Детекторлардың негізгі түрі.

Шымкент-2008ж

Мазмұны:

Кіріспе -------------------------------------------------------------------------------------------3

І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар ---------------------------------------------4

1.1. Детекторлардың негізгі түрі -----------------------------------------------------------4

1.2. Газдық күшейткішсіз ионизациялық тіркеу әдістері -----------------------------5

1.2.1. Газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы ---------------------------5

1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен

иондардың қозғалысы ----------------------------------------------------------------10

ІІ-тарау. Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері -----------------------------------15

2.1. Күшейткішті ионизациялық санауыштар ------------------------------------------15

2.2. Ионизациялық камералар -------------------------------------------------------------22

ІІІ-тарау. Газ разрядты санауыштар және олардың көмегімен радиациялық сәулелерді тіркеу -----------------------------------------------------------------------------29

3.1. Өздігінен өшпейтін санауыштар ----------------------------------------------------29

3.2. Өздігінен өшетін санауыштар --------------------------------------------------------21

3.3. Иондаушы бөлшектер индикаторының жұмыс істеу принципі ---------------38

3.4. Ғарыштық сәуленің жұмсақ компонентасының интенсивтілігін

анықтау (эксперимент)----------------------------------------------------------------41

Қорытынды ----------------------------------------------------------------------------------43

Пайдаланылған әдебиеттер -------------------------------------------------------------44

Кіріспе.

Қазіргі кезде иондаушы бөлшектердің бақылау және тіркеу үшін өте нәзік тәсілдер мен құралдар қолданылады. Иондаушы сәулелер деп электрон, протон, нейтрон, альфа-бөлшек, мезон, фотон және т.б. сол сияқты қарапайым бөлшектер ағынын айтамыз. Бөлшектердің заттың атомындағы электрон немесе ядромен өзара әсерлесу кулондық, электромагниттік, ядролық күштер арқылы жүзеге асады. Бұл әсерлесулер нәтижесінде болатын серпімді және серпімсіз соқтығысулар нәтижесінде өте көп құбылыстар туындайды. Сол құбылыстарды иондаушы бөлшектерді тіркеу үшін пайдалануға болады. Ортада жұтылған энергияның әсерінен туындайтын құбылыстар заттың агрегаттық күйіне байланысты болады. Мысалы, газдарға түскен иондаушы бөлшектердің әсерінен еркін электрондар мен иондар туындайды. Сыртқы электр өрісінің әсерінен олар тізбекте бағытталған қозғалыста болып, қысқа мерзімді электр тогын яғни импульсын тудырады. Осы импульстарды тіркеу арқылы иондаушы бөлшектерді бақылауға болады.

Зерттеу обьектісі екінші реттік ғарыштық сәулелер. Индикатордан шыққан бәсең импульстар алдымен төмен жиіліктегі күшейткішке келіп түседі, сонда күшейтіліп, қайта есептегіш құрылғыға беріледі. Күшейткіштің шығысына қосылған жартылай өткізгіш диод ток импультарын С конденсаторға қарай өткізеді де, күшейткіштің шығыс трансформаторының обмоткасы арқылы конденсатордың разрядталуына мүмкіндік бермейді, өйткені кері бағытта ток өткізбейді. Келіп түскен ток импульстарының әсерінен С конденсатор ондағы кернеу неон лампының жағылу потенциалымен теңелгенге дейін бірте-бірте зарядталады. Конденсатор неон лампы сөнетін кернеуге дейін неон лампы мен динамик арқылы разрядталады.

Жұмыстың мақсаты иондаушы бөлшектердің әсерінен туындайтын газдағы

разрядтарды тіркеу арқылы ғарыштық сәулелердің құрамын және

интенсивтіліктерін анықтау.

 

І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар.

Детекторлардың негізгі түрі.

