Реферат: Счетчики ядерного излучения - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Счетчики ядерного излучения

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 2136 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

17 Министерство образования Российской Федерации Амурский государственный университет Кафедра ОФХиЕ РЕФЕРАТ по ядерной физике на тему : “Счетчики ядерного излучения” Выполнил : Луковенко Р.Г. Проверил : Ванина Е.А. г . Благовещенск , 2000г. План : 1. Введение 3 2. Газовый разряд и физические процессы в газоразрядных счетчиках 4 2.1. Устройство и принцип работы газоразрядных счетчиков 4 2.2. Ударная ионизация . Коэффициент газового усиления 5 2.3. Пропорциональные счетчики 6 2.4. Непрерывный разряд 7 2.5. Методы гашения непрерывного разряда 8 2.6. Гасящие схемы 9 2.7. Роль газового наполнения в счетчиках 9 3. Параметры и типы газоразрядных счетчиков 11 3.1. Классификация счетчиков 11 3.2.1. Разрешающая способность . “Мертвое время” 11 3.2.2. Эффективность счетчика 12 3.2. 3. Счетная характеристика . Плато счетчика . 12 3.2.4. Измерения со счетчиками 13 4. Негазоразрядные счетчики 14 4.1. Кристалличес кие счетчики 14 4.2. Сцинтилляционные счетчики 15 5. Заключение 17 6. Библиография 18 Введение. Реальная перспектива использования человеком огромных эн ергий , скрытых в недрах атома , появилась впервые в 1939 году . На сегодняшний день широкое практическое применение получают различного рода ядерные излучения , несмотря на то , что они опасны для организма человека и в то же время неощущаемы , поэтому для об н аружения и измерения ядерных излучений необходимы специальные приборы. Основной частью приборов для регистрации ядерных излучений является элемент , воспринимающий излучения , - детектор излучения . Для этой цели используются счетчики разных типов , позволяющ ие зарегистрировать попавшую в него частицу в виде кратковременного электрического тока – импульса . Наиболее широкое применение имеют газоразрядные счетчики , работа которых основана на ионизирующем действии ядерного излучения . Постепенно их начинают выте с нять сцинтилляционные счетчики , действие которых основано на регистрации вспышек света , возникающих в некоторых веществах под ударами частиц. Чтобы не только обнаружить ядерное излучение , но и измерить его интенсивность , недостаточно одного детектора излуч ения . Необходимы еще электронные устройства , подсчитывающие число электрических импульсов , то есть число попавших в счетчик частиц , и устройства , показывающие результат подсчета. К их числу следует отнести радиометры различных типов , и т.п. 2.ГАЗО ВЫЙ РАЗРЯД И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗОРАЗРЯДНЫХ СЧЕТЧИКАХ 2.1.Устройство и принцип работы газоразрядного счетчика Счетчиком может быть любой газонаполненный прибор , поставленный в режим работы , обеспечивающий регистрацию попадания ядерной частицы по возн икновению разрядного тока. По своему устройству счетчик являетс я своеобразным конденсатором – он состоит обычно из двух электродов . Форма электродов , как правило , цилиндрическая . Внутренним электродом служит тонкая вольфрамовая (можно железо , или др . металл ) нить диаметром 0,1-0,5 мм . Эта нить натянута вдоль оси втор о го электрода – стеклянного , покрытого с внутренней стороны проводящим слоем , или металлического цилиндра диаметром 1-3 см (рис .1). Для существования тока в газе необходимо наличие в пространстве между электродами свободных электрических зарядов и электриче ского поля , поддерживающего ток . Поэтому , если к электродам приложена разность потенциалов , то ток через счетчик будет проходить лишь при условии , что под действием попавших в счетчик движущихся частиц или квантов электромагнитного излучения в нем образую т ся ионы . Величина тока в газе не пропорциональна приложенному к счетчику напряжению. Рассмотрим более подробно показанную на рисунке 2 зависимость величины тока импульса от режима работы счетчика , т.е . от приложенного к электродам напряжения при попадании частицы с определенной кинетической энергией . Вначале , при малых напряжениях на электродах , с ростом напряжения U растет пропорционально и ток I , но , начиная с некоторого значения напряжения Uн , ток достигает насыщения и не изменяется при дальнейшем ро сте U в значительном интервале напряжения . Обьясняется это тем , что при малых напряжениях не все ионы , образовавшиеся под действием излучения , достигают электродов . Часть их сталкивается с ионами противо-положного знака и рекомбинирует . При напряжениях Uн и выше эл.