Изучение устройства и принципа работы радиометра

В настоящее время существует много разнообразной аппаратуры для количественного определения интенсивности радиоактивного излучения. Такие приборы называются радиометрами. Для лабораторных исследований применяют радиометры с пересчетным устройством, позволяющим регистрировать каждый импульс тока, возникающий в счетчике. Лабораторные радиометры, состоящие из отдельных блоков, называются радиометрическими установками. Примером может служить установка Б-2 (рисунок 6), состоящая из высоковольтного выпрямителя - стабилизатора ВСВ-2500, пересчетного устройства ПС-64, электромеханического счетчика, блока газового счетчика с панелью для крепления счетчика, и собственно счетчика Гейгера. По своей конструкции это наиболее простая установка лабораторного типа.

Рисунок 6. Внешний вид лицевой панели установки Б-2.

По схеме установки Б-2 (рисунок 7) легко проследить назначение и работу отдельных ее узлов. На нить счетчика от высоковольтного выпрямителя ВСЭ-2500 подается высокое напряжение постоянного тока. Импульсы тока, возникшие в счетчике, формируются и усиливаются в блоке газового счетчика, откуда по экранированному проводу передаются на пересчетное устройство. Пересчетная и усилительная схемы смонтированы в основном блоке. Благодаря пересчетному устройству можно ограничить поступление импульсов в электромеханический счетчик с таким расчетом, чтобы число их не превышало 300 имп/мин. При включении тумблеров x1, х4, х16, х64, расположенных на передней панели пересчетного устройства, в механический счетчик будут поступать или все импульсы от датчика или, соответственно, каждый 4-й, 16-й, 64-й импульс.

Рисунок 7. Блок-схема установки Б-2.

Счетная характеристика выражает зависимость числа сосчитываемых импульсов от подаваемого напряжения при постоянном уровне воздействия ионизирующего излучения. Типичная счетная характеристика представлена на рисунке 8. При постепенном увеличении напряжения счетчик сначала не реагирует на влетающие в него частицы – энергии возникающих вследствие ионизации свободных электронов недостаточно для ионизации нейтральных атомов среды счетчика, а разность потенциалов между электродами слишком мала, чтобы сообщить им эту энергию за короткий интервал между соударениями с нейтральными атомами. При напряжении, превышающем U_А (называемое потенциалом зажигания), отдельные частицы при удачном стечении обстоятельств вызывают в ионизационной камере сигнал значительной амплитуды, который сосчитывается счетчиком. При дальнейшем увеличении напряжения все большее число частиц дают сигнал нужной амплитуды. После достижения напряжения U_B, любой акт ионизации в камере сопровождается импульсом тока. Для счетчика важно количество импульсов, а не их величина, поэтому при дальнейшем увеличении напряжения до верхнего порогового значения U_C увеличения скорости счета не происходит. Этот участок счетной характеристики называется «плато», а число сосчитанных импульсов на этом участке равняется числу актов ионизации, произошедших в камере за время наблюдения (выделено пунктирной линией на рисунке 8). При напряжении выше U_C в счетчике начинают возникать самопроизвольные разряды, и счетчик начинает завышать измеряемые значения. Рабочее напряжение, при котором счетчик работает оптимально, выбирают ближе к началу «плато».

Рисунок 8. Счетная характеристика счетчика Гейгера-Мюллера.

Необходимо помнить, что если на счетчик подать рабочее напряжение, то и в отсутствии радиоактивного препарата в ионизационной камере возникают разряды, обусловленные попаданием космических частиц и загрязнениями, которые могут быть в лаборатории. Число разрядов, возникающих в счетчике в единицу времени в отсутствии радиоактивного препарата, называют фоном счетчика. Таким образом, при измерении активности радиоактивного препарата, мы считаем одновременно и фон. Поэтому величину фона нужно вычитать из полученных данных. Чтобы уменьшить фон, некоторые счетчики помещают в специальные свинцовые «домики». В ходе лабораторной работы необходимо снять счетные характеристики для счетчика СТС-6.

Экспериментальная часть

Оборудование и материалы: радиометр, счетчик СТС-6; закрытый источник бета-излучения (Ca⁴⁵, Cl³⁶, или Sr⁹⁰), столик из оргстекла.

· Включить радиометр. При работе с установкой необходимо помнить, что на ее выходе имеется высокое напряжение (до 2500 В), поэтому при работе необходимо соблюдать меры безопасности: проверять заземлениии; включать и выключать установку с разрешения преподавателя; не оставлять включенную установку без присмотра; не подавать на счетчик напряжения выше указанного в паспорте; после подачи высокого напряжения не производить замену счетчика, перед включением убедиться в том, что ручка "регулятор напряжения" находится в крайнем левом положении, по окончании работы перевести "регулятор напряжения" в крайнее левое положение и нажать кнопку "замыкание высокого напряжения";

· Радиоактивный препарат поместить под счетчик на предметном столике; Внимание! Запрещается бросать, подвергать механическим, химическим, тепловым и другим воздействиям радиоактивные препараты, избегать прикосновений руками к углублениям алюминиевых подложек, где размешен радиоактивный источник. После окончания работы радиоактивный препарат сдать преподавателю!

· Включить установку в сеть и, не подавая высокого напряжения, включить тумблер «пуск»;

· Поставить регулятор коэффициентов пересчета в нужное положение;

· Нажатием кнопки «сброс» погасить лампочки пересчетного устройства;

· Установить на «0» шкалу электромеханического счетчика;

· Поворотом ручки «регулятор напряжения», осторожно увеличивать напряжение на трубке до напряжение начала счета;

· Просчитать препарат при напряжении начала счета в течение 2 минут, включая одновременно секундомер и тумблер «Пуск»;

· Увеличить напряжение на 50 В и снова просчитать препарат в течение 2 минут и т.д. Увеличение напряжения проводить до тех пор, пока после прохождения «плато» установка начнет сосчитывать резко увеличенное количество импульсов.

Задание 1

· Снять рабочую характеристику счетчика СТС-6. Результаты занести в протокол.

· Построить график счетной характеристики, описать его основные участки и найти рабочее напряжение.

· Сделать выводы.

Протокол №1

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Институт биологии и биомедицины

Кафедра Биофизики

Малый практикум

Биофизика

Лабораторная работа № 1