Lucrări de laborator fizică

Müller, a tensiunii de prag, a întinderii palierului unui asemenea detector, a tensiunii optime de lucru, precum şi a tensiunii dincolo de care în detector se produce o descărcare de tip distructiv care ar putea conduce la distrugerea detectorului.

2. Teoria lucrării

2.1. Detectoare de radiaţii

Detectarea radiaţiilor prin mijloace fizice este bazată pe efectele produse la interacţia radiaţiilor cu substanţa, efecte care pot fi: electrice (ex. ionizarea mediilor străbătute), optice (scintilaţii, luminiscenţa), chimice (influenţa cineticii reacţiilor, radiocatalizarea lor), fotochimice (impresionarea emulsiilor fotografice) etc.

In prezent există o mare diversitate de detectoare de radiaţii. La noi în laborator se folosesc detectoare care au la bază următoarele fenomene:

a) ionizarea unui gaz de către radiaţiile α sau β, ori de electronii emişi de radiaţiile γ dintr-un strat de material (detectorul tip Geiger-Müller, camera de ionizare).

b) scintilaţia unui cristal sub acţiunea radiaţiilor (detectorul cu scintilaţie).

c) acţiunea fotochimică a radiaţiilor (emulsii nucleare).

In lucrarea de faţă vom analiza mai pe larg detectoarele bazate pe primul dintre aceste fenomene.

Pentru un fascicul de radiaţii, caracteristică este puterea lui de ionizare, adică numărul de perechi de ioni produşi de unitatea de parcurs într-un gaz; în aer, de exemplu o particulă α având energia de 1-2 MeV produce circa 40 000 perechi de ioni pe micron de parcurs; particulele β de aceeaşi energie produc o ionizare mult mai slabă (de circa 100 ori), iar cuantele γ produc o ionizare de circa 100 ori mai slabă decât particulele β.

Puterea de pătrundere (duritatea sau parcursul total) a radiaţiilor este invers proporţională cu puterea lor de ionizare; astfel particulele α de 2-3 MeV pătrund doar câteva zeci de microni în substanţă, fiind oprite de o simplă foaie de hârtie; particulele β au o putere de ionizare mai mică, şi deci o putere de pătrundere proporţional mai mare; ele străbat (la o energie de 1-2 MeV) un strat de aluminiu de 2-3 mm grosime. Radiaţiile γ de aceeaşi energie au o putere de pătrundere mult mai mare, având teoretic un parcurs infinit; se poate totuşi observa că străbat câteva zeci de metri în aer, sau câţiva centimetri în plumb, după care intensitatea lor scade la nivelul radiaţiilor cosmice. Lungimea parcursului diferitelor radiaţii determină şi dimensiunile detectoarelor. Astfel, detectoarele pentru radiaţii α au o distanţă între electrozi de numai câţiva milimetri, substanţa activă fiind introdusă chiar în interiorul detectorului, pe când detectoarele pentru radiaţia β au

1

lungimi de ordinul 10-20 cm pentru a se forma un număr sufuicient de ioni în volumul activ al detectorului, iar detectoarele pentru radiaţii γ de mare energie pot avea o lungime de peste 1 m.

Sursele radioactive cuprind substanţe (izotopi) ce emit radiaţii şi se pot prezenta într-o mare varietate de forme sau dimensiuni, care însă, din punct de vedere practic, se reduc la trei tipuri principale: surse solide, soluţii şi surse pulverulente. Deoarece izotopii radioactivi emit aceleaşi tipuri de radiaţii şi au aceleaşi energii indiferent de starea de agregare sau de legătura chimică cu materialul în care se găsesc, orice combinaţie chimică, poate fi, virtual, folosită ca sursă de radiaţii, cu condiţia ca cel puţin unul dintre elementele chimice componente să fie radioactiv.

2.2. Detectoare cu gaze

Detectoarele bazate pe ionizarea gazelor se compun din doi electrozi plan paraleli sau coaxiali, pe care se aplică o diferenţă de potenţial (fig. 1). Intre aceşti doi electrozi se introduce un anumit gaz, constituindu-se de fapt un condensator electric având ca dielectric un gaz.

fig. 1

Dacă detectorul este iradiat de o sursă radioactivă, particulele încărcate care îl străbat vor produce o ionizare a gazului cu care este umplut detectorul. Electronii şi ionii pozitivi formaţi, mişcându-se în sensuri contrare sub acţiunea câmpului electric generat de diferenţa de potenţial aplicată