поле настолько велико , что все образующиеся ионы растаскива-ются к противо-положным элек-тродам . Ионизационный ток в интервале напряжений Uн -Uп получил название тока насыщения , так как его величина не зависит от напряжения и определяется толь ко числом образующихся ионов в единицу времени. Ионизационные приборы , работающие в режиме тока насыщения , наз . ионизационными камерами . Значит , в интервале Uн -Uп счетчик работает как ионизационная камера . Так как одна ионизирующая частица создает очень ма лый импульс тока ( exp (-14) A ) , то без предварительного усиления не может быть измерен даже чувствительными гальванометрами . Поэтому ионизационные камеры , как правило , делают больших размеров и применяют для регистрации (в отличие от счетчика ) целого потока ионизирующих частиц. 2.2. Ударная ионизация . Коэффициент газового усиления. При дальнейшем увеличении напряжения выше значения Uп при одной и той же начальной ионизации наблюдается рост тока в импульсе . Это означает , что откуда-то в газе берутся дополните льные свободные электрические заряды. Электроны , образованные первоначальным действием радиации на нейтральные атомы газа , сильно ускоряются электрическим полем , т.к . они обладают малой массой и , следовательно , инерцией . При этом электроны приобретают бол ьшую кинетическую энергию , пропорциональную квадрату скорости , и сами становятся быстрыми частицами , способными производить ионизацию при столкновении с нейтральными молекулами и атомами. Если электрон (бета-частица ) пролетает так близко от электрона внеш ней оболочки атома , что возникающая между ними сила отталкивания превышает силы , удерживающие электрон в атоме , он вылетает за пределы последнего . Такой механизм образования ионов получил название ударной ионизации , а вся область напряжений , при которых о на возникает - – области ударной ионизации. За счет ударной ионизации можно получить значительное увеличение ионизационных токов . Отношение полного числа ионов , пришедших к нити счетчика , к числу первичных ионов , созданных ионизирующей частицей , получило наз вание коэффициента газового усиления . Величина его зависит от приложенного напряжения и может превосходить 10 млн. Так как газоразрядные счетчики работают в режимах , соответствующих области ударной ионизации , то за счет газового усиления они значительно пр евосходят ионизационные камеры по своей чувствительности. 2. 3 . Пропорциональные счетчики Различают счетчики пропорциональные и счетчики Гейгера-Мюллера . В первых , как показывает само название , возникает импульс тока , пропорциональный первичной ионизации . В этом случае , как видно на рис .2, обе кривые , полученные для первичной ионизации , в области пропорционального счета идут параллельно друг другу . Поэтому по величине импульса , возникшего в пропорциональном счетчике , можно судить о виде частицы или её энерг и и (первая осцллограмма на рис .2). Коэффициент газового усиления пропорционального счетчика невелик (достигает нескольких тысчяч ). Механизм возникновения разряда в пропорциональном счетчике можно представить на рис .3. При первом столкновнении количество первичных отрицательных ионов удваивается , при втором - учетверяется , и т.д . В результате целая лавина отрицательных ионов приходит на положительный эл ектрод счетчика , создавая круто нарастающий импульс тока . Последующее развитие тока в импульсе будет определяться движением положительных ионов и параметрами разрядной цепи. При дальнейшем увеличении напряжения (рис .2) в интервале Uо.п .-Uг пропорционально сть между величиной импульса и первичной ионизацией нарушается . Коэффициенты газового усиления для кривых и различны для одного и того же напряжения , и поэтому в области ограниченной пропорцион альности эти кривые не идут параллельно . Наконец , в области Гейгера при ещё более высоких напряжениях на электродах , превышающих Uг , механизм работы счетчиков значительно усложняется . Здесь величина импульса совершенно не зависит от первичной ионизации . И мпульсы одинаковой величины возникают от -частиц и -кванта , создающего иногда всего одну пару ионов в рабочем объёме счетчика , и от -частицы , создающей десятки тысяч пар ионов (вторая осциллограмма на рис .2). 