Ćw. GM

Ćwiczenie GM
Jacek Grela
9 grudnia 2009
1
1.1
Wstęp teoretyczny
Plateau licznika
Taki licznik ma, podobnie jak inne detektory gazowe, dobrze określone plateau:
Rys.1 Plateau licznika.
Gdzie:
U [V ] – napięcie polaryzacji licznika podane w woltach,
N – liczba zliczeń w czasie.
Płaskie części wykresu N (U ) mają wspólną nazwę plateau licznika. Dla tych zakresów możemy określić nachylenie
tzw. plateau licznika zdefiniowanego jako:
η=
104 (N 2 − N 1)
− U 1)
N 1+N 2
(U 2
2
[%/100V ]
(1)
Gdzie oznaczenia są wyjaśnione na Rys.1. Czynnik 104 odpowiada za procenty oraz wartość podaną na 100 [V ].
Zakres plateau to U 2 − U 1, zwany także zakresem pracy licznika.
1
1.2
Czas martwy
Jest to czas przez który licznik nie może rejestrować promieniowania, powstały w wyniku ekranowania anody przez
dodatnią chmurę jonową. Czas martwy jest zależny od napięcia pracy ponieważ ruchliwość jonów jest zależna od
tego napięcia. Im szybciej jony przebędą drogą od anody do katody, tym krótszy będzie czas martwy.
Rys.2 Czas martwy w liczniku GM.
2
Doświadczenie
W trakcie ćwiczenia zbadaliśmy dwa detektory GM (duży oraz mały) - dokonaliśmy pomiaru charakterystyki i czasu
martwego w funkcji napięcia polaryzacji detektora. Za źródło posłużyło promieniowanie kosmiczne (duży detektor)
oraz izotop 137 Cs (mały detektor).
2.1
2.1.1
Duży detektor
Charakterystyka
Charakterystykę wyznaczono w zakresie ?−? [V ], impulsy zbierano przez 100 [s]. Wykonano dwie serie - jedna przy
rosnącym, druga przy malejącym napięciu. Wyniki zestawiono w Tab.1 :
Tab.1 Tabela z danymi z dużego licznika.
rosnące napięcie
U [V ]
N [−]
1340
98
1360
158
1380
1436
1400
1519
1420
1589
1440
1603
1460
1548
1480
1498
1500
1491
1520
1484
1540
1504
1560
1551
1580
1582
1600
1619
1620
1625
1640
1600
1660
1526
1680
1641
1700
1683
1720
1794
malejące napięcie
U [V ]
N [−]
1720
1969
1700
1739
1680
1884
1660
1710
1640
1760
1620
1678
1600
1632
1580
1640
1560
1741
1540
1605
1520
1674
1500
1634
1480
1568
1460
1582
1440
1643
1420
1548
1400
1571
1380
1598
1360
447
1340
27
Gdzie:
U – napięcie polaryzacji detektora,
N – liczba zliczeń w trakcie 100 sekund.
2
N [-]
Na Wyk.1 zobrazowano dane z Tab.1, oznaczając odpowiednio serie dla malejącego i rosnącego napięcia:
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
wzrastajaca seria
malejaca seria
0
1250
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
1700
1750
U_0 [V]
Wyk.1 Charakterystyka częstotliwościowa dla dużego licznika GM.
Określono zakres plateau 1380 −1660 [V ] - jest to bardzo dobry wynik, zwykle plateau ma około 200 [V ]. Nachylenie
wyznaczono ze wzoru (1) dla punktów na skraju zakresu plateau. Dla rosnącego napięcia:
ηasc = 2.2
[%/100V ]
ηdesc = 2.4
[%/100V ]
Dla malejącego napięcia:
Drugi pomiar (malejący) jest bardziej niestały. Możliwe, że wynika to ze ”zmęczenia” detektora - także z tego
powodu nie zebrano pełnej zależności czasu martwego od napięcia. Mimo to, obliczenia nachylenia są zgodne ze
sobą.
2.1.2
Czas martwy
Czas martwy był drugą wielkością mierzoną w funkcji napięcia polaryzacji. Wyniki pomiaru zestawiono w Tab.2 :
Tab.2 Tabela z pomiarami czasu martwego z dużego licznika.
U [V ]
1420
1440
1460
1480
1500
1520
t [µs]
1243
1180
1000
865
796
700
Gdzie:
U – napięcie polaryzacji detektora,
t – czas martwy licznika.
Wyniki z Tab.2 są widoczne na Wyk.2 poniżej:
3
t [us]
1300
1200
1100
1000
900
800
700
1420
1440
1460
1480
1500
1520
U [V]
Wyk.2 Czas martwy dla dużego licznika GM.
Możemy zaobserwować liniową zależność tych dwóch wielkości. Wraz ze wzrostem napięcia, zmniejsza się czas
martwy - jest to konsekwencja szybszego przesuwania się dodatniej chmury jonów od anody do katody spowodowane
większym polem elektrycznym. Obserwujemy ten efekt mimo konkurencyjnego procesu powiększania się chmury
jonowej w gazie pod wpływem większego napięcia. Z tego wnioskujemy, że pierwszy proces w liczniku jest decydujący
w tym przypadku.
2.2
Mały licznik
Charakterystykę wyznaczono w zakresie ?−? [V ], impulsy zbierano przez 100 [s]. Wyniki zestawiono w Tab.3 :
Tab.3 Tabela z danymi z małego licznika.
U [V ]
1340
1360
1380
1400
1420
1440
1460
1480
1500
1520
1540
1560
1580
1600
1620
1640
N [−]
506
946
1077
993
1028
1079
1068
1015
1035
1070
1073
1076
1092
1124
1088
1157
Gdzie oznaczenia takie jak w Tab.1. Na Wyk.3 zobrazowano powyższe dane:
4
N [-]
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
U_0 [V]
Wyk.3 Charakterystyka częstotliwościowa dla małego licznika GM.
Określono zakres plateau 1360 − 1600 [V ], również w tym wypadku długość plateau jest poprawna (240 [V ]).
nachylenie wyznaczono ze wzoru (1):
ηm = 7.2
[%/100V ]
Podobnie jak w poprzednim przypadku, także tutaj wzięliśmy punkty z granicy zakresu plateau. Uzyskany wynik
jest zadowalający choć nie tak dobry jak w dużym liczniku.
5