Определение параметров газоразрядного счетчика

1. Цель работы

Научиться снимать счетную характеристику газоразрядного счетчика и определять рабочие параметры счетчика и пригодность его к работе. Научиться наблюдать на экране осциллографа форму импульсов напряжения счетчика и находить значение его мертвого времени.

2. Введение

а) Параметры галогенных газоразрядных счетчиков

Галогенные газоразрядные счетчики, выпускаемые отечественной промышленностью, наполняются инертным газом неоном с небольшой добавкой аргона и паров брома. Такие счетчики работают в режиме самостоятельного разряда и по сравнению со спиртовыми счетчиками обладают значительно большим сроком службы и более низким рабочим напряжением.

Катод галогенных счетчиков обычно выполняется из тонкой стали, анод – из проволоки диаметром 0,5 – 1мм.

Основной характеристикой счетчиков, позволяющей оценить его работоспособность и выбрать нормальный рабочий режим, является счетная характеристика.

Счетной характеристикой (рисунок 1) называется зависимость средней частоты импульсов N, т.е. среднего числа импульсов в единицу времени, от напряжения U_сч между электродами счетчика при постоянной интенсивности облучения.

N,

имп/мин

N₂

N₁

U₀

U₁

U_раб

U₂

U (В)

Рис. 1. Типовая счетная характеристика газоразрядного счетчика

Определение счетной характеристики от источника ионизирующего излучения.производится экспериментально с помощью пересчетной установки.

Начало счетной характеристики соответствует такому напряжению U₀, при котором наибольшая амплитуда импульсов, поступающих на вход пересчетного устройства, достигает порога срабатывания регистрирующей схемы.

При дальнейшем увеличении напряжения на счетчике амплитуда импульсов растет. При этом все импульсы счетчика регистрируются пересчетной схемой, что соответствует практически горизонтальному участку счетной характеристики, получившему название плато.

У хороших галогенных счетчиков при правильно выбранной схеме включения плато счетной характеристики имеет протяженность 80-100 В.

Наклон плато характеризуется относительной величиной приращения скорости счета импульсов в процентах на участке плато в 1,0В и определяется выражением:

где к_р – наклон плато, %/В;

N₂ – скорость счета импульсов в конце плато, имп/мин;

N₁ - скорость счета импульсов в начале плато, имп/мин;

U₁ – напряжение начала плато, В;

U₂ – напряжение конца плато, В

Некоторый наклон плато объясняется увеличением числа и роста амплитуды сопровождающих импульсов. Чем больше напряжение на счетчике, тем большее число молекул рабочего газа ионизируется и возбуждается при разряде. Это увеличивает вероятность появления сопровождающих импульсов. Кроме того, с увеличением напряжения на счетчике растет амплитуда ложных импульсов, и все большая часть их вызывает срабатывание регистрирующей схемы.

При очень больших напряжениях на счетчике (за пределами плато) возникает электрический пробой в чувствительном объеме газаразрядногосчетчика.

Рабочее напряжение счетчика выбирается в пределах напряжения плато. Для галогенных счетчиков U_раб = 390÷400 В.

Исправные счетчики имеют наклон плато не более 0,15% на 1 В.

Форма импульсов напряжения на аноде счетчика приведена на рис. 2.

Форму импульсов напряжения на аноде газоразрядного счетчика можно наблюдать с помощью осциллографа со ждущей разверткой.

При больших интенсивностях облучения счетчика наблюдается появление очередных импульсов с уменьшенной амплитудой; это объясняется тем, что в момент появления таких импульсов напряжение на счетчике не успело восстановиться до первоначального значения.

Минимальный промежуток времени после начала разряда, в течение которого счетчик остается нечувствительным к очередным ионизирующим частицам, называется «мертвым временем» t_м счетчика.

Величина мертвого времени для галогенных счетчиков зависит от напряжения от напряжения питания и параметров схемы включения счетчика. Типовая схема включения галогенного счетчика приведена на рисунке 3.

С ростом сопротивления нагрузки R_н счетчика, емкости С_пар, величина которой слагается из емкости счетчика, емкости монтажа схемы и входной емкости регистрирующей схемы, и напряжения источника питания U_сч мертвое время увеличивается. При рабочем напряжении питания и параметрах схемы включения счетчика, рекомендованных заводом-изготовителем, t_м – 20 мкс.

Мертвое время счетчика определяет предельную скорость счета импульсов, т.е. разрешающую способность.

Амплитуда импульсов напряжения на аноде счетчика по величине приблизительно равна перенапряжению. Так, например, при U_сч = 400 В и U₀ = 320 В амплитуда импульсов напряжения ∆U = 80 В.