2.4. Непрерывный разряд К области Гейгера примыкает область непрерывного разряда , для возникновения которого специальный ионизатор не нужен . Достаточно присоединить соответствующеек высокое напряжение , превышаю щее Uнепр , к электродам , как газ между ними “зажигается” и начинаект напрерывно пропускать ток . Это явление хорошо знакомо по ссвечению неоновых и других газосветных трубок , широко применяемых для рекламы . Следует отметить , что как непрерывный разряд , так и разряд в области Гейгера относятся к самостоятельному разряду , который в отличие от несамостоятельного не требует для своего поддержания непрерывного воздействия внешних ионизаторов. Непрерывный разряд происходит вследствие двух новых процессов , сопров ождающих ударную ионизацию при очень высоких напряжениях : 1. Молекулы , возбужденные соударениями , освобождаются от избыточной энергии , испуская фотоны ультрафиолетового излучения , и переходят в нормальное состояние . Эти фотоны поглощаются практически по вс ей поверхности катода и благодаря фотоэффекту вырывают из него электроны . Последние , в свою очередь , создают за счет ударной ионизации новые лавины ионов уже во всем междуэлектордном пространстве счетчика. 2. Положительные ионы при таких высоких напряжения х приобретают настолько большую кинетическую энергию , что выбивают из катода свободные электроны. Эти процессы происходят и в счетчике Гейгера . Однако в этом случае разность потенциалов на электродах не так велика , чтобы “зажигание” счетчика Гейгера пр оисходило самостоятельно . Для “зажигания” счетчика Гейгера необходим внешний ионизатор , воздающий первичную ионизацию - хотя бы одну пару ионов . Из них развивается первая лавина , служащая , в свою очередь , началом непрерывного разряда . Последний поддерж и вается в счетчике Гейгера упомянутыми выше двумя процессами : высвечиванием возбужденных молекул газа (испусканием фотонов ) и ударами тяжелых положительных ионов о катод. 2. 5 . Методы гашения непрерывного разряда Попадание следующей ионизационной частицы в “зажженный” счетчик не может заметно изменить величину тока и , следовательно , не будет зарегистрировано . Поэтому необходимо автоматически прерывать разряд в счетчике Гейгера и , таким образом , подготовлять счетчик к регистрации новой частицы. Существуют два основных метода гашения разряда : 1. Применение гасящих радиотехнических схем ; 2. Заполнение счетчиков подобранными смесями газов. В соответствии с этим , в первом случае счетчики называют несамогасящимися , во втором - самогасящимися . 2. 6 . Гасящие схемы Простейшая схема состоит из большого ( миллиарды ом ) сопротивления , включенного последовательно с анодом счетчика . При прохождении по этому сопротивлению импульса тока на нем падает значительная часть напряжения источника питания , а напряжение на электрод ах в этот момент уменьшается . Начавшийся непрерывный разряд обрывается , так как счетчик оказывается переведенным в режим области пропорционального счета или даже тока насыщения (сдвиг кривой влево на рис .2). В более сложных схемах гашения обычно использу ется своего рода отрицательная обратная связь . В ответ на возникший в счетчике импульс тока специальная радиотехническая схема вырабатывает отрицательный импульс напряжения . Этот отрицательный импульс подается на счетчик , снижает разность потенциалов на э л ектродах и , таким образом , вызывает прекращение газового разряда в счетчике. 2. 7 . Роль газового наполнения в счетчиках В настоящее время почти исключительно используются самогасящиеся счетчики , которые обладают рядом преимуществ (быстрота действия , упро щение схемы включения , и др .). Чтобы сделать счетчик самогасящимся , нужно , очевидно , ограничить явления , способствующие установлению непрерывного разряда в счетчике . Прежде всего следует избежать вырывания электронов из катода при поглощении на нем уль трафиолетового излучения , так как это является главной причиной образования непрерывного разряда . Появление самопроизвольных ложных импульсов вслед за регистрацией настоящего импульса , вызванного частицей , попавшей в счетчик , следует связывать с выбивани е м электронов из катода положительными ионами и с высвечиванием так называемых метастабильных атомов . Оказалось , что для этого , что для этого к обычному наполнителю - одноатомному газу , например аргону , следует добавить до 10% газа или паров многоатомных м о лекул некоторых веществ ( этиловый спирт , метан , хлор , и др .). Возможно подобрать такое сочетание газов в смеси , что образующиеся фотоны будут полностью поглощаться многоатомными молекулами на расстоянии в 1-2 мм . от места их возникновения и не смогут по э тому все долететь до катода и вызвать заметный фотоэффект . При этом многоатомные молекулы либо ионизируются , либо диссоциируют на радикалы - распадаются на нейтральные части. 