Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Лекция 15 Газонаполненные ионизационные детекторы
Содержание
- 1. Лекция 15 Газонаполненные ионизационные детекторы
- 2. Принципиальная схема газонаполненного детектора.
- 3. 1 - нить-анод;2 - цилиндрический катод;3 -
- 4. Схема включения импульсного газонаполненного детектора 1 –
- 5. Разность потенциалов U приложена между стенками
- 6. Зависимость амплитуды импульса
- 7. В области U0 … U1 амплитуда импульсов
- 8. Заряд, собранный на электродах, на этом
- 9. Выше напряжения U2 начинается область газового усиления.
- 10. На участке U2 … U3 коэффициент газового
- 11. Выше напряжения U3 прямая пропорциональность зависимости газового
- 12. Газонаполненные детекторы имеют два недостатка. Во-первых, плотность
- 13. Различные виды газонаполненных счетчиковСчетчики Гейгера-Мюллера Газонаполненные счетчики
- 14. Газонаполненные счетчикиПо принципу работы все счетчики подразделяют
- 15. Счетчики Гейгера-Мюллера Газовые ионизационные счетчики, работающие в
- 16. Принцип работы счетчика заключается в следующем: ядерные
- 17. При этом электронная лавина распространяется вдоль всей
- 18. При этом анод оказывается окруженным положительно заряженными
- 19. Возбужденные нейтральные молекулы и атомы, высвечиваясь ультрафиолетовым
- 20. Для регистрации последующих
- 21. Схема включения импульсного газонаполненного детектора 1 –
- 22. Ток во внешней цепи счетчика заряжает выходную
- 23. При минимальной разности потенциалов Vмин на электродах
- 24. Второй режим: емкость С зарядилась недостаточно. При
- 25. Мертвое время счетчикаРазряд, протекающий в счетчике, приводит
- 26. Однако, вначале амплитуда импульса еще мала, и,
- 27. Самогасящиеся счетчики В самогасящихся счетчиках газовый разряд
- 28. 2. Ультрафиолетовое излучение возбужденных атомов
- 29. 3. Положительные ионы спирта, двигаясь
- 30. Важнейшим преимуществом самогасящихся счетчиков является то, что
- 31. Хорошим заменителем органических молекул в самогасящихся счетчиках
- 32. Хорошим заменителем органических молекул в самогасящихся счетчиках
- 33. Счетная характеристика Основным критерием работы счетчика служит
- 34. Рабочая характеристика счетчикаГейгера-Мюллера
- 35. Фон и разрешающее время счетчикаФоном называют показания
- 36. Разрешающим временем () счетчика называют максимальный промежуток
- 37. Cкорость счета Iс вычисляется по уравнению: Допустим,
- 38. Пропорциональные счетчики Пропорциональный счетчик выполнен в виде
- 39. - Конструкция цилиндрического пропорционального счетчика
- 40. В отличие от счетчиков Гейгера-Мюллера пропорциональные счетчики
- 41. В названии «пропорциональный счетчик» отражено то, что
- 42. Пропорциональные счетчики используются для регистрации альфа-, бета-частиц, протонов, гамма-квантов и нейтронов.
- 43. Скачать презентанцию
Принципиальная схема газонаполненного детектора.
Слайды и текст этой презентации
Слайд 31 - нить-анод;
2 - цилиндрический катод;
3 - изолятор;
4 - траектория
заряженной частицы;
5 - электронная лавина.
Электроны и ионы, созданные частицей
в результате первичной ионизации атомов инертного газа, показаны соответственно темными и белыми кружочками.
Слайд 4Схема включения импульсного газонаполненного детектора
1 – центральный электрод;
2 - Стенка камеры;
3 - Регистрирующий прибор.
Слайд 5 Разность потенциалов U приложена между стенками и собирающим электродом
через резистор R2.
Предположим, что ядерная
частица создала в камере N пар ионов. Положительные и отрицательные заряды движутся внутри камеры по направлению к её стенкам и к собирающему электроду в соответствие с направлением электрического поля. При этом на сопротивлении R1 возникает скачок потенциала – импульс, который отмечается регистрирующим устройством. 
