Caracteristica de lucru a contorului Geiger-Muller

Obiectul lucrarii

In aceasta lucrare se urmareste determinarea parametrilor ce caracterizeaza domeniul de lucru al unui contor Geiger–Műller ( ternsiune de prag, lungimea si panta palierului, tensiune optima de lucru) si intelegerea modului de folosire a unui asemenea contor pentru detectarea radiatiilor nucleare.

Bazele teoretice

Contorul Geiger–Műller face parte din categoria detectorilor de ionizare in gaz, ca si camera de ionizare si contorul proportional.

Acest detector are o constructie simpla, fiind alcatuit din doi electrozi introdusi intr-un tub de sticla sau de metal. Tubul contine si un gaz nobil la presiune joasa ( zeci de torri). De obicei, electrozii au geometrie cilindrica, anodul fiind un fir metalic, subtire, dispus pe axul unui cilindru care constituie catodul. Acesta din urma poate fi un strat conductor depus pe peretele interior al tubului de sticla, iar daca tubul exterior este metalic, va servi chiar el drept catod. Intre cei doi electrozi se aplica o difernta de potential ca in fig. 1.

C

ΔV

R

Fig. 1. Schema de conectare a unui contor Geiger–Műller.

Forma si dimensiunile unui contor Geiger –Műller depind de scopul in care va fi folosit. In fig. 2 sunt prezentate, spre exemplificare, doua tipuri de astfel de contori, unul cu fereastra subtire ( din mica, Al, mylar etc.) care poate fi folosit pentru

detectia radiatiilor - sau X si altul de tip cilindric folosit pentru detectia radiatiilor .

Fig. 2. Tipuri de detectori Geiger –Műller.

La trecerea unei radiatii prin volumul contorului se produce excitarea si ionizarea moleculelor gazului. In functie de natura radiatiei incidente, ionizarea se poate face direct, in cazul particulelor cu sarcina electrica, sau indirect, prin intermediul electronilor smulsi din peretele contorului de radiatiiel X si , respecticv al unei particule inacarcate rezultate dintr-o reactie nucleara produsa de neutroni. Ionii si electronii formati, daca sunt accelerati in camp electric, pot produce la randul lor ionizari secundare. Caracrerul descarcarii interioare depinde de tensiunea aplicata pe contor.

Sarcinile electrice aparute in urma trecerii unei particule sunt colectate si provoaca variatia intr-un timp scurt a tensiunii aplicate pe contor, deci un puls de tensiune care apare la bornele contorului si care este transmis prin condensatorul C la instalatia de numarare. ( fig. 1)

In cazul contorului Geiger–Műller, ca si in contorul proportional, apare multiplicarea in gaz a sarcinilor prin ionizari secundare, adica descarcarea in avalansa. Dar, functionarea contorului Geiger–Műller se bazeaza pe existenta unui camp electric de intensitate mare, astfel ca descarcarea in avalansa se intensifica si este insotita de avalanse secundare. Astfel, pulsurile de tensiune care apar au amplitudine mare ( 1-10 V sau mai mult) si pot fi numarate direct, fara amplificare prealabila.

Tinand cont de geometria cilindrica a contorului, distributia campului electric in interiorul sau, E(r), va fi data de relatia:

(1)

unde V este tensiunea aplicata intre electrozi, rc ra – raza catodului, respectiv anodului, r – distanta fata de axul contorului, la care se determina campul electric.

Din relatia (1) se vede ca in regiunea din jurul firului central se obtine un camp electric intens in care electronii sunt accelerati puternic si in deplasarea lor spre anod produc ionizari in avalansa. De asemenea, se produce si excitarea unor molecule de gaz, care se dezexcita intr-un timp foarte scurt ( ~ 10-9 ), emitand fotoni cu lungime de unda in vizibil sau ultraviolet. Acesti fotoni pot smulge fotoelectroni de pe suprafata catodului sau din gaz, iar fotoelectronii pot genera noi avalanse care se pot suprapune peste cea initiala ( fig. 3). Descarcarea in avalansa se produce intr-o regiune limitata care inconjoara firul central si in care apar electroni si ioni pozitivi. In timp ce electronii sunt colectati, ionii pozitivi, avand o mobilitate mult mai mica, vor forma o sarcina spatiala in jurul anaodului, care va determina scaderea campului electric. Pentru o anumita densitate de ioni pozitivi, campul electric din jurul anodului devine mai mic decat pragul necesar multiplicarii in gaz si astfel se termina descarcarea Geiger–Műller. Se observa ca pentru o anumita temperatura aplicata pe contor, fiecare descarcare se va incheia dupa aparitia aceleiasi densitati de ioni pozitivi si astfel toate pulsurile vor avea practic aceeasi amplitudine, independenta de ionizarea primara, deci de energia radiatiei incidente. Contorul Geiger–Műller este neselectiv, poate servi numai pentru numararea particulelor. El are in schimb sensibilitate mare, este suficient sa apara un electron in interiorul sau pentru ca acesta sa declanseze descarcarea in avalansa.