Кроме указанных, к основным параметрам счетчика относятся:

- собственный фон счетчика, т.е. скорость счета импульсов счетчика, помещенного в свинцовую защиту;

- чувствительность счетчика к гамма-излучению;

- толщина стенок счетчика, мг/см²;

- рабочий интервал температур окружающего воздуха;

- долговечность или время жизни счетчика, выраженная в числе зарегистрированных импульсов за весь период работы счетчика.

Основные технические характеристики галогенных счетчиков, используемых в работе, приведены в приложении 9.

3. Материальное обеспечение работы

При выполнении лабораторной работы используется:

а) счетная установка КРВП-3;

б) блок регулировки напряжения на счетчике;

в) защитный свинцовый домик с держателем счетчика и блоком согласования;

г) исследуемый экземпляр счетчика;

д) электронный осциллограф со ждущей разверткой;

е) бета – или гамма-излучатель (⁹⁰Sr-⁹⁰Y, ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs).

Счетная установка КРВП-3 (рисунок4) имеет на лицевой панели тумблер «Вкл. сеть» (1) и тумблер «Проверка. Работа» (2).

Пересчетная схема установки включается нажатием кнопки «Пуск» (3) часов-секундомера. При повторном нажатии кнопки «Пуск» счет импульсов останавливается, а при следующем нажатии осуществляется сброс на нуль показаний информационного табло (4) и секундомера.

Информация о числе зарегистрируемых импульсов представляется с помощью пяти газонаполненных декатронов. Емкость счета – 5 порядков.

Вращением потенциометра «Уровень дискриминации» (5), ручка которого выведена под шлиц лицевой панели, устанавливается нужный порог срабатывания пересчетной схемы.

Блок регулировки напряжения питания счетчика (рис. 5) имеет переключатель (1), коммутирующий питание на газоразрядные и сцинтилляционные счетчики.

500

Регулировка напряжения производится вращением ручки потенциометра «Плато» (2). Контроль напряжения на газоразрядном счетчике осуществляется по нижней шкале вольтметра (3).

Внимание! Показания нижней шкалы следует увеличивать в 2 раза.

4. Содержание и последовательность выполнения работы

1. Ознакомиться с материальной частью лабораторной работы и произвести включение и проверку работоспособности установки КРВП-3.

Порядок включения и проверки установки рекомендуется следующий:

- проверить исходное состояние элементов управления, при котором тумблер «Сеть-вкл» должен быть в положении «Сеть», а тумблер «Проверка-работа» - в положении «Работа»;

- порог дискриминации установлен на уровне 0,5 В поворотом ручки потенциометра влево до упора;

- проверить завод часов, установить секундомер в состоянии «Сброс» нажатием кнопки «Пуск»;

- подать напряжение на прибор. Включатель сети поставить в положение «Вкл», при этом должна загореться сигнальная лампочка и засветиться декатроны;

- после 3-минутного прогрева убедиться в исправности прибора, для чего перевести переключатель «Работа-проверка» в положение «Проверка», нажатием кнопки «Пуск» включить пересчетную схему и через 10 с повторным нажатием кнопки «Пуск» остановить секундомер и пересчетную схему. Количество зарегистрированных декатронами импульсов должно быть равно 1000;

- переключатель «Работа-проверка» поставить в положение «Работа». Нажатием кнопки «Пуск» сбросить показания пересчетной схемы и секундомера.

2. Снять счетную характеристику исследуемого газоразрядного счетчика. Для этого необходимо:

- установить против счетчика в защитном домике источник ионизирующего излучения. Источник должен обеспечивать скорость счета в пределах 500÷800 имп/с;

- включить пересчетную схему нажатием кнопки «Пуск» секундомера;

- плавно увеличивая напряжение питания на счетчике вращением потенциометра «Плато», определить напряжение начала счета по началу регистрации импульсов декатронами;

- определение напряжения U₀ произвести несколько раз и выбрать среднее значение по формуле:

- после определения U₀ двукратным нажатием кнопки «Пуск» секундомера выключить пересчетную схему и сбросить показания декатронов;

- приступить к снятию точек счетной характеристики, начиная с U₀ и далее через каждые 20 В;

- определение скорости счета для каждого значения напряжения питания производить 6 раз по 10 с;

- снятие счетной характеристики закончить при резком увеличении скорости счета импульсов, зафиксированном по показаниям декатронов, или после подачи на счетчик максимального напряжения питания, которое может обеспечить блок регулировки напряжения;

- выбрать рабочее напряжение счетчика из условия

3. Определить величину собственного фона исследуемого счетчика, для чего убрать из-под счетчика источник излучения и произвести измерение числа импульсов за 5 минут. Величину собственного фона счетчика определить из выражения:

где N_ф – число импульсов;

t_ф – время измерения (5 мин.)

