Bir Geiger sayacında atma boylarının gerilime bağlı olarak ...
Bir Geiger sayacında atma boylarının gerilime bağlı olarak ...
Bir Geiger sayacında atma boylarının gerilime bağlı olarak ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
DENEY NO: 6<br />
BİR GEIGER SAYACINDA ATMA BOYLARININ GERİLİME<br />
BAĞLI OLARAK İNCELENMESİ VE α PARÇACIKLARININ<br />
HAVADAKİ YOL UZUNLUKLARININ ÖLÇÜLMESİ<br />
Bu deneyde <strong>atma</strong> <strong>boylarının</strong> gerilim ile değişimi ve α parçacıklarının yollarının<br />
ölçülüp, enerjilerinin bulunacaktır.<br />
<strong>Geiger</strong>-Müller sayacının yapısı ve çalışma prensibi için 2 ve 7 numaralı deneylerin<br />
giriş bölümüne bakınız.<br />
<strong>Bir</strong> <strong>Geiger</strong>-Müller (G-M) tüpü içine giren radyasyonların iyonlaştırmasıyla tüp içinde<br />
oluşan elektronlar anot tarafından, pozitif iyonlar da katot tarafından toplanır. Anodun<br />
merkezinden r uzaklıktaki elektrik alan şiddeti<br />
V<br />
E(r) =<br />
rln b<br />
⇥<br />
a<br />
şeklinde yazılabilir. V anotla katot arasına uygulanan potansiyel, a anot telinin<br />
yarıçapı, b anot ile katot arasındaki uzaklıktır. r ne kadar küçük olursa anot teli<br />
yakınında o kadar şiddetli elektrik alan olur. Uygulanan V potansiyeli az ise (~200 V)<br />
alfalar pencereden içeriye girdiğinde bu tüp iyonizasyon odası gibi çalışır. Alfaların<br />
tüp içinde iyonlaşmayla oluşturduğu iyon çiftleri, V doyma akımını oluşturan<br />
potansiyelden küçük olduğundan, tekrar birleşerek gaz atomu oluştururlar. Bundan<br />
dolayı, toplanan iyonların sayısı (puls yüksekliği) veya toplanan elektrik yükü (Q)<br />
küçük olur. V artırılırsa pulsun boyu artarak ~200V’a kadar uzanan bir plato oluşturur.<br />
Bundan başka V birkaç 100V artırılırsa, anot yakınındaki elektrik alan şiddeti artar.<br />
Bundan dolayı, alfanın gazı iyonlaştırarak açığa çıkardığı elektronlar ve bu<br />
elektronların iyonizasyonuyla üretilen ikincil elektronlar da gaz atomlarını<br />
iyonlaştıracaktır. Toplanan iyonların sayısı, bütün bu olaylarla oluşan iyonların<br />
sayısıyla orantılıdır. Bu tüp ~700V’a kadar orantılı sayaç <strong>olarak</strong> çalışır. Bu halde tüp,<br />
gaz içinde durdurulan alfaların enerji spektrumlarını ölçmek için kullanılır. V daha da<br />
artırılırsa, tüp sınırlı orantılı bölgede, bundan sonra da ~1000V’a kadar G-M sayacı<br />
<strong>olarak</strong> kullanılır. Çünkü bu yüksek potansiyelde anot yakınındaki elektrik alan yüksek<br />
olur. Bu halde, gazın iyonlaşmasıyla alınan sinyal yüksekliği iyon çifti sayısından<br />
bağımsız olur. Toplanan iyonların sayısı (puls yüksekliği) veya tüpün topladığı Q<br />
yükünün gerileme göre değişimi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.<br />
III bölgesinde, ilk radyasyonlardan dolayı oluşan toplam yük, enerji ile orantılıdır. Bu<br />
bölgede çalışan tüplerle sadece alfalar ölçülür. Bu bölge betaların az bir kısmı için<br />
duyarlıdır ve alfalar için ölçülen potansiyel 1-2mV civarındadır. IV bölgesinde çalışan<br />
tüp, gelen ilk parçacığın sayısıyla orantılı sinyaller üretir fakat bu sinyaller III<br />
bölgesinde olduğu gibi enerjiyle orantılı değildir. G-M sayacı, alfa,beta ve kozmik<br />
ışınlar arasındaki yüklü parçacıklara karşı duyarlıdır. Fakat fotonlar için verimi %2-10<br />
arasındadır. IV bölgesinden sonraki gerilim değerlerinde çalıştırılan tüp, aşırı yük<br />
boşalmasına uğradığından bozulabilir. Sayfa 41’de bulunan grafik alfa parçacıkları<br />
nın havadaki yol uzunluklarını 0-4MeV (Eğri 1) ve 4.0-8.0MeV(Eğri 2)’e kadar<br />
vermektedir.<br />
38
Toplanan İyon Sayısı<br />
<strong>Geiger</strong>-Muller<br />
Sayacı<br />
Toplanmadan Önce<br />
Tekrar <strong>Bir</strong>leşme Sınırlı Orantılı<br />
Bölge<br />
İyonizasyon<br />
Odası<br />
Orantılı Sayaç<br />
Bölgesi<br />
Voltaj (V)<br />
Şekil 1. Toplanan iyon sayısı (sinyal yüksekliği) veya toplanan<br />
elektrik yükü değerinin (Q), <strong>gerilime</strong> göre değişimi.<br />
DENEYİN YAPILIŞI<br />
A. Atma Boylarının Gerilime Bağlı Olarak İncelenmesi<br />
