Газды ионизациялық детекторлар
Мазмұны:
Кіріспе -------------------------------------------------------------------------------------------3
І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар ---------------------------------------------4
1.1. Детекторлардың негізгі түрі -----------------------------------------------------------4
1.2. Газдық күшейткішсіз ионизациялық тіркеу әдістері -----------------------------5
1.2.1. Газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы ---------------------------5
1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен
иондардың қозғалысы ----------------------------------------------------------------10
ІІ-тарау. Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері -----------------------------------15
2.1. Күшейткішті ионизациялық санауыштар ------------------------------------------15
2.2. Ионизациялық камералар -------------------------------------------------------------22
ІІІ-тарау. Газ разрядты санауыштар және олардың көмегімен радиациялық
3.1. Өздігінен өшпейтін санауыштар ----------------------------------------------------29
3.2. Өздігінен өшетін санауыштар --------------------------------------------------------21
3.3. Иондаушы бөлшектер индикаторының жұмыс істеу принципі ---------------38
3.4. Ғарыштық сәуленің жұмсақ компонентасының интенсивтілігін
анықтау (эксперимент)----------------------------------------------------------------41
Қорытынды ----------------------------------------------------------------------------------43
Пайдаланылған әдебиеттер -------------------------------------------------------------44
Кіріспе.
Қазіргі кезде иондаушы бөлшектердің бақылау және тіркеу үшін
Зерттеу обьектісі екінші реттік ғарыштық сәулелер. Индикатордан
Жұмыстың мақсаты иондаушы бөлшектердің әсерінен туындайтын газдағы
разрядтарды тіркеу арқылы ғарыштық сәулелердің құрамын және
интенсивтіліктерін анықтау.
І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар.
1.1. Детекторлардың негізгі түрі.
Зарядталған бөлшектердің газдарда өтуі нәтижесінде электрондар мен иондар
Барлық газды ионизациялық детекторлар конденсаторлар түрінде болып келеді,
Тіркеудің иондық әдістері конденсатордың газдық қуысынан өту кезінде
Спектрометрлік өлшеулерде орташа энергия мен бөлшек энергиясы арасындағы
Өте қызық тағы бір жайт- иондық жұптарды түзуге
1.1-кесте. Ион жұптарына айналуға қажетті энергия , эв
Бөлшектер Газ
Ауа Н2 Не Ν2 О2 Ar CH4 C2H4
α-бөлшек
пратон/р
электрон/р 35,0
33,3
35,0 36,0
35,3
38,0 30,2
29,2
32,5 36,0
33,6
35,8 32,2
31,5
32,2 25,8
25,5
27,0 29,0
-
- 27,0
-
-
1.2. Газдық күшейткішсіз ионизациялық тіркеу әдістері.
1.2.1. Газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы .
Бөлшектердің энергиясын нақты өлшеу үшін барлық түзілген электрондар
мен иондар камераның электродтарына жетуі қажет. Соңғысы әрқашан
аса бермейді, өйткені электрондар мен иондар электр кернеулігі
1.1-сурет
Вольт-амперлік сипаттамада ток тұрақты болатын аймақтың ұзындығы камераны
Электрондар мен иондардың диффузиясы. Электрондар мен иондар, газдың
(1.1)
Диффузия коэффициентінің өлшемі бар [см2/сек]. Статистикалық физикада белгілі
D= немесе
Мұнда, λ0 –бірлік қысым кезіндегі орташа еркін жүру
Қысым p=1атм және температура 150С күйдегі иондар
1.2 кесте.Оң және теріс иондар үшін диффузия коэффициенті,
Газ Aya H2 N2 CO2 O2
D+ 0.032 0.13 0.029 0.025 0.030
D- 0.042 0.19 0.041 0.026 0.041
Электрондар үшін D мәндері біршама үлкен және
Рекомбинация. Оң және теріс иондардың соқтығысуы және оң
, (1.3)
Мұндағы а- рекомбинация коэффициенті (см3/сек), n+, n- -көлем
Егерде t=0 мезетте берілген көлемде туындаған зарядтардың
n+(t)=n-(t)=n0(t)= (1.4)
Егер камерадағы зарядтардың жинақталу уақыты және рекомбинация есебінен
Келтірілген есептеулер көрсеткендей рекомбинация процесі электрлік теріс иондардың
1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен
Сыртқы электр өрісі болмаған жағдайда, ионизация нәтижесінде түзілген
j=j++j-, (
Мұнда j+ және j- - оң және теріс
j+=n+eW+ , j-=n-eW-,
Мұндағы n+ және n- -көлем бірлігіндегі иондар
Өрістегі зарядтар дрейфін барынша нақты қарастырып өту қажет.
