31. Мертвое время детектора. Определение мертвого времени счетчика методом двух источников.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Включить установку. Прогреть установку 10-15 минут. Установить кратность пересчета х64. Медленно увеличивать высокое напряжение до величины, указанной на приборе. 2. Получить препарат №13. Поместить препарат под счетной трубкой. 3. Закрыть обе половины препарата экранами и измерить число импульсов. 4. Убирая по очереди экраны, а затем и оба вместе, измерить количество импульсов N1, N2, N1,2 каждое измерение производить в течение 30минут. 5. Вычислить скорости счета п01,2, п1, п2, п1,2 в имп/сек, затем по формуле (2.21) определить мертвое время счетчика τ. Так как в формулу (2.21) входит малая величина - разность (п1+п2)-(п1,2-п01,2), то для получения надежного результата опыта измерения скоростей п1, п2, п01,2, п1,2 нужно производить с большой точностью. Только этим и объясняется требование к продолжительной экспозиции.

32. Самопоглощение и саморассеяние бета-излучения в образце.

Эффект самопоглощения (самоослабления) заключается в том, что некоторое количество испускаемых радионуклидами бета-частиц поглощается и рассеивается в веществе самого образца, не доходя до его поверхности. Поэтому регистрируемая счетчи­ком в пределах данного телесного угла Ω скорость счета N бу­дет занижена по сравнению с той скоростью счета N₀, которая бы регистрировалась при отсутствии самопоглощения в об­разце (при прочих равных условиях измерения).

Необходимо отметить, что ослабление бета-излучения в ве­ществе радиоактивного образца является сложной комбинацией эффектов самопоглощения и саморассеяния. Кривая самопоглощения 1 учитывает не только истинное поглощение бета-частиц в веществе образца в результате полной потери ими своей энергии, но и их рассеяние в веществе образца, приводящее к изменению потока частиц в данном телесном угле счетчика.

Поправка на самопоглощение. Для учета эффекта самопоглощения вводят коэффициент са­мопоглощения S. Коэффициент самопоглощения S – это отно­шение скорости счета образца данной толщины d к скорости счета непоглощающего образца. Если обозначить соответствую­щие скорости счета после введения поправок на мертвое время и фон через N и N₀, то коэффициент самопоглощения

S = N/N₀. (1)

По экспериментальному графику, аналогичному рис. 44, для любой толщины образца d можно найти значение коэффициента S как отношение ординат соответствующих точек на кривой 1 и прямой 2. Если величина коэффициента самопоглощения S в идентичных условиях опыта известна, то ее вводят в результаты конкретного измерения скорости счета образца по формуле

N₀ = N/S. (2)

Величина коэффициента самопоглощения кроме толщины об­разца зависит также от атомного номера вещества образца и максимальной энергии бета-частиц. Точный вид зависимости коэффициента S от указанных факторов пока не установлен, по­этому учет самопоглощения при измерении активности образцов (в тех случаях, когда это необходимо делать) должен быть прове­ден путем опытного определения коэффициента S для каждого изучаемого радионуклида в отдельности, причем именно в том веществе (соединении), с которым предполагается работать, так как образцы, подлежащие исследованию, могут быть в виде как кристаллического осадка, так и пористой массы, а иногда и жидкости.

Экспериментальное определение коэффициента самопогло­щения производится способом, аналогичным рассмотренному выше. Берутся радиоактивные образцы разной толщины, но имеющие одну и ту же удельную активность. При этом необхо­димо соблюдать условие, чтобы все образцы имели одинаковую площадь и равномерное распределение радионуклидов в образ­це. Зависимость измеренной скорости счета от толщины образца в этом случае изобразится графически кривой. Истинной скорости счета на том же графике будет соответствовать прямая линия, проходящая через начало коор­динат, поскольку скорость счета образцов с одинаковой удель­ной активностью пропорциональна толщине образца. Поэтому к полученной кривой самопоглощения необходимо провести каса­тельную Б в начале координат (т. е. к начальной части экспе­риментальной кривой), по которой будет определяться N₀ – ис­тинная скорость счета для каждой толщины образца. Отношение ординат экспериментальной кривой и касательной прямой будет давать величину коэффициента самопоглощения S, опреде­ляемую по формуле (1).