1) Şekil 2’deki devreyi kurunuz. Ossiloskopun düşey saptırma yükselticisini ve<br />
demet tarama hızını uygun değerlere getiriniz. Verilen radyoaktif kaynağı <strong>Geiger</strong><br />
sayacının penceresinden 2-3 cm uzağa yerleştiriniz<br />
2) Sayaca uygulanan gerilimi yavaş yavaş artırınız. Ossiloskopta <strong>atma</strong>ların başladığı<br />
gerilim değerini kaydediniz. Bu gerilim değerinden daha küçük gerilim<br />
değerlerinde <strong>atma</strong> gözlenmemesinin nedenini açıklayınız.<br />
3) Bundan sonra gerilimi 10’ar volt artırarak ossiloskoptaki <strong>atma</strong>ların boylarını volt<br />
<strong>olarak</strong> kaydediniz. Size verilen radyoaktif kaynak (9.10 -5 mCi’lik eski bir radyum<br />
numunesi) α, β ve γ ışınları yayımlar. Kurduğunuz düzenekte α ve β<br />
parçacıklarının verdikleri <strong>atma</strong>ları birbirinden ayırt etmek için sayaca<br />
uyguladığınız en uygun gerilimi ve ossiloskopta seçeceğiniz en uygun yükseltici<br />
değerini kaydediniz. α parçacıklarının verdikleri <strong>atma</strong>ların β parçacıklarınınkinden<br />
daha büyük olmasının nedenini açıklayınız. Ossiloskoptaki yükseltici ayarını<br />
uygun değere getirerek α ve β <strong>atma</strong>larının boyları birbirine eşit oluncaya kadar<br />
gerilimi artırınız. Gerilimin bu değerini kaydediniz. Bu gerilimde α ve β<br />
<strong>atma</strong>larıonın <strong>boylarının</strong> birbirine eşit olmasının nedenini açıklayınız. α ve β<br />
<strong>atma</strong>larının boylarını gerilimin fonksiyonu <strong>olarak</strong> gösteren grafiği çiziniz.<br />
39<br />
Sürekli Boşalma<br />
Bölgesi<br />
(Deşarj Bölgesi)
Şekil 2. Deney devresi.<br />
B. α Parçacıklarının Havadaki Yol Uzunluklarının Ölçülmesi<br />
1) Kaynak, sayaç penceresinden 2-3 cm uzakta iken sayaca uygulanan gerilimi ve<br />
ossiloskoptaki yükseltici değerini alfa parçacıklarını beta parçacıklarından ayırt<br />
etmek için bulduğunuz en uygun değerlere getiriniz.<br />
2) Kaynakla sayaç arasına ince bir kağıt yaprak koyunuz. Gözlediğiniz olayın<br />
nedenini açıklayınız.<br />
3) Kaynakla sayaç arasına 3 mm kalınlığında bir alüminyum levha koyunuz.<br />
Gözlediğiniz olayın nedenini açıklayınız. Bu durumda ossiloskopta gözlenen<br />
<strong>atma</strong>ların hangi ışınlardan geldiğini nasıl araştırabilirsiniz?<br />
4) Kaynağı yavaş yavaş sayaç penceresinden uzaklaştırınız. α <strong>atma</strong>larının tamamen<br />
kaybolduğu uzaklığı ölçünüz. Bu ölçümü 5 kez tekrarlayıp ortalamasını alınız. Bu<br />
değer, kaynaktan çıkan en yüksek enerjili alfaların havada sayaç penceresine<br />
kadar gittiği R1 yolunu verir. Sayaç penceresi kalınlığının hava eşdeğeri Rh ise bu,<br />
yüksek enerjili alfaların havada gittiği yol olur. Alfa parçacıklarının<br />
herhangi bir madde içinde gittiği R2 yolu ile eşdeğer hava tabakası Rh arasındaki<br />
bağıntı şeklindedir. Burada ρh ve ρ2 sırasıyla havanın ve pencere<br />
maddesinin yoğunlukları, Ah ve A2 de havanın ve pencere maddesinin atomik<br />
kütlelerdir. Verilen sayacın penceresi için ρ2=1,72g/cm 3 , kalınlık d=1,72mg/cm 2 ,<br />
ve ρh=1,23.10 -3 g/cm 3 olduğuna göre Rh’yi ve alfa parçacıklarını<br />
havadaki toplam R yolunu cm <strong>olarak</strong> hesaplayınız. Verilen yol-enerji grafiği<br />
yardımıyla bu alfa parçacıklarının enerjisini MeV <strong>olarak</strong> bulunuz.<br />
5) Radyumun α-aktif ürünlerinin ve yayımladıkları alfa enerjilerinin bir listesini<br />
yaparak ölçtüğünüz bu alfa parçacıklarının hangi Radyum izotopu tarafından<br />
yayımlandığını araştırınız.<br />
40
V(Volt) α(cm) β(cm)<br />
Yandaki şekilde Alfa<br />
parçacıklarının havadaki<br />
menzilleri enerjilerine göre<br />
gösterilmiştir. Burada Egri 1<br />
0-4MeV enerjiye kadar, Eğri 2<br />
4.0-8.0 enerjisine kadar yol<br />
uzunluklarını göstermektedir.<br />
(15 o C, 760mmHg)<br />
Deney Ölçü Çizelgesi<br />
Ortalama Yol cm (Eğri I)<br />
41<br />
Yükseltici<br />
(V/cm)<br />
α(Volt) β(Volt)<br />
Enerji MeV (Eğri II)<br />
Enerji MeV (Eğri I)<br />
Ortalama Yol cm (Eğri II)
Change language