22. Absorpcija žarkov beta in gama

Fizikalni eksperimenti 2 vaja 22 stran: 2
Geigerska števna cev
Geigerska števna cev se uporablja za zaznavanje nabitih delcev (beta, alfa, ... ) in
žarkov gama. Sestoji iz katode, ki ima obliko valja in tanke nitke v sredini (debela
je približno 0.1 mm), ki služi kot anoda. Zaradi cilindrične simetrije se priključena
napetost (U 0 = 300 do 1000 V) logaritmično porazdeli: U=U 0 ln(r/r 0 )/ln(R/r 0 ) in
električna poljska jakost je sorazmerna r/r 0 . Cev je napolnjena s plinom. Visoko
energijski delci pri preletu skozi cev ionizirajo plin, nastale elektrone in ione pa
privlačijo elektrode.
Elektroni se v močnem električnem polju v bližini anode tako pospešijo, da imajo
dovolj energije za ponovno ionizacijo atomov. Tako se sproži elektronski plaz (vsak
prvotni elektron se pomnoži ca. 10 8 krat). Sunek napetosti ∆U=C∆e med katodo in
anodo prenesemo na ojačevalnik (glej sliko 2) in registriramo s števno napravo.
Slika 2. Vezava Geigerjeve števne cevi pri meritvi.
Izkoristek geigerske števne cevi je za nabite delce, ki prodrejo v občutljivi del cevi,
blizu 100%. Žarki gama pa na svoji poti ne ionizirajo plina. Zaznamo jih samo, če iz
katode (ohišja) izbijejo elektron, ki potem ionizira plin. Zato je izkoristek za žarke
gama samo okrog 1%.
Število sunkov, ki jih dobimo na izhodu iz Geigerske cevi, je odvisno od napetosti
med elektrodama; zato mora biti napetostni izvor stabiliziran. Odvisnost števila
sunkov od napetosti imenujemo karakteristiko Geigerske cevi. Cev začne šteti šele
pri določeni napetosti, ki ji pravimo napetost praga. Nato sledi ravni del
karakteristike, ki je pri dobrih ceveh širši od 150 V in ima strmino manjšo od 5% na
dolžini 100 V. Delovno napetost izberemo na sredi ravnega dela (zakaj?). Pri višjih
napetostih začne karakteristika strmo naraščati in cev lahko uničimo.
Sunke, ki jih cev prešteje, kadar v bližini ni izvora, imenujemo ozadje. Vzrok
ozadja so kozmični žarki in različni radioaktivni izotopi, ki so v materialu iz
katerega je cev. V povprečju je ozadje en sunek na minuto na en cm 2 vodoravnega
preseka cevi. S svinčenim oklepom debelim 3,5 cm ozadje približno dvakrat
zmanjšamo.
Geigerska cev je kratek čas po vsakem sunku “mrtva” in ne more zaznati novega
delca. Mrtvi čas t m je velikostne stopnje 100 µs. Če preštejemo v času t n sunkov,
pomeni da je bila cev n-krat “mrtva” in smo dejansko merili samo čas t-nt m .
Popravek je seveda treba upoštevati samo pri velikih pogostostih štetja.
Pri radioaktivnem razpadu za določeno radioaktivno jedro ne moremo točno reči,
kdaj bo razpadlo. Verjetnost razpada je za vsa jedra ista, toda nekatera razpadejo
prej, druga pa pozneje. Če meritev večkrat ponovimo, ne dobimo vedno enakega