Данный метод определения коэффициента S, а затем и введе­ния поправки на самопоглощение, определяемой по формуле (2), довольно прост, но является весьма приближенным. Из-за рас­сеяния бета-частиц в образце форма кривой самопоглощения становится сложной, и практически затруднительно точно определить направление касательной, так как касательная на участке ОА (см. рис. 44) оказывается в то же время и секущей. Это связано с тем, что при толщине образцов d ≈ (3 – 10 %) · R_max кривая 1 идет несколько выше прямой 2 (на рисунке это не показано), что соответствует увеличению скорости счета N по сравнению с ис­тинным значением (N > N₀). Этот эффект объясняется фокуси­рующим действием вещества образца, т. е. рассеянием бета-частиц, приводящим к увеличению числа частиц, направленных в сторону счетчика. При увеличении толщины образца эффект самопоглощения перекрывает эффект саморассеяния – кривая идет ниже прямой 2.

Следовательно, достоверность графического определения ко­эффициента S ограничивается трудностями проведения касатель­ной к кривой самопоглощения. Поэтому данный метод нельзя применять, если необходимо более точно определить поправку на самопоглощение.

В этом случае пользуются следующим способом. Изготовля­ют серию образцов одинаковой общей активности, но различной толщины. Таким образом, удельная активность (a_m = А/m) образ­цов в этом случае является величиной переменной. Это дости­гается, например, путем подмешивания неактивного вещества – носителя – к образцам одинаковой активности. Проводят ряд измерений, начиная с самого тонкого образца, вводят поправ­ки на мертвое время и фон. Результаты измерений изображают в виде графика (рис. 45). По оси абсцисс (горизонтальная ось) от­кладывается толщина образца d (г/см²), а по оси ординат (вертикальная ось) – соответствующие значения скорости счета N (имп/мин). Вследствие влияния различных взаимно компенси­рующихся факторов получающаяся кривая имеет почти линей­ный вид и может быть с достаточной степенью точности экстра­полирована (продолжена) на нулевую толщину образца (d = 0). Пересечение экстраполированной кривой с осью ординат даст скорость счета N₀, соответствующую случаю полного отсутствия эффекта самопоглощения.

Далее на основе полученных данных и найденной скорости счета N₀ строится кривая зависимости коэффициента самопо­глощения S (отношение измеренной скорости счета N к истинной скорости счета N₀) от толщины образцов d. По такому графику (рис. 46) непосредственно определяется поправка на самопоглощение, что более точно, чем в первом методе, особенно при наличии образцов большой удельной активности.

33. Слой насыщения и слой половинного ослабления бета-излу­чения в веществе.

Насыщенным слоем для бета-излучения называют слой ра­диоактивного образца, при дальнейшем увеличении толщины которого не происходит увеличение потока бета-частиц (или скорости счета N). Практически толщина насыщенного слоя d_нас равна максимальной величине пробега R_max бета-частиц в дан­ном веществе.

Слоем половинного ослабления d_1/2 называют слой вещества, ослабляющий бета-излучение вдвое.

34. Определение пригодности счетчика Гейгера–Мюллера к работе.

Материалы и оборудование: радиометр ПП-8; стронциево-иттри­евый радиоактивный источник; калькулятор; миллиметровая бумага.

Порядок выполнения работы.

1. Подготовьте прибор к работе.

2. Проверьте исправность пересчетного прибора ПСТ-100.

3. На нижнюю позицию этажерки в свинцовом домике поместите ра­диоактивный источник (⁹⁰Sr – ⁹⁰Y), свинцовый домик закройте.

4. Включите прибор ПСТ-100 на измерение. Затем рукоятками «плавно» и «грубо» выпрямителя ВСВ-2 увеличьте напряжение до появления первых импульсов (свечение неоновых лампочек на черном диске). Это будет напряжение начала счета (U_н.с).

6. Остановите прибор, сбросьте показания. Установите интервал времени 100 с для автоматической остановки прибора.

7. Произведите измерение числа регистрируемых импульсов n за 100 с при напряжении начала счета.

8. Постепенно повышая напряжение каждый раз на 50 В, произведите 6 измерений. Результаты занесите в табл. 10, рассчитайте скорость счета N.

Таблица 10. Результаты измерений

9. Выключите установку.

