Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет
«МИФИ»
Факультет Экспериментальной и Теоретической физики
Кафедра № 11:
«Экспериментальные методы ядерной физики»
Специальность: «Физика атомного ядра и частиц»
УДК: 524.1; 52-1/-8:530.12; 524.8
ГРНТИ: 29.05.45
Рег. номер:2013. Т70119
Инвентарный номер: 9
ОТЧЕТ
о научно-исследовательской работе студента
Определение интенсивности
вертикальной компоненты космических лучей и оценка эффективности регистрации
счетчиком Гейгера-Мюллера МС-6 космических частиц
Исполнитель __________________ студентка группы Т7-11 Тимина А.П.
(подпись)
Руководитель _______________ ведущий инженер Шарапов М.П.
(подпись)
Утвердил ____________________ к.ф.-м.н., доцент Рунцо М.Ф.
(подпись)
Оценка НИРС руководителем:_______________________________________
Оценка НИРС комиссией:___________________________________________
Преподаватель комиссии: ___________________________________________
(Ф.И.О) (подпись) (дата)
Москва, 2013
Реферат
В отчете представлены
результаты измерения интенсивности жесткой вертикальной компоненты космических
лучей и определения эффективности регистрации счетчиком Гейгера-Мюллера МС-6
космических лучей.
Получено значение эффективности регистрации счетчиком
Гейгера-Мюллера МС-6 космических лучей и произведено сравнение полученного
значения эффективности с эффективностью регистрации космических лучей
аналогичными счетчиками.
Получено значение интенсивности жесткой вертикальной
компоненты космических лучей на уровне моря и произведено сравнение результатов
с результатами аналогичных измерений.
Проведено патентное исследование.
Объем: 25 стр.; 3
иллюстрации; 25 формул (12 в приложениях); 7 источников; 3 приложения.
Ключевые слова: счетчик Гейгера, эффективность регистрации,
интенсивность вертикальной компоненты космических лучей, интенсивность жесткой
компоненты
Содержание
Аннотация 3
1.
Определения
4
2.
Обозначения
и сокращения
5
3.
Введение
6
4.
Описание
установки и методики измерения 11
5.
Экспериментальная
часть 13
6.
Заключение 14
7.
Приложение
А. Расчеты 15
8.
Приложение
Б. Литературный обзор 17
10. Приложение В. Отчет о патентных
исследованиях 23
1. Аннотация
Данная
научно исследовательской работе студента выполнена на основе лабораторной
установке «Счетчик Гейгера-Мюллера», которая входит в комплекс учебных
лабораторных работ в лаборатории «Методы регистрации излучения» кафедры №11
НИЯУ МИФИ.
В ходе работы были проведены все необходимые исследования
для определения вертикальной компоненты космических лучей и оценки эффективности регистрации
счетчиком МС-6 космических частиц.
К работе прилагается литературный обзор и
патентные исследования по данной теме.
