына байланысты, бұл газ толтырғыштағы қоспа молекулаларын иондау үшін жеткілікті (мысалы, бром молекулаларының иондану потенциалы 12,8 В құрайды). Қабаттан тыс молекулалардың фотоионизациясы нәтижесінде пайда болатын электрондар анодқа қарай үдетіледі, бірақ өрістің кернеулігі төмен болғандықтан, қар көшкіні мұнда дамымайды және разрядтың дамуына аз әсер етеді. Қабатта жағдай басқаша: қалыптасқан фотоэлектрондар жоғары қарқындылыққа байланысты қарқынды қар көшкіндерін бастайды, оларда жаңа фотондар пайда болады. Олардың саны бастапқыдан асып, фотондар - электронды қар көшкіндері - фотондар схемасы бойынша қабаттағы процесс тез өседі (бірнеше микросекунд) (іске қосу режиміне өтеді). Бұл жағдайда бөлшек бастаған алғашқы қар көшкіні орнынан шығу анод бойымен таралады (көлденең тұтану), анод тогы күрт артады және сенсор сигналының алдыңғы шеті пайда болады.
Сигналдың артқы жиегі (токтың азаюы) екі себепке байланысты: резистордағы токтан кернеудің төмендеуіне байланысты анодтық потенциалдың төмендеуі (алдыңғы жиекте потенциал электродтаралық сыйымдылықпен сақталады) және электрондар анодты тастағаннан кейін иондардың кеңістік заряды әсерінен қабаттағы электр өрісінің кернеулігінің төмендеуі (заряд). нүктелердің потенциалын жоғарылатады, нәтижесінде қабаттағы кернеудің төмендеуі төмендейді, ал бөлшектерді ұстау аймағында артады). Екі себеп те қар көшкінінің қарқындылығын төмендетеді және қар көшкіні - фотондар - қар көшкіні схемасы бойынша процесс сөніп, сенсор арқылы ток азаяды. Ағымдағы импульс аяқталғаннан кейін анодтық потенциал бастапқы деңгейге дейін артады (анодтық резистор арқылы электродтаралық сыйымдылықтың заряды есебінен белгілі бір кідіріспен), электродтар арасындағы саңылаудағы потенциалдың таралуы иондардың катодқа шығуы нәтижесінде бастапқы қалпына келеді, ал есептегіш жаңа бөлшектердің келуін тіркеу мүмкіндігін қалпына келтіреді.
Иондаушы сәулелену детекторларының ондаған типтері шығарылады [8]. Оларды белгілеу кезінде бірнеше жүйелер қолданылады. Мысалы, СТС-2, СТС-4 - өзін-өзі сөндіретін есептегіштер немесе МС-4 - мыс катодты есептегіш (V - вольфраммен, G - графитпен), немесе CAT-7 - соңғы бөлшектердің санағышы, SBM-10 - санауыш - металл бөлшектері, SNM-42 - металл нейтрондық есептегіш, SRM-1 - рентгендік есептегіш және т.б.

2.3.Сцинтилляциялық есептегіштің жұмыс істеу принципі
Сцинтилляциялық есептегіш - бұл сцинтиллятор (фосфор) мен фотомультипликатор түтігінің (РМТ) тіркесімі. Есептегіштің жиынтығында ПМТ импульстарын күшейтуді және тіркеуді қамтамасыз ететін ПМТ және радиотехникалық ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.