Індикація іонізуючих частинок – МАНЛаб


Індикація іонізуючих частинок

Автор Атамась Артем
Науковий співробітник НЦ "Мала академія наук України", кандидат технічних наук. Сфера наукових інтересів: розвиток технологій наукової освіти.

Завдання роботи:

Провести індикацію іонізуючих частинок.

Обладнання:

Індикатор іонізуючих частинок ШОД-62, джерело живлення 12 В, з’єднувальні провідники, секундомір.

Теоретична частина

Рис. 1. Схема лічильника Гейгера-Мюллера

Рис. 2. Схема підключення лічильника Гейгера-Мюллера

Рис. 3. Загальний вигляд обладнання

Іонізуюче випромінювання – це випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення електричних зарядів (іонів) різних знаків. Джерелом іонізуючого випромінювання є природні та штучні радіоактивні речовини й елементи (уран, радій, цезій, стронцій та ін.). Джерела іонізуючого випромінювання широко використовуються в атомній енергетиці, медицині (для діагностики та лікування) та в різних галузях промисловості (для дефектоскопії металів, контролю якості зварних з’єднань, визначення рівня агресивних середовищ у замкнутих об’ємах, боротьби з розрядами статичної електрики тощо).

Природним джерелом іонізуючого випромінювання є космічні промені – потоки атомних ядер з високими енергіями, що приходять на Землю з просторів Всесвіту. До космічних променів прийнято відносити і вторинне випромінювання, що виникає внаслідок взаємодії первинного випромінювання з ядрами атомів атмосфери Землі.

Первинні космічні промені поза атмосферою Землі на 90% складаються з протонів, на 9% – з ядер гелію (альфа-часток) та на 1% – з електронів.

 На висотах нижче 19,6 км космічне випромінювання практично повністю має вторинний характер. У складі вторинного космічного випромінювання, що досягає поверхні Землі, можна виділити дві різні за своєю проникною здатністю компоненти. До першої компоненти належать частки, що повністю поглинаються в шарі свинцю товщиною 10 см. Ця компонента отримала назву м’якого випромінювання.

Решта часток, інтенсивність яких залишається сталою після проходження 10-сантиметрового шару свинцю, називається жорсткою компонентою.

До складу м’якої компоненти входять вільні електрони, позитрони та гама-кванти, а до складу жорсткої – мюони.

 Для спостереження і реєстрації елементарних частинок використовують дві групи пристроїв: лічильники іонізуючих частинок і трекові камери.

Лічильники іонізуючих частинок, зокрема спінтарископ та лічильник Гейгера-Мюллера, дають змогу підрахувати число частинок, які надходять до реєструвального пристрою.

Трекові камери, зокрема камера Вільсона, бульбашкова та дифузійна камери, дають можливість спостерігати сліди (треки), що залишають заряджені частинки, пролітаючи крізь їхній робочий об’єм,  та визначити, які саме ці частинки.

Дія лічильника Гейгера-Мюллера ґрунтується на властивостях іонізуючого випромінювання значно збільшувати провідність газів. Датчик Гейгера-Мюллера – це скляний циліндр, заповнений розрідженим інертним газом (рис. 1). Стінки циліндра вкриті металевою плівкою, яка є катодом. Всередині циліндра натягнутий металевий дріт – анод. Анод і катод ізольовані один від одного. Між стінками циліндра і дротом прикладається висока напруга – декілька сотень вольт. Схема підключення лічильника Гейгера-Мюллера представлена на рис. 2.

У вихідному стані газовий проміжок між анодом і катодом має високий опір та струму в ланцюгу немає. Коли заряджена частинка, що має високу енергію, зіштовхується з елементами конструкції датчика, вона вибиває з них деяку кількість електронів, які опиняються у проміжку між електродами. Під дією прикладеної напруги електрони, що перебувають у середовищі інертного газу, рухаються до анода, та іонізують на своєму шляху молекули газу. Процес іонізації відбувається лавиноподібно та має характер газового розряду, що призводить до різкого збільшення провідності газу і появи імпульсу струму в навантажувальному резисторі. Імпульси струму підсилюються та надходять до лічильного або детектувального пристрою.

У лабораторній роботі пропонується провести детектування та підрахунок іонізуючих частинок, що становлять природний радіаційний фон, з використанням індикатору іонізуючих частинок ШОД-62 (рис. 3). Ця установка має два лічильника Гейгера-Мюлера, підключених паралельно. Як детектувальний пристрій використовують паралельно підключені динамік та світлодіод.

Хід роботи

  1. Увімкніть джерело живлення та виставте на ньому напругу 12 В.
  2. Вимкніть джерело живлення.
  3. З’єднайте індикатор іонізуючих частинок з джерелом живлення, дотримуючись полярності, зазначеної на передній панелі індикатора.
  4. Увімкніть джерело живлення. У гучномовці дозиметра буде чути потріскування, а світлодіод спалахуватиме з частотою проходження крізь лічильники іонізуючих частинок.
  5. Увімкніть секундомір та підрахуйте кількість імпульсів за 1 хв.
  6. Повторіть дослід 5 разів. Результати підрахунків заносьте до таблиці результатів.

Аналіз даних

  1. Розрахуйте середнє арифметичне значення результатів підрахунку іонізуючих частинок за 1 хв.
  2. Систематизуйте отримані знання і навички з принципу роботи лічильника Гейгера-Мюллера.
  3. Зробіть висновок про результати підрахунку кількості іонізуючих частинок.

 

Таблиця результатів

№ досліду 1 2 3 4 5 Середнє значення
Кількість частинок