4. С помощью осциллографа проследить за изменением формы импульсов напряжения на аноде счетчика при различных напряжениях питания.

Внимание! Включение настройка осциллографа выполняется лаборантом или преподавателем;

- установить на счетчике рабочее напряжение питания, зарисовать форму импульса напряжения и вычислить по координатной сетке его амплитуду;

- с помощью калибратора длительности определить длительность импульса и величину мертвого времени.

5. Построение счетной характеристики производить в следующей последовательности:

- определить U₀;

- счетную характеристику строить через каждые 20 В;

- определение скорости счета для каждого значения напряжения питания производить 3 раза по одной минуте и вычислять среднее значение скорости счета .

Для построения графика счетной характеристики определять дисперсию среднего значения скорости счета по формуле:

где n_i – скорость счета отдельного измерения, имп/мин;

- средняя скорость счета, имп/мин;

n – число измерений (в нашем случае n = 3).

Истинное значение измеренной скорости счета будет находиться в доверительном интервале

с вероятностью Р = 0,905.

При построении графика счетной характеристики откладывать полное значение доверительного интервала, равного .

Результаты эксперимента и расчетов свести в таблицу 1.

Таблица 1.

Результаты эксперимента и расчетов

№ пп.	Напряж. питания U, В	Скорость счета ni, имп/мин	, имп/мин	(ni-)
1	n1
	n2
	n3
2	n1
	n2
	n3
3	n1
	n2
	n3
к	n1
	n2
	n3

6. После окончания измерений выключить установку КРВП-3 и осциллограф.

5. Домашнее задание перед работой

1. Подготовить к работе отчет, заполнив пункты 1,2 раздела 6 «Содержание отчета».

2. Повторить тему курса ТОД «Газоразрядные счетчики».

6. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

1. Схему включения галогенного счетчика.

2. Форму импульсов напряжения на аноде счетчика с указанием временных параметров.

3. Перечень использованной аппаратуры и краткую ее характеристику.

4. Технические данные исследуемого счетчика.

5. Таблицу 1.

6. График счетной характеристики и назначение величины наклона плато.

7. Значение собственного фона счетчика.

8. Рисунок осциллограммы импульсов напряжения и результат определения амплитуды, длительности импульса и мертвого времени счетчика.

9. Зависимость амплитуды импульса счетчика от напряжения питания.

10. Выводы, в которых дать анализ полученной счетной характеристики и оценку параметров исследуемого счетчика.

7. Техника безопасности

Работа выполняется с закрытыми источниками ионизирующих излучений. Перед работой с источниками гамма-излучения получить индивидуальные ионизационные дозиметры комплекта КИД-6.

Вынимать источники из защитных домиков для помещения их в контейнеры разрешается только пинцетом.

8. Контрольные вопросы

1. Каково конструктивное отличие счетчиков, предназначенных для регистрации альфа-, бета- и гамма-излучений ?

2. Почему для регистрации альфа-частиц обычно используются пропорциональные счетчики, а для бета-частиц и гамма-квантов счетчики с самостоятельным разрядом ?

3. Какое назначение имеет добавка молекул галогена в газовом наполнении счетчика ?

4. Объясните механизм гашения разряда в галогенном счетчике ?

5. Что называется счетной характеристикой и как с ее помощью определить качество счетчика ?

6. Как выбирается рабочее напряжение счетчика ?

7. Как определить наклон плато счетной характеристики ?

8. Что называется мертвым временем счетчика и как его можно определить ?

9. От чего и как зависит амплитуда импульсов напряжения газоразрядного счетчика с самостоятельным разрядом ?

10. Что называется чувствительностью счетчика к гамма-излучению ?

11. В каком режиме работает исследуемый счетчик, если напряжение на его электродах соответствует рабочему ?

12. Какую величину напряжения начала счета имеет счетчик, используемый в работе ?

13. Какую длительность импульса вырабатывает галогенный счетчик ?

14. Какую разрешающую способность имеет счетчик, используемый в работе ?

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ДИАПАЗОНА ИЗМЕРЕНИЯ БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

МОЩНОСТИ ЭКСПОЗИЦИОННОЙ ДОЗЫ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель работы:

Работа имеет целью практически обучить студентов определению нижней границы диапазона измерения блока детектирования с газоразрядным счетчиком, показать зависимость значения уровня границы от времени измерения, величины фона и допустимой погрешности измерения. Кроме того, дать возможность в выполнении расчетов на ПЭВМ по прикладным программам.