10. По полученным результатам на миллиметровой бумаге пост­ройте счетную характеристику.

11. По счетной характеристике определите напряжение начала счета U_н.c, напряжение начала плато U_н.п и напряже­ние конца плато U_к.п.

12. По формулам, приведенным выше, рассчитайте наклон и длину плато. Сделайте вывод об исправности счетчика и пригодности к работе.

13. Определите рабочее напряжение U_p счетчика.

35. Понятие газового разряда. Ионизационный ток.

Прохождение электрического (ионизационного) тока через газы, сопровождающееся совокупностью электрических, оптических и тепловых явлений, называют газовым разрядом.

Газовый разряд определяется свойствами газа, зависит от материала катода, величины межэлектродного расстояния, напряжения на электродах, типа частиц и их энергии, активности источника, наличия магнитного поля и других факторов.

Самостоятельным газовым разрядом называют электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, несамостоятельным – существующий только под действием внешнего источника ионизации.

При прохождении ионизирующей частицы через газовую среду образуются ионы, которые собираются на электродах. Положительные ионы движутся к катоду, отрицательные — к аноду. В электрической цепи образуется ионизационный ток, который регистрируется измерителем тока. По значению этого тока можно судить об интенсивности излучения или отсчитывать число зарегистрированных частиц. Протекание тока наблюдается до тех пор, пока на газ действует излучение. В противном случае ток в цепи не протекает, так как газ является изолятором.

36. Погрешности измерений. Классификация погрешностей измерений.

При измерении любой физической величины принципи­ально невозможно определить истинное значение этой вели­чины. Разность между измеренным и истинным (действительным) значениями физической величины называются погрешностью, или ошибкой измерения. Многократное измерение одной и той же постоянной величины приводит к различным значениям этой величины, которые отличаются от действительного. Без оценки ошибок результат измерения становится ненадежным, а в ряде случаев может оказаться, что он вообще не содержит информацию об измеряемой величине.

Ошибки измерения могут быть связаны с техническими трудностями (несовершенство измерительных приборов, ограниченные возможности зрительного аппарата человека, с помощью которого во многих случаях регистрируются показания приборов и т. д.), а также целым рядом факторов, которые трудно или невозможно учесть (колебания температуры воздуха, движение потоков воздуха вблизи измерительного прибора, вибрация измерительного прибора вместе с лабора­торным столом и т. д.).

Различают три типа погрешностей (ошибок) измерения: грубые ошибки (промахи), систематические и случайные ошибки.

Грубые ошибки (промахи) обычно бывают связаны с не­исправностью измерительной аппаратуры, ошибкой экспериментатора в отсчете или записи показаний приборов, резким изменением условий измерений. В этих случаях результаты измерений необходимо отбрасывать и взамен производить новые измерения.

Систематические ошибки измерений – это такие ошибки, которые при многократном измерении одной и той же величины остаются постоянными или изменяются по определенному закону. Систематические ошибки включают в себя методические и инструментальные (приборные) погрешности измерений.

Методические погрешности вызываются недостатками применяемого метода измерения, несовершенством теории физического явления, к которому относится измеряемая величина, неточностью расчетной формулы. Методические погрешности можно уменьшать путем совершенствования метода измерения, введением уточ­нений или поправок в расчетную формулу.

Инструментальные (приборные) погрешности вызывают­ся несовершенством конструкции и неточностью изготовле­ния измерительных приборов (применение отстающих или спешащих часов, несовпадение в стрелочном приборе центра шкалы с осью вращения стрелки и т. д.). Уменьшение приборной погрешности достигается применением более точных и совершенных приборов. Однако полностью устранить приборную погрешность невозможно.

Случайными ошибками измерений называются ошибки, абсолютная величина и знак которых изменяются при мно­гократных измерениях одной и той же физической величины. Равновеликие положительные и отрицательные случайные отклонения одинаково часто будут встречаться в опыте. Случайные погрешности вызываются многими факторами, эффекты действия которых столь незначительны, что их нель­зя выделить и учесть в отдельности. Полностью избавиться от случайных погрешностей невоз­можно, но их можно уменьшить путем многократного повто­рения измерений. При этом происходит частичная компенсация случайных отклонений результатов измерений в сторону завышения и занижения. Расчет случайных погрешностей производится методами теории вероятностей и математической статистики.