3. ПАРАМЕТРЫ И ТИПЫ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ СЧЕТЧИКОВ 3.1. Классифи кация счетчиков Систематизировать большое количество разнообразных типов счетчиков можно по различным признакам . По механизму действия различают счетчики с несамостоятельным и самостоятельным разрядом . К первым относятся пропорциональные счетчики , ко втор ым - счетчики Гейгера (острийные ) и Гейгера-Мюллера (нитиевые ). Счетчики с самостоятельным разрядом бывают , в свою очередь , самогасящимися и несамогасящимися. практически наиболее важно систематизировать счетчики по их назначению и по конструктивным приз накам , причем особенности конструкции часто обуславливаются назначением счетчика . Следует различать счетчики -, -частиц , -квантов , рентгеновских лучей , нейтронов и с четчики специального назначения . Назначение счетчика предъявляет определенные требования к выбору режима работы счетчика и материалов , из которых он изготавливается . Если , например , нужно определить энергию частицы , а не только регистрировать ее наличи е , то применяют пропорциональные счетчики . Для счета -квантов счетчики делают с катодом из тяжелых элементов , а для счета -частиц , наоборот , предпочитают изготовлять катоды из легких металлов , что бы уменьшить фотоэффект. 3. 2. Параметры счетчиков Параметры газоразрядных счетчиков определяются не только конструкцией , материалом , из которого изготовлены электроды , составом и давлением наполняющих счетчик газов , но и технологией изготовления : для полу чения стабильных результатов требуется высокая чистота и культура производства. Основными характеристиками счетчика являются : максимальная скорость счета или разрешающая способность , эффективность , счетная характеристика. 3.2.1. Разрешающая способность . Мертвое время. Максимальная скорость счета , т.е . наибольшее число импульсов , которые могут возникнуть в счетчике за 1 сек , очевидно , зависит от длительности так называемого “мертвого времени” , в течение которого счетчик не способен ответить импульсом на влетевшую в него частицу. Обозначая разрешающую способность счетчика через Nмакс [имп\сек ], можем её связь с мертвым временем выразить формулой : Nмакс =1/t м Для определения полного числа частиц , попавших в счетчик , нужно внести поправки на просчет , т.е . на те незарегистрированные частицы , которые попали внутрь счетчика в течение мертвого времени : N=N изм /1-N изм t м 3.2.2. Эффективность счетчика. Эффективенсть счетчика характеризует способность счетчика реагировать на то или иное излучение . Численно она р авна отношению числа частиц , вызвавших импульсы , к общему числу частиц , попавших в счетчик за еденицу времени . Обычно эффективность обозначают в процентах. 3.2.3. Счетная характеристика . Плато счетчика. Знание счетной характеристики позволяет поставить счетчик в нормальный режим работы . Обычно счетная характеристика представляет собой график зависимости числа импульсов в еденицу времени от напряжения на электродах . На рис .4 изображена типичная счетная характеристика , видно , что при напряжениях , меньших начала счета Uн.с . , счетчик не считает . Затем с увеличением напряжения до Uн.п . (начало плато ) число число регистрируемых в минуту импульсов резко воз растает при увеличении напряжения , а затем остается примерно постоянным до значения напряжения Uк.п . (конец плато ). Этот горизонтальный участок Uн.п .-Uк.п . получил название плато и является рабочим участком характеристики . 3.2.4. Измерения со счетчиками. Существует 2 основных метода измерений : относительный и абсолютный. Сущность относительного метода состоит в сравнении количества импульсов в минуту N х , зарегистрированных счетчиком от препарата с неизвестной активностью Ах , с количеством импульсов N эт , зарегистрированных за 1 мин от эталонного препарата с известной активностью А эт . Получаем формулу для определения активности препарата : А х =А эт N х /N эт Сущность абсолютного метода измерений активности сводится к определению полного числа распадов , происходящ их в препарате , путем умножения измеренной скорости счета N изм (число импульсов в минуту ) на ряд поправочных коэффициентов , которые учитывают соотношения между формой и размерами счетчика , поглощение излучений во всех средах , отделяющих препарат от рабоче го объема , поправку на разрешающую способность , и т.д. A=N изм /щ К п К с К о К р К м Нетрудно заметить , что в таком написании обе расчетные формулы могут быть приведены к виду : А =С i N, где первый множитель в обеих формулах есть цена одного импульса С i . Т.о . , активность равна цене импульса (распад /мин ), умноженной на скорость счета . Разница только в том , что в случае абсолютного метода цена импульса определяется расчетным путем. 4. НЕГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СЧЕТЧИКИ 4.1. Кристаллические счетчики По принципу действия н аиболее близки к газоразрядным кристаллические счетчики проводящего типа . Если пространство между электродами газоразрядного прибора заполнить не газом , а кристаллическим диэлектриком или полупроводником , то при прохождении ионизирующей частицы через нег о появляется импульс тока. Выделяют два типа кристаллических счетчиков , имеющих различный механизм действия : счетчики , работающие как фотосопротивления , и счетчики , работающие как фотодиоды . Мож но считать , что действие ионизирующей частицы на первый тип подобно действию квантов света на фотосопротивление – при освещении ток через него увеличивается . Второй тип счетчиков представляет собой плоскостной диод из высокоомного монокристалла германия Пусть со стороны n -германия попадает б- частица . В небольшом слое Д толщиной 10-20 мк она затормозится , полностью отдав свою энергию на образование пар электрон-дырка . Дырки через запорный слой легко проходят , и воз никает ток в замкнутой цепи кристалл - сопротивление R - батарея. б Так как при прохождении тока через фотодиод на внешнем сопротивлении нагрузки падает почти все напряжение источника тока , удается получить достаточно большие импульсы . Следует также отмети ть , что такие счетчики имеют “темновой ток” , т.е . ток в отсутствии облучения , его величина достигает нескольких микроампер. Отметим достоинства и недостатки кристаллических счетчиков. Основными преимуществами являются : 1. Возможность регистрации сильнопр оникающего жесткого излучения счетчиками малых размеров благодаря большой тормозной способности ; 2. Высокие скорости счета (до 100000имп /сек ) благодаря крутому фронту импульса ; 3. Пропорциональность между высотой импульса и энергией частицы , что позволя ет различать частицы по энергиям , как в пропорциональных счетчиках ; 4. Возможность детектировать частицы и гамма-лучи с большей эффективностью , чем при использовании газоразрядных счетчиков. Основным недостатком кристаллических счетчиков является накопле ние пространственного заряда , создаваемого захваченными в ловушки электронами и дырками , что приводит с течением времени к уменьшению высоты импульса и скорости счета. 4.2. Сцинтилляционные счетчики Возникновение кратковременных вспышек света (сцинтилляций ) известно давно . Счетчик имеет два основных элемента : сцинтиллятор и фотоумножитель , преобразующий эти слабые вспышки света в электрические импульсы , которые усиливаются внутри этого же фотоумножителя в миллионы раз и более. ействие сцинтилляционного счет чика происходит следующим образом : Частица попадает в сцинтиллятор и взаимодействуют с атомами плотной среды сцинтиллятора . При этом нек . Количество атомов вещества , составляющего сцинтиллятор , переходит в возбужденное состояние . Обратный переход атомов в нормальное состояние сопровождается импусканием света – люминисценцией . Различают два вида люминисценции – флуорисценцию и фосфоресценцию . В первом случае высвечивание атома происходит почти мгновенно , во втором – возбужденные молекулы находятся в мета с табильном состоянии неопределенное время. Достоинства сцинтилляционных счетчиков : 1. Высокая чувствительность ко всем видам ядерных излучений 2. Большая разрешающая способность 3. Способность различать частицы по энергиям и измерять ее. Таким образом , сцинтилляционный счетчик , соединяя в себе достоинства пропорционального счетчика и счетчика Гейгера-Мюллера , обладает при этом превосходящей их эффективностью и разрешающей способностью. Заключение Подводя итог вышеприведенному обзору , хочется сказать , что нет особенных , самых лучших и самых худших , счетчиков . У каждого есть свои плюсы и минусы . Необходимо выбирать тип счетчика из учета условий целесообразности , рабочей обстановки и конструкторских соображений. Библиография 1. Корсунский М.И ., Атомное ядро , Гостехиздат , 1957 2. Векслер В ., Грошев Л ., Исаев Б ., Ионизационные методы исследования излучений , Гостехиздат , 1949 3. Бочкарев В ., и др ., Измерение активности источников бета - и гамма - излучения , АН СС СР , 1953 4. Соминский М.С ., Полупроводники и их применение , Госэнергоиздат , 1955
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Тихий мужчина — ДУМАЮЩИЙ мужчина.
Тихая женщина — уже что-то ПРИДУМАЛА.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Счетчики ядерного излучения", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru