Sondan pencereli Geiger-Muller sayacının platosunun ve 20

DENEY NO: 2
SONDAN PENCERELİ GEIGER-MULLER SAYACININ
PLATOSUNUN VE RADYOAKTİF BİR KAYNAK İÇİN TERS
KARE YASASININ İNCELENMESİ
Bu deneyde Geiger-Müller tüpünün:
1.Başlangıç potansiyeli,
2.Platonun uzunluğu ve eğimi,
3.Çalışma potansiyelinin değeri tayin edilecek ve nükleer radyasyon için ters-kare
yasası incelenecektir.
A. PLATONUN İNCELENMESİ
Yapısı şekil 1’de görülen sondan pencereli Geiger-Müller (G-M) sayaçları,
oluşturduğu iyon çifti sayısına bakılmaksızın sayaç içinde iyonlama yapan herhangi
bir tip nükleer parçacığın sayılmasında kullanılabilir. Bu sayaçlar elektronların ve
dolayısıyla β parçacıklarının sayılmasında ideal bir uygunlukla kullanılabilirler. α
parçacıkları ve yüksek iyonlama özelliği olan parçacıklar da bazı durumlarda G-M
sayaçları ile ölçülebilirler. Fakat bu parçacıkların yolları kısa olduğundan ya ince
pencereli sayaçlar gerekir ya da radyasyon kaynağı sayaç içine konulmalıdır.
Radyasyon
Giriş
Penceresi
Katot
Anot Doyma
Boşalımı(çığ))
Şekil 1. Sondan pencereli G-M sayacı.
20
R
-
+
R/10
Yüksek
Gerilim
Sinyal
Yalıtıcı
Sayıcı
Bir radyoaktif kaynaktan yayınlanan parçacık G-M tüpü içine girdiği zaman gaz
moleküllerini iyonlaştırır. Koparılan elektronlar tüpün anot teli tarafından çekilirler.
Genellikle toplam 100 torr basıncında olan %90 argon gibi soygaz ve %10 halojen
(özellikle bromin) karışımı kullanılır. Pozitif iyonlar katot tarafından çekilirler. Anot ve
katot arasındaki potansiyel farkı yeteri kadar yüksekse, bu iyonlar diğer gaz
atomlarına çarparak onları iyonlaştırılar. Bu şekilde çoğalan iyonlar elektroda
ulaşınca onun yükünü değiştirirler. Yükteki bu ani değişme tel ile silindir arasındaki
potansiyel farkını değiştirir. Uygulanan potansiyel Geiger-Muller bölgesinde ise, telin
civarındaki elektrik alan çok daha büyük olur ve. buraya yaklaşan elektronlar bu
nedenle daha fazla gaz atomlarını iyonlaştırırlar. Bu şekilde elektron sayısı ~10 5 kat

artar. Bu artışa gaz çoğaltması “amplifikasyonu” denir. 1 µs den kısa sürede
meydana gelen, anod etrafındaki bu büyük elektron çığı tel boyunca yayılır ve
devreden kısa süreli bir akım geçer. Bu akım direncin çıkışında ani bir potansiyel
düşmesine (elektrik pulsuna) neden olur. Bu puls bir kondansatör üzerinden sayıcıya
gönderilir. Çıkışta ~100mV’luk sinyal üretilir. Çıkıştaki direnç, akım pulsunu voltaj
pulsuna dönüştürür.
Mikrosaniye mertebesinde olan bir akım pulsundan sonra tel ve silindir arasındaki
potansiyel farkı başlangıçtaki değerine geri döner. Tüpten boşalımın temizlenebilmesi
için belirli bir zaman gereklidir. Bu zaman boyunca tüpün voltajı, tüpün elektrodlarına
ulaşabilen radyasyonu detekte edebilmek için gerekli olan voltajdan daha azdır. Bu
zaman tüpün '' ölü zamanı '' olarak isimlendirilir. Eğer aşırı miktarda radyasyon tüpe
ulaşırsa, sayıcıda gösterilen sayım hızı değeri gerçek değerden daha az olur.
G-M sayacında çıkış pulsunun boyu ilk iyonların sayısından bağımsızdır. Bu nedenle,
parçacık enerjisinin ölçümü yapılamaz ve farklı tipteki parçacıkları birbirinden ayırt
etmek imkansızdır.
Sabit bir radyasyon etkisinde olan ve bir sayıcıya bağlı bir G-M sayacını göz önüne
alalım.Dakikada sayılan pulsların sayısı, tüpe uygulanan voltaja bağlı olarak
çizildiğinde şekil 2’de gösterilene benzer bir eğri elde edilir. DE sürekli yük boşalması
bölgesinde çalıştırılan tüp bozulur.