2. Определения
Телескоп счетчиков - устройство для
выделения и регистрации частиц высоких энергий, летящих в определённом
направлении. Т. С. содержит два или более детекторов С1, С2, С3 (счётчиков
Гейгера, сцинтилляционных счётчиков, Черенковских счётчиков и др. или их
сочетаний), расположенных друг за другом по направлению движения частицы и
включённых в схемы совпадений и антисовпадений. Метод совпадений и
антисовпадений позволяет отделить сигналы, вызванные частицей, прошедшей через
Т. С., от шумовых сигналов самих детекторов, неизбежного фона, а также от
сигналов, создаваемых посторонними частицами с другими временем пролёта между
отдельными детекторами или с другими направлением движения. [6]
Схема совпадения - электронное
устройство, служащее для выделения из совокупности поступающих на него сигналов
(электрических импульсов) только таких, которые полностью либо частично
перекрываются (совпадают) во времени; представляет собой коммутирующее
устройство дискретного действия с несколькими входами и одним выходом, сигнал
на котором появляется только тогда, когда есть сигналы на всех входах
одновременно. С. С. применяется преимущественно в ядерной электронике и в
технических средствах автоматики и вычислительной. [6]
Мягкая компонента космических лучей – та часть космического излучения, которая поглощается 10см свинца. [2]
Жесткая компонента космических лучей – та часть космического излучения, которая не поглощается 10см свинца. [2]
Интенсивность по направлению I– IdSdtdwпредставляет число
частиц данного сорта, падающих на элемент площади dS, в течении времениdt, внутри элемента
телесного углаdw, перпендикулярного площадиdS. Измеряется в м-2с-1ср-1[3]
Поток J2– J1dSdtпредставляет число частиц данного сорта, пересекающих
горизонтальный элемент площадиdS сверху вниз в течении времениdt. J1 связано с J уравнением:
Где 0 – угол между вертикальным направление и
направлением dw. Интегрирование распространяется на всю верхнюю полусферу. J1измеряется в м-2с-1[3]
3. Обозначения
и сокращения
ЭП - эмитерный повторитель
Ф - формирователь
СП-1 (СП-2) - счетный прибор
U - рабочее напряжение
- число тройных совпадений
- число двойных совпадений
t - время измерений
η - эффективность регистрации счетчиком МС-6
космических лучей
d - расстояние между осями счетчиков
a - диаметр счетчиков
l - длина анода
k - геометрический фактор установки
J - интенсивность вертикальной компоненты
космических лучей
p - плотность вероятности эффективности
регистрации счетчиком
МС-6 космическихлучей
4. Введение
Данная научно-исследовательская работа основана
на лабораторной работе «Счетчик Гейгера-Мюллера» в лаборатории методов
регистрации излучения кафедры №11 НИЯУ МИФИ. Физическое обоснование
эксперимента приведено из лабораторного практикума по курсу «Экспериментальные
методы ядерной физики». [1].
Счетчики Гейгера-Мюллера относятся к газовым
ионизационным детекторам, работающим в режиме самостоятельного газового
разряда. Счетчики Гейгера-Мюллера имеют различную геометрическую форму
(цилиндрические, торцевые и т.д.).
Рассмотрим механизм
возникновения самостоятельного газового разряда на примере цилиндрического
детектора, заполненного инертным газом, в котором диаметр
катода (цилиндра) много больше диаметра анода (металлической нити, натянутой по
оси цилиндра).
Известно, что при
повышении разности потенциалов в газовых цилиндрических детекторах, заполненных
инертными газами, электроны первичной ионизации при дрейфе к аноду создают в
области ударной ионизации вблизи анода электронно-ионные лавины и возбужденные
атомы или молекулы газа, которые, возвращаясь в основное состояние, испускают
кванты ультрафиолетового излучения.
Эти фотоны практически не
поглощаются в газе, попадают на катод и за счет внешнего фотоэффекта на нем
создают дополнительные свободные электроны. Другим источником электронов
являются положительные ионы инертного газа. Эти ионы имеют потенциальную энергию, превышающую
удвоенную работу выхода с поверхности катода, поэтому, подходя к катоду из
области ударной ионизации, также приводят к появлению свободных электронов
(вторичные процессы на катоде). Эти электроны под действием электрического поля
дрейфуют к нити, в свою очередь образуя электронно-фотонные лавины. Общее число
электронов с катода определяется величиной γmN0,
где γ – вероятность образования свободного электрона за счет вторичных
процессов на катоде (γ ~ 10-4), m
– коэффициент усиления, равный отношению полного числа пар ионов Nв
лавине к числу пар N0,
первоначально созданных регистрируемой частицей.
Если
газовое усиление не очень велико γm
в этой области напряжений существенно меньше единицы. При дальнейшем повышении
разности потенциалов между электродами mрастет
и наступает момент, когда γm→ 1.
Это
означает, что каждая электрон-ионная лавина в области ударной ионизации за счет
вторичных процессов на катоде способна создать в среднем один свободный
электрон, который, свою очередь, дает следующую лавину и т.д. Это приводит к
возникновению самоподдерживающегося разряда в детекторе, который принято
называть самостоятельным.
