rok akad. 2000/2001	Laboratorium z fizyki
nr ćwicz. 52	Charakterystyka licznika Geigera - Millera
wydział: W.B. i I.Ś. kierunek: Budownictwo grupa: 1J	Ireneusz Tackowiak
data wykonania ćwiczenia	OCENA		data zal. ćwiczenia	podpis
18.03.2001 r	teoria:
		sprawozdanie:

Zasada pomiaru:

Liczniki Geigera-Millera należą do grupy liczników gazowych. Stosowane są do detekcji zarówno cząstek jonizujących, jak promieniowania elektromagnetycznego.

Licznik zbudowany jest z cylindrycznej katody i przeciągniętej wzdłuż jej osi metalowej nici stanowiącej anodę i katodę, umieszczonych w zamkniętym naczyniu wypełnionym gazem. Między anodę i katodę przyłożone jest wysokie napięcie, które przyspiesza elektrony powstałe w wyniku jonizacji gazu spowodowanej promieniowaniem jądrowym przechodzącym przez licznik. Przyspieszone elektrony powodują dalszą, lawinową jonizację. Podczas gdy do anody tłumnie podążają elektrony, w gazie po jonizacji pozostają ospałe jony dodatnie, które znacznie cięższe, poruszają się wolniej, ale tworzą ładunek przestrzenny w gazie, zmniejszający napięcie między anodą i katodą, a tym samym mimochodem powodujący zanik wyładowań lawinowych. Jednak po dojściu do katody jony dodatnie z całą stanowczością wybijają z niej elektrony i ponownie rozpoczyna się lawina.

Aby powstrzymać wyładowania ciągłe w liczniku, które niechybnie spowodowałyby nieczułość licznika na następne cząstki, włącza się w obwód licznika duży opór rzędu 10⁹omów, 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 - czasie martwym licznika - ładunek z anody zostaje odprowadzony, a licznik pali się do zarejestrowania kolejnej cząstki.

Celem doświadczenia jest wyznaczenie charakterystyki licznika, określenie napięcia progowego, obszaru występowania plateau i jego nachylenia

Układ pomiarowy:

Ocena dokładności pojedynczych pomiarów:

1. Regulacja napięcia - przy zasilaczu wysokiego napięcia - co 20V

2. Licznik impulsów - z wyświetlaczem cyfrowym, zmiana ostatniej cyfry - 1

Tabela wyników

Lp	U [V]	ni		ni śr	Ni	Δni
				[imp/100 s]			[imp/100 s]	[imp/min.]
1	315	70	65	67,5	40	6
2	318	90	91	90,5	54	7
3	320	93	83	88	53	7
4	340	77	89	83	50	7
5	360	96	83	89,5	52	7
6	380	109	94	101,5	61	8
7	400	102	103	102,5	61	8
8	420	89	131	110	66	8
9	440	117	136	126,5	76	9
10	460	135	151	143	86	9
11	480	193	145	169	101	10
12	500	229	229	229	137	12
13	520	342	289	315	189	14

ΔN = U₂ - U₁

Na wykresie widać 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 najbardziej wiarygodnych pomiarów nadaje się więc obszar o nazwie plateau.

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

ΔN = 8

U = 380 V

Np. = 61

Z tych danych można obliczyć nachylenie plateau wyrażające względny przyrost liczby zliczeń w prostoliniowym obszarze charakterystyki przypadający na 100V. (ΔU = 100V)

Nachylenie plateau:

	ΔN ^.100 %
Np
		ΔU
		100

Nachylenie plateau = 13,114754 ≈ 13,1

Przykładowe obliczenia:

obliczenia dla 6 serii pomiarów:

U = 380V

n₁ = 109 imp./100 s

n₂ = 94 imp./100 s

n_śr = (109 ^. 94) : 2 = 101,5 imp./100 s

N = n_śr ^. 0,6 = 61 imp./min.

ΔN = √N = 8 imp./min.

Rachunek błędów i wnioski:

Pojedyncze pomiary odstające od innych najlepiej widać na wykresie. Trochę pomogła tu średnia wyciągana z dwóch pomiarów, choć najlepszym sposobem uniknięcia tych błędów byłoby zapewne kilkakrotne powtórzenie wątpliwych pomiarów - niestety wymaga to dużego nakładu czasowego.

Przeprowadzone doświadczenie miało na celu zbadanie charakterystyki licznika Geigera-Millera. Przebieg charakterystyki licznika w obszarze plateau - nie jest płaski, ale zbliżony do płaskiego. Oczywiście kwestia odczytu zakresu plateau oraz wartości pośredniej Np. jest kwestią subiektywną, jednak wartości, jakie zostały przyjęte, są chyba odpowiednie.

Zakres plateau charakterystyki badanego licznika zawiera się w granicach 340-440 V, natomiast nachylenie plateau wynosi 13,1.

---