Sayma Hızı
Geiger - Muller Platosu
Çalışma Voltajı
Deney 2. G-M sayacının karakteristik sayma eğrisi.
Sayma sistemi gaz amplifikasyonunun olmadığı iyonizasyon odası bölgesinde,
meydana gelen küçük pulslara cevap veremez. Bunun sonucu olarak eğri bir A
başlangıcına sahiptir ve bunun altındaki pulslar kaydedilmez. Voltaj artırıldığında gaz
amplifikasyonu hissedilir hale gelir ve daha fazla iyonlayıcı parçacık sayılır fakat zayıf
enerjili olanları yine sayılamaz. Bu bölge, AB orantılı sayma bölgesidir. Voltajın daha
da fazla artırılması ile gaz amplifikasyonu sürekli olarak artırıldığında, küçük enerjili
parçacıkların bir çoğu C noktasına kadar sayılacaktır. C noktası, CD Geiger
bölgesinin başlangıcıdır ve bu bölgede pratik olarak tüp içine giren bütün parçacıklar
sayılırlar.
CD Geiger bölgesi plato adını alır. Bir sayacın uzun ve yatay bir platoya sahip olması
istenen bir özelliktir. Çünkü bu durumda sayma hızı uygulanan voltaja kuvvetle bağlı
olmayacaktır. Plato, genellikle yukarı doğru küçük bir eğime sahiptir. Uygulanan
voltajdaki 100 voltluk bir değişim ile sayma hızında %1’den daha küçük bir değişim
gösteren sayaçlar yapmak mümkündür. Platonun uzunluğu ve eğimi, sayaca konulan
21
DC Voltajı

gazın cinsine, merkezi telin durumuna ve sayaç silindirinin yüzeysel özellikleri gibi
birtakım değişkenlere bağlıdır.
Plato, genellikle yaklaşık 200 voltluk bir uzunluğa sahiptir. Daha yüksek voltajlarda
sürekli deşarj bölgesine girilir (E). Bu bölgede tek bir deşarj, kendiliğinden devamlı
hale gelir ve her iyonlama olayı için birbirine yakın olarak yer alan pulslar dizisi
meydana gelir. Bu durum doğru bir sayım için uygun değildir. Bu nedenle G-M tüpleri,
sürekli deşarj bölgesinde çalıştırılmaz, çünkü tamanen bozulır.
G-M tüpünde ilk yük boşalmasından sonra, içerideki gazın iyonlaşmasıyla oluşan
pozitif iyonlar katot duvarına birikirler ve orada serbest elektronla birleşerek nötr atom
haline gelirler. Yüksek potansiyel farkından dolayı bazı pozitif iyonlar katoda çarparak
onun elektronlarından bir kısmını iyonlaştırabilirler. Bu şekilde puls sayısı artar. Anot
ve yüksek voltaj kaynağı arasına büyük bir direnç bağlanarak ve her puls oluştuktan
sonra potansiyel farkı azaltılarak bu hata giderilmeye çalışılır. Fakat bu şekilde G-M
tüpünün ilk potansiyele ulaşması için ~10 -3 s zaman gerekir. Bunun için tüpün içine
ayrıca halojen (tuz veren) klor ve brom da konursa, pozitif iyonlar katottan elektron
koparmak yerine enerjisini bunları moleküllerine ayırmada kullanırlar. Elektronların
pozitif iyonla birleşme eğiliminde olmalarından dolayı, bunu önlemek için çok az
miktarda elektro-negatif gaz kullanılır.
Sayımların başladığı andaki eşik voltajı ve plato uzunluğu tüpün cincine göre değişir.
İyi bir tüpün plato kayması %0,15 değerinden büyük olmamalıdır. Tüp eskidikçe plato
kısalır, bu kayma artar, sayıma başlama potansiyeli yükselir ve boşalma voltajı azalır
(Plato kayması: Sayımın volt başına değişimi/ortalama sayım).
DENEYİN YAPILIŞI
A. SONDAN PENCERELİ GEIGER-MULLER SAYACININ PLATOSUNUN
İNCELENMESİ
Deney düzeneğinin blok diyagramı şekil 3’de verilmiştir.
1. Size verilen radyoaktif kaynağı sondan pencereli G-M sayacının altına yerleştiriniz.
2. Yüksek voltaj kaynağını (Y.V.K.) açtıktan sonra bir süre (5 dakika kadar) cihazın
tam verime ulaşmasını bekleyiniz.