Слайд 7В области U0 … U1 амплитуда импульсов пропорциональна напряжению, так
как с ростом напряжения увеличивается скорость движения ионов и, соответственно,
уменьшается вероятность их рекомбинации.При некотором напряжении U1 все ионы, образовавшиеся в процессе ионизации, будут попадать на электроды, и амплитуда импульсов достигнет максимального значения, оставаясь постоянной в области U1 … U2. – Область работы ионизационной камеры
Слайд 8 Заряд, собранный на электродах, на этом участке определяется только
ионизационной способностью ядерных частиц или гамма - квантов. Частице, обладающей
большей ионизационной способностью, соответствует большая амплитуда (соответствует верхняя кривая). На этом участке величина собранного на электродах заряда равна суммарному заряду электронов, образованных в процессе ионизации.
Слайд 9Выше напряжения U2 начинается область газового усиления. Газовое усиление это
увеличение количества свободных зарядов в объёме детектора за счёт того,
что первичные электроны на своём пути к аноду в больших электрических полях приобретают энергию достаточную для ударной ионизации нейтральных атомов рабочей среды детектора. Возникшие при этом новые электроны в свою очередь успевают приобрести энергию достаточную для ионизации ударом. Таким образом, к аноду будет двигаться нарастающая электронная лавина. Это “самоусиление” электронного тока (коэффициент газового усиления) может достигать 103-104.
Слайд 10На участке U2 … U3 коэффициент газового усиления не зависит
от первоначальной ионизации, и амплитуда импульсов пропорциональна числу первичных пар
ионов, созданных заряженной частицей. Участок кривой U2 … U3 называется, областью пропорциональности. В этой области работают пропорциональные счетчики.
Слайд 11Выше напряжения U3 прямая пропорциональность зависимости газового усиления от энергии
частицы нарушается, а выше U4 амплитуда импульса не зависит от
энергии излучения. Область U3 … U4 называется областью ограниченной пропорциональности. Напряжение U4 называется порогом Гейгера. Между U4 и U5 лежит область счетчиков Гейгера-Мюллера. В этой области собираемый заряд не зависит от энергии частицы. Благодаря газовому усилению заряд возрастает до величины, ограничиваемой лишь характеристиками камеры и внешней цепи.
Слайд 12Газонаполненные детекторы имеют два недостатка.
Во-первых, плотность газа низка и
энергия, теряемая частицей в объёме детектора мала, что не позволяет
эффективно регистрировать высокоэнергичные и слабо ионизирующие частицы. Во-вторых, энергия, необходимая для рождения пары электрон-ион в газе велика (30-40 эВ), что увеличивает относительные флуктуации числа зарядов и ухудшает энергетическое разрешение.
Слайд 14Газонаполненные счетчики
По принципу работы все счетчики подразделяют на счетчики Гейгера-Мюллера,
и пропорциональные счетчики. В зависимости от механизма разряда
существуют самогасящиеся и несамогасящиеся счетчики; по конструкции различают цилиндрические, торцевые, жидкостные, проточные, а так же 2- и 4-счетчики.
Слайд 15Счетчики Гейгера-Мюллера
Газовые ионизационные счетчики, работающие в области самостоятельного разряда
и названные по имени их создателей счетчиками Гейгера-Мюллера, конструктивно сходны
с пропорциональными счетчиками. Этот тип счетчиков характеризуется тем, что амплитуда электрического сигнала, который снят с нагрузочного сопротивления R1 (слайд 6), зависит от напряжения питания счетчика, состава газовой среды, температуры и параметров RC счетчика (сопротивление-емкость).
Слайд 16Принцип работы счетчика заключается в следующем: ядерные частицы или гамма
- кванты, проникая в межэлектродное пространство счетчика, вызывают ионизацию молекул
газа, образуя, тем самым, внутри счетчика положительные ионы и электроны, которые, ускоряясь в электрическом поле счетчика, приобретают энергию, достаточную для повторной ионизации нейтральных молекул. При взаимодействии фотонов с молекулами газа образуются фотоэлектроны, которые образуют новые центры разрядки.
Слайд 17При этом электронная лавина распространяется вдоль всей нити. Величина импульсов
больше не зависит от вида и энергии излучения, а определяется
только напряжением и длиной нити счетчика. Коэффициент газового усиления лежит в интервале 10(8) – 10(10).Через очень короткий промежуток времени (~10-8 с) весь объем счетчика охватывается разрядом. Так как подвижность положительных ионов на несколько порядков меньше подвижности электронов, электронная лавина собирается на аноде значительно раньше, чем перемещаются к катоду положительные ионы.
