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

Eγ = 660 кэВ известной интенсивности и затем при такой же геометрии из-

мерений источник гамма-излучения радионуклида кобальта-60 известной интенсивности, установив перед входным окном счетчика алюминиевую фольгу толщиной 0,1 0,3 мм, а затем без фольги. Статистическая погрешность измерений должна быть не более 5 %, что определяет длительность измерений и вклад фонового излучения.

Для оценки зависимости относительной светосилы от геометрии измерений, а именно от расстояния между окном торцевого СГМ или поверхностью цилиндрического счетчика и поверхностного коллиматора, проведите измерения интенсивности потока гамма-излучения радионуклида, например цезия-137 или кобальта-60 при двух расстояниях между коллиматором и СГМ. Статистическая погрешность измерений не должна превышать 5 %.

Результаты измерений представить в форме таблицы.

Контрольные вопросы и задачи Вопросы

1)Объясните механизм развития самостоятельного газового разряда в счетчике Гейгера–Мюллера.

2)Объясните механизм гашения разряда в самогасящихся счетчиках Гейгера с многоатомными газовыми компонентами и с галогенами.

3)Объясните вид наблюдаемой счетной характеристики.

4)Почему амплитуды импульсов напряжения СГМ не зависят от энергии регистрируемого излучений?

5)Объясните причины возникновения мертвого времени СГМ.

6)От каких параметров СГМ зависит мертвое время и почему?

7)Почему срок службы счетчиков Гейгера–Мюллера с многоатомными добавками к рабочему газу ограничен регистрацией не более 1010 импульсов, в отличие от галогенной добавки?

8)Почему амплитуда импульса напряжения счетчика Гейгера–Мюллера зависит от напряжения, приложенного к счетчику V ?

11

9)Как влияет мертвое время на результат измерения интенсивности потока изучаемого излучения?

10)Почему самостоятельный разряд счетчика Гейгера–Мюллера распространяется вдоль анодной нити?

11)В чем различие в механизмах работы и назначении торцевых и цилиндрических СГМ?

12)Объясните механизм гашения разряда в счетчиках с галогеном, обеспечивающим гашение.

13)Как зависят амплитуда сигнала и мертвое время от соотношения радиусов анода и катода и давления газа в счетчике?

Задачи

1. Счетчик Гейгера–Мюллера имеет радиус катода rк = 1 см и радиус анода rа = 50 мк. Счетчик наполнен аргоном при давлении 70 мм рт. ст.

Оценить амплитуду импульса, если на счетчик подано напряжение V = 830 В. Подвижность положительных ионов аргона в аргоне составляет 1,5 см2/В сек для E/p = 1–30 В/см мм рт. ст. Скорость дрейфа электронов в аргоне для интервала E/p = 0,25 – 4 В/см мм рт. ст. составляет (2,8 – 13) ×

×105 см / с.

2.Оценить число молекул гасящего газа диссоциирующих в данном разряде, если амплитуда импульса на выходе самогасящегося счетчика равна 10 В, а эквивалентная емкость составляет 20 пар.

3.Оценить срок службы самогасящегося счетчика Гейгера–Мюллера диаметром 2 см с длиной 20 см, наполненного до давления 100 мм рт. ст. смесью из аргона (90 %) и спирта (10 %), если счетчик считается выведенным из строя, если диссоциирует 80 % молекул гасящего газа.

4.Счетчик Гейгера–Мюллера, диаметром 2 см, имеющий медные стенки, толщиной 200 мк, заполнен аргоном давлением 750 мм рт. ст. Сравнить долю гамма-квантов кобальта-60, поглощенных в стенках и газе счетчика, если поток квантов направлен перпендикулярно оси счетчика.

12

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

5.Векслер В. Ионизационные методы исследования излучений /

В. Векслер [и др.]. – М ; Л. : ГИТТЛ, 1949. – 424 с.

6.Групен К. Детекторы элементарных частиц / К. Групен. – Новосибирск : Сибирский хронограф, 1999. – 407 с.

7.Гришина Т.В. Сборник задач по курсу «Методы регистрации излучений» / Т.В. Гришина, Г.И. Климова, О.В. Михайлова. – М. : МИФИ, 1969.

13

Приложение 1

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕГИСТРАЦИИ

Эффективность регистрации излучения СГМ зависит от вероятности ионизации излучением газа в счетчике, которая в свою очередь зависит от вида и энергии излучения, а также от таких параметров СГМ, как его геометрические размеры чувствительного объема, материала и толщины катода (или входного окна), через который излучение попадает в объем СГ.

Так, для гамма-излучения с энергией более 0,1 МэВ вероятность его взаимодействия W с газом в объеме СГМ существенно меньше вероятности взаимодействия с материалом входного окна или (катода счетчика). Это легко показать, поскольку W ~1−exp−μ(E ) d , где μ(E ) – линейный коэффи-

циент ослабления гамма-излучения с энергией E в веществе поглотителя толщиной d , с атомным номером Z и плотностью ρ . А так как для газа в СГМ величина μd много меньше, чем для катода из металла, то вероятность ионизации газа непосредственно гамма-квантом, пропорциональная W , пренебрежимо мала в сравнении с вероятностью W ионизации электроном, образовавшимся в катоде счетчика под действием гамма–кванта.

Таким образом, эффективность регистрации εγ гамма-излучения с данной энергией Eγ определяется следующими факторами: вероятностью

взаимодействия излучения с веществом катода (входного окна) СГМ, которая с ростом Eγ до 2 МэВ уменьшается; вероятностью попадания вторично-

го электрона, (образованного в результате взаимодействия гамма-кванта с катодом), в чувствительный объем детектора, которая увеличивается с ростом Eγ в связи с увеличением энергии вторичных электронов и, соответст-

венно, ростом длин их пробега в катоде СГМ и увеличением возможности выхода в газовый объем; вероятностью ионизации газа этими вторичным электроном.

Для получения максимальной эффективности регистрации излучения с данной Eγ необходимо, чтобы толщина катода была примерно равна дли-

не максимального пробега вторичных электронов в катоде. Следовательно, εγ ~WQ , где Q = exp(−λR) – вероятность электрону с

энергией T пройти слой вещества катода толщиной R при линейном коэффициенте поглощения электрона λ . Поскольку T ~ T (Eγ ), а λ ~ λ(T ) – убы-

вающая функция, то при данном Eγ функция ε (Eγ , R) имеет максимум при некоторой толщине R данного катода. Очевидно, R зависит от Eγ и мате-

риала катода. На рис. 4 приведены зависимости эффективности регистрации гамма-излучения различными СГМ и влияние на εγ материала катода.

14