Amplifikatör
Yüksek
Voltaj
Kaynağı
Sayıcı
Geiger - Muller Sayacı
3. G-M tüpüne uygulanan voltajı yüksek voltaj ayar düğmesi yardımıyla artırınız.
22
Radyoaktif
Kaynak

4. Sayacın sayıma başladığı andaki voltajı tayin ediniz. Bu başlangıç voltajıdır (Vb).
5. Bu noktadan sonra voltajı 10’ar volt aralıklarla artırarak birer dakika sürelerle
sayaçta okuyacağınız sayımları kaydediniz.
6. Sayma hızının aşırı derecede artmaya başladığı voltajı tespit ediniz. Bu noktada
özellikle dikkatli olunmalıdır. Bu tip tüplerde platonun son voltajından sonra ancak
20-30 volt gidilebilir. Voltajın daha fazla yükseltilmesi tüpün ömrünü kısaltacaktır.
7. Sayım bittikten sonra radyoaktif maddeyi sayaçtan uzaklaştırınız ve en az 15
dakika için tabii fonu sayınız. Deney bittikten sonra yüksek voltaj kaynağını
yavaş yavaş sıfıra getiriniz.
SONUÇ
Elde edilen gerçek sayma hızlarının (ölçülen sayma hızı-tabii fon), uygulanan voltaja
göre değişim eğrisini çiziniz (Şekil 4). Değişim eğrisinde elde edilen platonun
başlangıç voltajı Vb, platonun başladığı voltajı V1 ve bittiği voltaj V2 işaretlenir. Eğer
tüp normal bir işlem gösteriyorsa, çalışma voltajı platonun 1/3’ü alınarak tayin edilir.
Sondan pencereli G-M sayacının doğru çalışıp çalışmadığı, platonun eğiminden
anlaşılır. Eğer bu eğim her volt için %0,15’den fazla veya platonun uzunluğu 100
volttan aşağı ise bu sayaç bozuktur, sayımda kullanılamaz. Bir volt için yüzde olarak
eğim formülü
şeklindedir. Sondan pencereli bir G-M tüpünde başlangıç voltajının ve platonun tayin
edilmesi tüpün doğru olarak çalışıp çalışmadığını anlamak için çok önemlidir. Günlük
sayım işlemlerinden evvel bu kontrolün yapılması şarttır. Bunun için genellikle
standart kaynak kullanılır. 50 voltta 10.000 sayım yapılır ve yine aynı kaynakla aynı
zaman içinde 150 voltta sayım yapılır. Bu iki sayım oranı %15’den daha fazla bir fark
yapmıyorsa tüp normal çalışıyor demektir. Eğer bu fark %15’den daha büyük çıkarsa
tüp sayım için uygun değildir. Bunun nedeni, ya tüpün platosu kısalmış ya da tüpün
eğikliği artmıştır ki her iki halde de bu tüple doğru bir sayım yapılamaz.
DİKKAT!
Sayım/Dakika
Şekil 4. Sondan pencereli G-M tüpünün platosu.
Sayımın doğru olması sayaç verimine bağlıdır. Verimi en fazla etkileyen faktör, G-M
tüpü ile kaynağın birbirlerine göre geometrisi yani kaynak ile tüpün penceresi
arasındaki uzaklık ve dikeyliktir. Bu nedenle, verimin değişmemesi için deney
yapılırken kaynak yerine konduktan sonra kesinlikle yerinden oynatılmamalıdır.
23
Volt
( 1)

B. RADYOAKTİF BİR KAYNAK İÇİN TERS KARE YASASININ İNCELENMESİ
Nükleer radyasyonlar (α, β, ɣ ışınları veya parçacıkları) direkt olarak hissedilemezler.
Bu nedenle madde ile nükleer bozunmaya uğrayan parçacıkların etkileşmesini ele
alan bir ölçüm yönteminin kullanılması gerekmektedir. Bu amaçla kullanılan bir çok
metod vardır, ancak en yaygın olanı ''Geiger Tüpü'' ile yapılanıdır. Bir Geiger
tüpünde radyoaktif bozunmadan ileri gelen parçacıklar gaz moleküllerini iyonize
ederek sayılabilen elektriksel pulslara neden olurlar. Aletin tübü Geiger sayacı olarak
isimlendirilir. Üç nükleer radyasyon tipinin hepsi (α, β, ɣ) bir gazı iyonlaştırma
yeteneğine sahiptir. İyonizasyon derecesi parçacığın enerjisine ve gaz tarafından
soğurulan radyasyon miktarına bağlıdır.
