Материал: Газоразрядный детектор ионизирующих излучений - счетчик Гейгера-Мюллера (110

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ – СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА–МЮЛЛЕРА

Учебное пособие для вузов

Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета

2012

Утверждено научно-методическим советом физического факультета 12 сентября 2012 г., протокол № 9

Составители: В.Б. Бруданин, А.Г. Бабенко, В.М. Вахтель, В.А. Работкин

Рецензент доктор физ.-мат. наук, проф. В.А.Терехов

Учебное пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета в обеспечение лабораторных занятий по курсам «Ядерная физика» и «Приборы и методы ядерной физики».

Рекомендовано для аудиторной подготовки и самостоятельной работы студентов.

Для направления 010700 – Физика

2

3

Газоразрядный детектор ионизирующих излучений – счетчик Гейгера–Мюллера

Цели работы: изучить механизм работы газоразрядного детектора- счетчика Гейгера–Мюллера (СГМ); освоить методики определения основных параметров и характеристик СГМ.

Газоразрядный детектор – СГМ с самостоятельным разрядом изобретен в 1908 г. физиками Х. Гейгером и Э. Резерфордом. Позднее он был усовершенствован Х. Гейгером и немецким физиком В. Мюллером и называется теперь «счетчик Гейгера–Мюллера» – СГМ.

СГМ – это детектор для регистрации (счета) отдельных заряженных частиц, нейтронов, квантов рентгеновского и гамма-излучений. Механизм работы СГМ основан на возникновении самостоятельного разряда в рабочем объеме счетчика, заполненного газом, при попадании в этот объем изучаемой высокоэнергетичной частицы.

Самостоятельный газовый разряд – это электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора – высокоэнергетичной частицы, а несамостоятельный – разряд, существующий только при воздействии внешнего источника ионизации. Образование электрического разряда ведет в замкнутой электрической цепи к формированию тока примерно на время существования разряда, который и регистрирует электронное счетное устройство. Таким образом, число импульсов тока соответствует числу частиц, вызвавших разряды в СГМ за время наблюдения

(рис. 1).

СГМ предназначены только для измерения пространственных и временных характеристик потоков частиц или фотонов, но не позволяют определить энергию и природу частиц. Поэтому СГМ применяются в основном, как детекторы в радиометрии различных ионизирующих излучений для оценки потоков излучений.

МЕХАНИЗМ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СГМ

В чувствительном объеме СГМ создается постоянное неоднородное электрическое поле с напряженностью E(r), например, цилиндрической структуры, когда постоянное напряжение V0 подается между коаксиально расположенными электродами в виде тонкой нити – металлической проволоки в центре – анода радиуса ra и цилиндрического катода радиуса rk (рис. 2). Цилиндрический объем СГМ заполнен смесью газов. Изучаемое высокоэнергетическое ионизирующее излучение поступает обычно в чувствительный объем СГМ через его боковую цилиндрическую поверхность – катод. Возникающий в результате ионизации газа импульсный разряд длит-

4

ся до ~10–3с = 1 мс, и прекращается – гасится в результате специально создаваемых условий протекания процессов разряда в СГМ.

Импульсы тока J(t), образующиеся при разряде, создают на нагрузочном сопротивлении R импульсы напряжения U(t), которые имеют достаточно большие значения, что позволяет регистрировать их непосредственно электронным устройством, называемым счетчиком импульсов. На рис. 1 показана упрощенная функциональная схема работы СГМ.

Рис. 1. Упрощенная функциональная электрическая схема СГМ

E (r ) = V0 (r ln(rк ra ))

E(r)

Анод

V+

ra rк

Катод

Рис. 2. Конфигурация электрического поля в цилиндрическом СГМ: а – поперечный разрез цилиндрического СГМ; б – конфигурация электрического поля в цилиндрическом СГМ

5