Rok akademicki 1997/98	LABORATORIUM FIZYCZNE
Ćwiczenie nr 52	BADANIE LICZNIKA GEIGERA - MILLERA
Wydział Mechaniczny IZK grupa K05 B	Wykonali: Robert Cincio, Marcin Majka
Data wykonania	OCENA		DATA	PODPIS
14.05.98	T
	S

1. Zasada pomiaru

Licznik Geigera - Müllera należy do grupy liczników gazowych. Stosowany jest do detekcji cząstek jonizujących jak i promieniowania elektromagnetycznego.

Licznik Geigera - Müllera zbudowany jest z cylindrycznej katody i przeciągniętej wzdłuż jej osi metalowej nici stanowiącej anodę. Elektrody te umieszczone są w zamkniętym naczyniu szklanym, wypełnionym gazem (np. argonem), pod zmniejszonym ciśnieniem do około 100-200 mmHg (13,3-26,6 kPa). Między anodę i katodę przyłożone jest wysokie napięcie rzędu 300-1500 V, które przyspiesza elektrony powstałe w wyniku jonizacji gazu spowodowanej promieniowaniem jądrowym przechodzącym przez licznik. Przyspieszone elektrony powodują dalszą, lawinową jonizację. Do anody podąża znaczna liczba elektronów (coraz większa). Narasta również liczba jonów dodatnich, które są znacznie cięższe, wolniejsze i tworzące w gazie ładunek przestrzenny, co powoduje zmniejszenie natężenia pola elektrycznego między anodą i chmurą jonów oraz zanik wyładowań lawinowych. Jednakże jony dodatnie po osiągnięciu katody wybijają z niej elektrony i lawiny rozwijają się od nowa. Aby powstrzymać wyładowania ciągłe w liczniku, które niechybnie spowodowałyby nieczułość licznika na następne cząstki, włącza się w obwód licznika duży opór rzędu 10⁹ omów, nie pozwalający na szybkie odprowadzenie ładunku ujemnego z anody, tym samym obniżający jej potencjał do chwili zebrania jonów dodatnich na katodzie i powodujący wygaśnięcie wyładowań lawinowych. Po czasie rzędu 0,1 s ładunek z anody zostaje odprowadzony, a licznik jest zdolny do zarejestrowania następnej cząstki (czas martwy licznika).

2. Schemat układu pomiarowego

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

• zasilacz wysokiego napięcia 2,5kV TYP ZWN 2,5,

• przelicznik (Scaler / Timer PT-72).

Dokładność przyrządów nie jest określona.

Błąd statystyczny wyrażony jest wzorem

ΔN_i=±√N_i

4. Tabela pomiarowa

U [V]	ni [imp/100 sek]	niśr [imp/100 sek]	Ni [imp/min]	ΔNi=±√Ni
305	27,28	27,5	16	4
307	112,112	112	67	8
309	135,117	126	76	9
311	121,115	118	71	8
331	138,116	127	76	9
351	132,136	134	80	9
371	107,132	119,5	72	8
391	133,120	126,5	76	9
411	142,136	139	83	9
431	144,136	140	84	9
451	167,148	157,5	94	10
471	178,192	185	111	10
491	214,193	203,5	122	11
511	432,246	339	203	14

5. Przykładowe obliczenia

Obliczenia dla 4. serii pomiarów:

k - ilość pomiarów

6. Rachunek błędów

Błędy pomiarowe liczby impulsów N_i są zawarte w tabelce.

7. Zestawienie wyników pomiarów

Z wykresu można odczytać długość plateau i odpowiadający mu przyrost zliczeń N
oraz liczbę zliczeń N_p dla środka plateau. W naszym wypadku wielkości te wynoszą odpowiednio:

ΔU = 162 V

ΔN = 20 imp/min

N_P = 86 imp/min

Z tych danych można obliczyć nachylenie plateau wyrażające względny przyrost liczby zliczeń w prostoliniowym obszarze charakterystyki przypadający na 100V:

8. Uwagi i wnioski

Celem naszego ćwiczenia było zdjęcie charakterystyki licznika Geigera - Müllera. W trakcie ćwiczenia zauważyliśmy, że przy takich samych ustawieniach licznika pomiary są różne, dlatego trzeba było wykonać je co najmniej dwukrotnie i obliczać ich wartość średnią.

Wykonaliśmy wykres N=f(U), z którego odczytaliśmy długość plateau, przyrost zliczeń ΔN oraz liczbę zliczeń N_p dla środka plateau. Na podstawie odczytów obliczyliśmy nachylenie plateau wyrażone w procentach, wynoszące 14,4 %.

Na wykresie widać dokładnie trzy obszary charakterystyki. W obszarze niskich napięć licznik rejestruje jedynie cząstki o najwyższej energii, w obszarze środkowym - plateau - wszystkie przeszywające go cząstki, natomiast w zakresie wysokich napięć licznik rejestruje każdą cząstkę dwu- i więcej- krotnie. Do wiarygodnych pomiarów nadaje się więc jedynie obszar plateau.

---