Bu deneyde, nükleer radyasyon için ters-kare yasası incelenecektir. Bu deney
gerçekleştirildikten sonra Geiger sayacının sayım hızının radyoaktif kaynaktan olan
uzaklık ile nasıl değiştiği tayin edilmiş olacaktır.
TERS KARE YASASI
Normal bir çalışmada, sayım hızı birim zamanda Geiger tüpüne giren parçacıkların
sayısına bağlıdır. Bu nedenle, sayım hızı tüpün kaynaktan olan uzaklığına bağlıdır.
Dakikada N 0 tane toplam parçacık yayınlayan bir nokta kaynaktan çıkan parçacıklar
her doğrultuda yayımlanır. R yarıçaplı bir kürenin birim alanından geçen parçacıkların
sayısının [N (sayım /dakika)] eş yönlü yayımlandığı kabul edilirse,
N0
N =
A
= N0
4 r 2 [sayım / (dakika·cm2 )]
olur. Burada A= 4πr 2 kürenin alanıdır. Bir nokta kaynaktan r mesafesinde A' pencere
alanlı bir Geiger tüpüne dakikada ulaşan sayımların sayısı
N = N A = N0A
4 r 2
ile verilir. Geiger tüpünün A' etkin “effektif” alanıdır, bu bağıntı sayım hızının r 2 ile
orantılı olduğunu (ters-kare yasası biçimi) gösterir. µ(cm -1 ) gelen radyasyonu havanın
azaltma katsayısı hesaba katılırsa, kaynaktan r uzaklıktaki akı veya şiddet:
Şiddet [sayım/(dk·cm 2 )] = N = N
24
1
r
N0 µr
= e 2 2
olur. Nokta kaynak için sayım hızı kaynaktan olan mesafe ile yani 1/r 2 ile değişir.
Pencerenin gelen radyasyonu azaltma katsayısı µp ise, pencereden geçen parçacık
sayısı/(dakika·cm 2 )’nı bulmak için (4) denkleminin e µpd ile çarpılması gerekir,
d=Pencere kalınlığı(cm).
4 r
DENEYİN YAPILIŞI
B. RADYOAKTİF BİR KAYNAK İÇİN TERS KARE YASASININ İNCELENMESİ
Nükleer kaynakları olabildiğince sayacın çevresinden uzaklaştırınız ve ortamdaki tabii
fonu saymak icin Geiger tübüne yavaş yavaş artırarak 420 voltluk çalışma voltajını
( 2)
( 3)
( 4)

uygulayınız. Bu değer Deney-2’deki yapılan deneye benzer şekilde tespit edilmiştir.
Tabii fonu bulmak için kaynağı kullanmadan 10 sayım alarak bunların ortalamasını
bulunuz.
Radyoaktif kaynağını (örneğin Ra) sayım hızının tabii fondan belirgin bir şekilde
artmaya başladığı noktaya getiriniz. r mesafesini ve sayım hızını (N) tespit ediniz.
Buradaki r mesafesi en uzak mesafedir.
Kaynağı olabildiğince tüpe yaklaştırınız ve mesafeyi tayin ediniz. Bu durumda elde
edilen maksimum sayım hızını sayaçtan okuyunuz. Buradaki mesafe ise en yakın
mesafedir.
Enyakın mesafeden itibaren 10 ayrı ölçüm alınız.
Ters-kare bağıntısı, N=Á/r 2 (burada Á bir sabittir) her iki tarafın logaritması alınmak
suretiyle lineer biçime sokulabilir; (gammaların 0-20cm kalınlığındaki hava
tabakasında azalmaları ihmal edilebilir, fakat alfa ve bata parçacıkları için
kullanılması gerekir)
lnN = ln(A ⇥ r 2 )=ln(A ⇥ )+ln(r 2 )
= 2ln(r)+ln(A ⇥ )
olur. Denklem (4), y = mx + b ile verilen doğru biçimindedir.
Tablodaki N ve r değerlerinin logaritmalarını alınız. lnN’nin lnr ye göre grafiğini
çizerek doğrunun eğimini tayin ediniz ve yüzde hatayı bulunuz,
Şiddet(sayım/dk) = f(r 2 ) ve Şiddet = f(r) grafiklerini çiziniz.
1. Tabii Fon Sayımı
N 0 (sayım/dak)
N 0(ort) = ................ sayım/dak.
2. Ters-Kare Yasası
Kaynak-Sayıcı
Mesafesi (mm)
r
Sayım Hızı
(sayım/dak.)
N
Düzeltilmiş Sayım Hızı
(Sayım/dak.)
(N- N 0 )
Grafiğin Eğimi : ...........................................
Yüzde Hata : ...............................................
25
ln(N-N 0 ) ln(r)
( 5)