Слайд 18При этом анод оказывается окруженным положительно заряженными ионами, что понижает
напряженность электрического поля вблизи нити, в результате чего ионизация газа
приостанавливается, а вместе с этим замедляется и активная стадия разряда.В следующей стадии разряда катионы движутся от нити к катоду, вырывая из него электроны, образуя нейтральные молекулы и атомы газа.
Слайд 19Возбужденные нейтральные молекулы и атомы, высвечиваясь ультрафиолетовым светом при достаточном
приближении к катоду, могут вызвать появление новых электронов, которые способствуют
образованию следующей лавины, и создают новую вспышку газового разряда. Разряд повторяется до тех пор, пока не будет прекращен какими-либо внешними причинами.
Слайд 20 Для регистрации последующих заряженных частиц, попадающих
в объем счетчика, разряд, вызванный предыдущей частицей, должен быть погашен.
Несамогасящиеся счетчики.
В случае несамогасящихся счетчиков, обычно заполненных аргоном, наиболее просто осуществить внешнее гашение, включая последовательно со счетчиком высокоомное сопротивление..
Слайд 21Схема включения импульсного газонаполненного детектора
1 – центральный электрод;
2 - Стенка камеры;
3 - Регистрирующий прибор.
Слайд 22Ток во внешней цепи счетчика заряжает выходную емкость С, напряжение
V на счетчике в момент окончания разряда будет равно разности
напряжения источника питания Vист и напряжения на выходной емкости Vс.
Слайд 23При минимальной разности потенциалов Vмин на электродах счетчика, которая необходима
для ускорения электронов до энергии ударной ионизации, в работе несамогасящихся
счетчиков можно выбрать два режима.Первый режим: емкость С заряжается во время первой ступени разряда до такого напряжения Vс, что VVмин, тогда разряд в счетчике прекращается. Выбитые в таком случае из катода вторичные электроны не могут вызвать вторичной ионизации.
Слайд 24Второй режим: емкость С зарядилась недостаточно. При этом вторичные электроны,
возникшие у катода, будут вызывать новые лавины разряда до тех
пор, пока не будет удовлетворяться неравенство VVмин.Первый режим счетчика будет соблюдаться при условии, если величина емкости наименьшая, а сопротивление настолько большое, что разрядным током проходящим через это сопротивление, во время зарядки емкости можно пренебречь.
Слайд 25Мертвое время счетчика
Разряд, протекающий в счетчике, приводит к образованию возле
нити положительно заряженного ионного облака. Напряженность электрического поля в пространстве
между заряженным облаком и нитью счетчика настолько уменьшается, что последующее образование лавины становится невозможным. При этом счетчик в течение определенного времени (м), не способен регистрировать другие ионизирующие частицы или гамма-кванты. Это время называется мертвым временем. По истечении м, в счетчике может возникнуть самостоятельный разряд.
Слайд 26Однако, вначале амплитуда импульса еще мала, и, только когда пространственный
заряд достигает поверхности анода, в счетчике образуются импульсы нормальной амплитуды.
Отрезок времени между моментом, когда в счетчике возможен самостоятельный разряд, и моментом полного восстановления рабочего напряжения, называется временем восстановления. Таким образом, дальнейший разряд с образованием последующего импульса может произойти лишь после восстановления прежнего напряжения на электродах счетчика. После чего счетчик готов к регистрации последующей частицы.
Слайд 27Самогасящиеся счетчики
В самогасящихся счетчиках газовый разряд протекает иначе. В
газовой смеси этих счетчиков, кроме аргона, содержатся пары многоатомных газов:
спирта, и т.п.Поэтому:
1. В результате разряда образуются положительные ионы спирта, спирт обладает меньшим потенциалом ионизации, чем аргон, поэтому ионов аргона при таком процессе ионизации будет очень мало., т.к. ионы аргона в результате столкновения с молекулами спирта захватывают электроны из этих молекул и превращаются в нейтральные атомы.
Слайд 28 2. Ультрафиолетовое излучение возбужденных атомов аргона, образующихся при
разрядке оставшихся ионов аргона на катоде, полностью поглощается молекулами спирта
во всем объеме, окружающем нить. Поэтому в самогасящихся счетчиках не будет проходить фотоэмиссии электронов с катода.