Зарядталған бөлшектердің газдарда өтуі нәтижесінде электрондар мен иондар түзіледі. Егерде иондалу түрлі потенциялға ие екі электродтар арасындағы көлемде жүрсе, онда электрондар мен иондардың электродтарда қозғалуы есебінен электр тізбекте ток пайда болады.

Барлық газды ионизациялық детекторлар конденсаторлар түрінде болып келеді, оларда электродтар арасындағы кеңістік қандайда бір газбен толыққан. Детектордың газдық аралығындағы кернеуліктің таралуына байланысты олар түрлі қасиетке ие болады. Осыған орай, детектор қосылған тізбектегі токтың шамасы, конденсаторға түсірілген кернеу кіші болған жағдайда, кернеудің шамасына және кеңістікте туындаған иондар санының электрон зарядына болған көбейтіндісіне тәуелді болады. Мұндай детекторларды ионизациялық камералар деп атайды. Кернеулік жоғары болған жағдайда газдың күшеюі нәтижесінде электрлік тізбектегі ток детекторларда уақыт бірлігінде пайда болатын зарядтар санынан едәуір көп болуы мүмкін. Бұл кезде ток конденсатордағы кернеуге және сәуленің әсерінен туындайтын иондық эффектіге порпорционал болады. Мұндай детекторлар пропорционал деген атқа ие. Соңында, конденсатордағы кеңістігіндегі кернеу бұдан да барынша жоғары шамаға ие болуы кезінде егерде детектор көлеміне зарядталған бөлшек түсетін болса разряд пайда болады. Ал мұндай детекторларды газоразрядты есептеуіштер деп атайды.[3].

Тіркеудің иондық әдістері конденсатордың газдық қуысынан өту кезінде зарядталған бөлшектер тудыратын зарядты немесе токты өлшеуге негізделген. Зарядталған бөлшек энергиясымен одан туындаған ионизация арасындағы байланысты қарастырамыз. Бұл өте маңызды байланыс, өйткені ионизациялық камералар мен пропорционалдық есептеуіштерде иондық эффект бойынша бөлшектердің энергиясын анықтайды. Тәжірибелік жолмен орнатылғандай, иондық бір жұпты туындатуға жұмсалатын орташа энергия W, зарядталған бөлшектің энергиясына, оның массасы мен зарядына толықтай тәуелді емес.

Спектрометрлік өлшеулерде орташа энергия мен бөлшек энергиясы арасындағы байланысты білген жөн. Көптеген зерттеулер көрсеткендей, аргонда, мәселен 0,5%-ке дейінгі дәлдікте W зарядталған бөлшектер энергиясына тәуелді емес. Ауа үшін W шамасы бөлшектер энергиясына айқын тәуелді. Осыған орай, α-бөлшектер үшін 3-4 Мэв-ден 50 кэв-ке дейін энергияны өлшеу кезінде орташа энергия шамамен 10 %-ке өзгереді.

Өте қызық тағы бір жайт- иондық жұптарды түзуге жұмсалатын энергия түрлі газдарда бірдей мәселен, аргонда ол оттегіге қарағанда төмен, ал бұл кезде аргон атомдарын иондауға қажетті энергия оттегі атомдарын иондауға жұмсалатын энергияға қарағанда жоғары болып келеді. Бұл қызық жайтты түрлі газдар мен молекула атомдарын алуға қажетті энергиялар өзара ерекшеленетіндігімен түсіндіруге болады. 1.1-кестеде әртүрлі зарядталған бөлшектердің әртүрлі газдардағы бір жұп ионды тудыру үшін қажет W-энергиясының шамасы көрсетілген.

1.1-кесте. Ион жұптарына айналуға қажетті энергия, эв

Бөлшектер	Газ
Ауа	Н2	Не	Ν2	О2	Ar	CH4	C2H4
α-бөлшек пратон/р электрон/р	35,0 33,3 35,0	36,0 35,3 38,0	30,2 29,2 32,5	36,0 33,6 35,8	32,2 31,5 32,2	25,8 25,5 27,0	29,0 - -	27,0 - -