Егер әрбір соқтығысу кезінде fE шамасына тең энергия
Күйдің тепе-теңдігін және ион энергиясының өріс кернеулігіне тәуелділігі
W= (1.7)
Жоғарыда аталып өткендей, ауыр иондардың энергиясы электр өрісінің
W=μ
(1.6) және (1.7)- қатынастарын және иондардың
Μ= (1.9)
Оң және теріс иондардың қозғалғыштығының шамалары бір-біріне жуық
1.3- кесте. p=1атм және Е=1в/см кезіндегі оң
Ион Ауа H2 Ar He CO2
μ+, см2атм/(сек в) 1.37 6.7 1.37 5.1 0.79
Осы кестеде көрініп тұрғандай, молекулалар ауыр болған сайын
WeE=νfmυ2/2 (1.9)
Өріс әсерінен алынған электронның энергиясы mυ2/2 болуы
Кейбір газдар үшін электрондар дрейфінің жылдамдығының
1.4-кесте.
Е/р
H2 He N Ar CO2 CH4
0.125
0.25
0.50
1.0
2.0
5.0 -
0.65
0.9
1.2
1.6
2.6
0.3
0.4
0.57
0.82
1.3
3.0 -
0.51
0.62
0.87
1.31
2.7 0.31
-
0.40
0.73
-
4.0 -
-
-
-
32
57 1.2
3.3
7.4
10.0
10.0
-
Кестеден көрініп тұрғандай , Е/p онша жоғары емес
Тәжірибелік жолмен орнатылған бұл құбылыс электронды жинақтаушы камераларды
Көмірқышқыл газында, керісінше, төменгі энергиялы қозу деңгейлерінің үлкен
ІІ-тарау. Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері.
2.1. Күшейткішті ионизациялық санауыштар.
Өрістің кернеулігі жоғарғы болған жағдайда анодқа дрейфтелуші электрондар
2.1-сурет
Газдық күшею механизмі. Екінші реттік ионизацияны жүзеге асыру
2.2-сурет. Метан мен аргон толтырылған санауыштағы газды күшею
Газды күшею коэффициентінің фотоионизация ықтималдығына тәуелділігін көрсетеміз. Фотоионизация
Мγ=M+M2γ+M3γ2+…= (2.1)
Бұл өрнектен Mγ→1, Мγ→∞ болғанда санауышта «тесілу» басталады
Пропорционалды санауыштағы импульс формасы. Цилиндрлі пропорционалды санауышта оның
Нөсердің даму уақыты, яғни екінші реттік ионизацияның өту
t*= (2.2)
Қысымы 0.8 атм болған сутекпен толтырылған санауыш үшін
2.3-сурет. Пропорционалды санауыштағы импульс формасы (анодтан катодқа қозғалыс
Оң иондардың қозғаласымен байланысты камерадағы токтың максимал мәні
I(t)=
(2.3)- қатынасын r және t арасындағы байланысты ескере
V(t)=
X=t+B жаңа айнымалыны енгіземіз және интегралдағаннан соң келесі
Жоғарыдағы 2.3-суретте RC-ның әртүрлі мәндері үшін пропорционалды
Санауыштың уақыттық сипаттамалары .Бөлшектердің санауышқа келіп түсу
t* шамасының флуктуациясы санауыш өлшеміне, (r2/r1) қатынасына және
Егер санауыш бөлшектердің санын өлшеуге қолданылса, онда электрондардың
мұндағы tмакс- RC шексіз үлкен болған кезіндегі Vmax/m
Пропорционалды санауыштың энергетикалық ажыратқыштығы.
Энергетикалық ажыратқыштықтың шамасы иондаушы бөлшектен туындаған ион жұптарының
Бұрын аталып өткендей, егерде көлемдік заряд әсері әлсіз
Mr0 кезінде
(3.3)
Соған сәйкес r
Ионизациялық камера
Газ разрядты санауыштар және олардың көмегімен радиациялық сәулелерді тіркеу
Газ хроматографиясы
Ионизациялық камералар
Оптикaлық – aкустикaлық спeктроскопия жәнe хромaтогрaфия
Радиациялық экологияның теориялық негіздері
Рентгенология.Құрылымдық кристаллографияның негіздері.
Қысымды өлшеу құралдары
Рентген сәулелерінің жұтылуы
Қатты диэлектриктердегі диэлектрлік шығындар