Слайд 29 3. Положительные ионы спирта, двигаясь к катоду, вырывают
из него электроны и также превращаются в возбужденные молекулы, которые
с большей вероятностью диссоциируют, нежели испускают фотон илиприближаются к катоду на расстояние, достаточное для вторичной эмиссии.
Таким образом разряд в счетчике не возобновляется.
Слайд 30Важнейшим преимуществом самогасящихся счетчиков является то, что их разрешающее время
значительно меньше. Однако, поскольку диссоциация многоатомных органических молекул - процесс
необратимый, то в процессе работы количество газа-гасителя в счетчике уменьшается, и счетчик постепенно приходит в негодность
Слайд 31Хорошим заменителем органических молекул в самогасящихся счетчиках служат галогены Cl2,
Br2, I2. Молекулы галогенов легко отдают электроны при столкновении с
положительными ионами аргона. Возбужденные молекулы галогенов расходуют свою энергию возбуждения на диссоциацию, следовательно, галогены обладают гасящими свойствами. Счетчики Гейгера-Мюллера, в которых газом – гасителем служат галогены, называют галогенными.
Слайд 32Хорошим заменителем органических молекул в самогасящихся счетчиках служат галогены Cl2,
Br2, I2. Молекулы галогенов легко отдают электроны при столкновении с
положительными ионами аргона. Возбужденные молекулы галогенов расходуют свою энергию возбуждения на диссоциацию, следовательно, галогены обладают гасящими свойствами. Счетчики Гейгера-Мюллера, в которых газом – гасителем служат галогены, называют галогенными.
Слайд 33Счетная характеристика
Основным критерием работы счетчика служит его рабочая характеристика,
представляющая графическую зависимость скорости счета от приложенного к счетчику напряжения
при постоянном источнике излучения.Рабочая характеристика позволяет определить длину и наклон плато счетчика, а так же рабочее напряжение счетчика.
Слайд 35Фон и разрешающее время счетчика
Фоном называют показания прибора в отсутствии
исследуемых источников излучения. Наличие фона обусловлено рядом факторов: космическим излучением,
самопроизвольными разрядами в счетчике, радиоактивным загрязнением блока детектирования, рабочих помещений, присутствием в воздухе радионуклидов.
Слайд 36Разрешающим временем () счетчика называют максимальный промежуток времени между двумя
последующими импульсами, которые регистрируются раздельно. Разрешающее время счетчиков Гейгера-Мюллера, связанное
с их мертвым временем, составляет 10-2 – 10-4 с. Поправку на разрешающее время приходится вводить при высоких скоростях счета. При известном эта поправка рассчитывается как Iизм . :
Слайд 37Cкорость счета Iс вычисляется по уравнению:
Допустим, Iизм=80 имп/с, =10-2сек.
Тогда Ic=80/1-80*0.01=400 имп/с.
Т.е. пренебрегать мертвым (разрешающим) временем
нельзя.Разрешающее время = мертвое время + время восстановления.
Слайд 38Пропорциональные счетчики
Пропорциональный счетчик выполнен в виде цилиндра и представляет собой
катод-корпус и собирающий электрод, выполненный в виде металлической нити (вольфрам
или сталь) диаметром 0,05 – 0,3 мм, натянутой по оси цилиндра.Пропорциональные счетчики чаще всего заполняют гелием или аргоном. При регистрации заряженных частиц и гамма-квантов для того, чтобы избежать потерь энергии частицами до регистрации используют тонкие входные окна. Иногда источник помещают в объём счетчика.
Слайд 40В отличие от счетчиков Гейгера-Мюллера пропорциональные счетчики позволяют различать вид
и энергию излучения. Это преимущество используется, прежде всего, при регистрации
альфа-частиц и нейтронов, благодаря их высокой ионизирующей способности. При регистрации медленных нейтронов используются пропорциональные счетчики, заполненные трифторидом бора.
Слайд 41В названии «пропорциональный счетчик» отражено то, что в этом приборе
амплитуда импульса тока (или полный собранный заряд) остаётся пропорциональной энергии,
затраченной заряженной частицей на первичную ионизацию среды детектора. Таким образом, пропорциональный счётчик способен выполнять функции спектрометра, как и ионизационная камера. Энергетическое разрешение пропорциональных счетчиков лучше, чем у сцинтилляционных, но хуже, чем у полупроводниковых детекторов.
Слайд 42Пропорциональные счетчики используются для регистрации альфа-, бета-частиц, протонов, гамма-квантов и
нейтронов.
