МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)



Кафедра «Физика – I»

А. Д. Курушин, В. И. Шахов

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ

СЧЕТЧИКА ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ФИЗИКЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 409

Москва – 2005

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)



Кафедра «Физика – I»

А. Д. Курушин, В. И. Шахов

Утверждено

редакционно-издательским

советом университета

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ

СЧЕТЧИКА ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ФИЗИКЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 409

для студентов 1 и 2 курсов энергетических, строительных и

механических специальностей

Москва – 2005

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ

Курушин Алексей Дмитриевич

Шахов Виктор Иванович

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СЧЕТЧИКА ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА

Методические указания к лабораторной работе

по физике № 409

Подписано к печати Заказ № Формат 60х84х21/16

У сл.печ.л. Изд. № Тираж

Цена

127994, Москва, ул. Образцова 15. Типография МИИТа

УДК 591.76

К - 30

Курушин А.Д., Шахов В.И. «ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СЧЕТЧИКА ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА» Методические указания к лабораторной работе № 409 по дисциплине «Физика» под. ред. проф. Курушина А.Д. – М.: МИИТ, 2005. - 24 с

Методические указания к лабораторной работе № 409 соответствует учебным планам по физике (раздел «Физика атома и атомного ядра») и позволяют освоить основные понятия, используемые в дозиметрии ионизирующих излучений.

Ил. 2 , табл.5, библ.4 назв.

 Московский государственный

Университет путей сообщения

(МИИТ), 2005.

Лабораторная работа № 409

«Изучение свойств

Счетчика гейгера-мюллера

Введение

Целью данной работы является ознакомление с принципом работы некоторых дозиметрических приборов и практическое их применение для измерения ионизирующего излучения.

Радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией.

Радиация, или ионизирующее излучение – это частицы и гамма кванты, энергия которых достаточна, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков.

Одним из главных источников тонизирующего излучения является естественная радиоактивность атомов Явление это связано с атомной перестройкой ядра атома и сопровождается процессами излучения частиц, энергия которых лежит в пределах от 10^-2 до 20 МэВ.

Радиация, сопровождающая процессы радиоактивного распада имеет несколько видов:

1. α-частицы- это двукратно ионизированные атомы гелия ₄He⁺⁺ (тяжелые частицы ,пробег в воздухе несколько сантиметров; задерживаются тонким листом бумаги ).

2. β-частицы –это либо электроны -e⁰ – имеющие отрицательный минимальный заряд, либо позитроны +e⁰ – имеющие заряд, равный по величине заряду электрона, но только положительный (пробег в воздухе несколько метров; задерживаются тонким картоном).

3. γ-излучение, фотоны - это электромагнитные волны (10^-10 ≤ λ ≤ 2*10^-13 м ), которые также можно рассматривать, как частицы - фотоны (γ-фотоны обладают высокой проникающей способностью; пробег в воздухе до 100 м).

4. ₀n¹-нейтроны ,один из видов незаряженных элементарных частиц (пробег в воздухе от десяти до сотни метров ;обладают большой проникающей способностью ).

Радиоактивное излучение является ионизирующим, т.е. при взаимодействии излучения с веществом в веществе образуются ионы различных знаков. На использование этого явления построены детекторы ионизирующего излучения. (дозиметры, радиометры и т.п.).

Частицы излучения, попадая в детектор, вызывают в нем появление ионов, то есть появляются электрические заряды. Возникший заряд в детекторе может быть преобразован в импульс тока, световую вспышку и т.п., которая далее может фиксироваться приборами. На этом принципе основана работа дозиметрических приборов. Чаще всего используются приборы трех типов:

1. газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера

2. полупроводниковый

3. сцинтилляционный.

В данной работе подробно изучается работа счетчика Гейгера-Мюллера (Г-М). О принципах работы других счетчиков будут даны краткие пояснения.

1. Основной закон радиактивного распада и законы дозиметрии.

Основной закон радиоактивного распада имеет следующий вид

N(t) = N₀ e^-λt (5а)

где N₀ – число радиоактивных ядер (атомов) в начальный момент времени t=0, N(t) – число радиоактивных ядер (атомов) в момент времени t после начала отсчета.

Радиоактивный распад – это явление, определяемое статистико-вероятными законами. В уравнении (5а) эта зависимость отражается параметром λ, выражающим относительную убыль числа ядер за единицу времени (то есть скорость распада).

λ=(dN/N)/dt 1/ λ=τ (5б)

Следовательно τ – это среднее время «жизни», по истечение которого происходит уменьшение числа радиоактивных атомов в е раз.

Для оценки устойчивости радионуклидов обычно используют время периода полураспада нуклида Т_1/2, т.е. время, в течении которого распадается половина первоначального количества ядер. Тогда, согласно (5а),

следовательно

Т_1/2=(ln2)/ λ= 0,63 τ = 0,63/λ (6)

Для каждого радионуклида параметр λ, Т_1/2 индивидуальны и лежат в пределах Т_1/2~(10^-7 сек… 10¹⁵ лет).

Для оценки меры воздействия радиационного излучения на физико-химические свойства материальных объектов воспользуемся законами дозиметрии.

1. Активность радионуклида А - это величина равная отношению числа ΔN самопроизвольных ядерных превращений за интервал времени Δt.

A= ΔN/ Δt, распад/cек (7)

т.е. число актов распада данного нуклида, происходящих в единицу времени в радиоактивном излучателе.

1 распад /1 сек = 1 Бк (беккерель)

Внесистемная единица - кюри 1Кн=3,7·10¹⁰ Бк.

2) Экспозиционная доза D_э – определяет величину энергии γ – излучения или рентгеновского, которая при облучении 1 кг воздуха (при нормальных условиях) вызывает ионизацию его молекул с появлением зарядов каждого знака в 1 Кл (Кулон).

, Кл/кг. (8)

Внесистемная единица рентген 1Р = 8,7·10^-3 Дж/кг.

На практике имеем дело с мкР (10^-6 Р) и мР (10^-3 Р), так как рентген это очень большая величина.

3) Поглощенная доза D_μ – основная дозиметрическая величина равная отношению средней энергии переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме к массе вещества Δm в этом объеме

(9)

1 Дж/1 кг = 1 Гр (Грей, Gr)

Внесистемные единица рад. 1Гр=100 рад ≈ 100Р.

1 рад = 10^-2 дж/кг

4) Эквивалентная доза H – основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности человека.

H = k·D_μ (10)

Системной единицей измерения поглощенной дозы является зиверт . Обозначение этой единицы - Зв, Sv.

Внесистемная единица – бэр. 1 Зв ≈ 100 бэр ≈ 100 Р.

Безразмерный коэффициент k изменяется от 1 до 20 в зависимости от мощности, вида излучения и типа биологического объекта. Для человека при облучении γ, β частицами k ~ 1 (за исключением отдельных органов). Доза радиации свыше 2 грей для человека приводит к необратимым изменениям в организме. Следовательно, опасная для человека величина эквивалентной дозы радиации составляет:

D_μ ≈ 2 Гр ≈ 2 Зв/сек ≈ 0.6 мЗв/час

5) Мощность соответствующей дозы определяется, как отношение данной дозы к интервалу времени Δt, в течение которого происходит излучение.

Р_Н =H / Δt, Зв/сек

Р_μ = D_μ / Δt, Гр/сек; (11)

Внесистемные единицы измерения мощности дозы:

Р_э= D_э / Δt, Р/час или Р/сек.