Самостоятельный
газовый разряд можно использовать для регистрации ионизирующих излучений, если
создать условия его гашения до попадания в рабочий объем следующей частицы.
Рассмотренный
выше тип непрерывного самоподдерживающегося разряда в детекторе, заполненном
только инертным газом, например аргоном, когда повторное развитие лавин идет за
счет вторичных процессов на катоде, в настоящее время для целей регистрации не
используется. Это связано с трудностями в гашении возникающего разряда, которое
достигается только специально организованной внешней цепью. На практике
реализован другой тип счетчиков, так называемые самогасящиеся счетчики
Гейгера-Мюллера, в которых практически полностью подавлены вторичные процессы
на катоде, а развитие и гашение разряда, благодаря специальным добавкам к
основному газу, идет непосредственно в объеме газовой смеси.
В
самогасящихся счетчиках газовая смесь состоит из основного газа (обычно аргона ~ 90%) и примесного (гасящего) газа (~ 10%), представляющего собой сложное органическое
соединение (пары спирта, эфира и т.п.).
Необходимо,
чтобы компоненты рабочей смеси счетчика обязательно удовлетворяли следующему
условию: потенциал ионизации гасящего газа должен быть меньше первого
потенциала возбуждения основного газа (аргона).
Механизм
развития и гашения разряда при этом условии выглядит следующим образом.
Электроны, образованные на следе заряженной частицы в газовом промежутке
счетчика, под действием внешнего электрического поля дрейфуют к аноду.
Около анода (нити) возникают
электронно-ионные лавины и возбужденные атомы и молекулы газа. Возбужденные
атомы аргона, переходя в основное состояние, испускают кванты ультрафиолетового
излучения, энергия которых равна первому потенциалу возбуждения аргона (~ 11,6 эВ).
Молекулы
гасящей добавки активно поглощают это излучение, т.к. энергия их ионизации
меньше энергии фотонов. Т.о. идет интенсивная фотоионизация молекул гасящей
добавки (давление гасящего газа выбирают так, чтобы длина пробега фотона до
поглощения не превышала 1 мм) вблизи анода, приводящая к образованию
дополнительных свободных электронов, которые в свою очередь дают начало новым
электронно-ионным лавинам.
Таким
образом, происходит распространение лавин вдоль нити до тех пор, пока весь
счетчик не будет охвачен разрядом. Для счетчиков средних размеров скорость
распространения разряда вдоль нити 106 - 107 см/с и,
следовательно, время распространения –
10-5 – 10-6с.
Естественно
в процессе развития разряда возникает и большое количество возбужденных молекул
гасящего газа.
Однако
возбужденные сложные молекулы добавки либо диссоциируют на составляющие их
радикалы, либо, переходя в основное состояние, испускают длинноволновые фотоны,
которые фотоэффект на катоде не производят.
Электроны,
имеющие большую подвижность, быстро собираются на аноде, ионы создают около
нити объемный положительный заряд. Этот заряд понижает в конечном счете
напряженность электрического поля вблизи нити до значения, при котором ударная
ионизация уже невозможна и активная стадия разряда заканчивается.
Ионы
аргона при дрейфе к катоду испытывают много соударений с молекулами гасящего
газа. Так как потенциал ионизации гасящей добавки меньше, чем потенциал
ионизации аргона, то в конечном счете ион аргона захватывает электрон от
молекулы гасящего газа и нейтрализуется. Поэтому к катоду подходят в основном
ионы гасящего газа.
В
отличие от ионов аргона ионы добавки, подходя к поверхности катода вырывают не
два, а один электрон, нейтрализуются, оказываются в возбужденном состоянии и
диссоциируют на радикалы. Следовательно, при нейтрализации ионов добавки на
катоде не возникает свободных электронов, которые могли бы инициировать
повторный разряд в счетчике.
Таким
образом, в самогасящемся счетчике Гейгера-Мюллера сохранены вторичные процессы,
обеспечивающие развитие лавин в области ударной ионизации за счет фотоионизации
примеси, при одновременном подавлении вторичных процессов с катода (mγ<< 1).
В
самогасящемся счетчике Гейгера-Мюллера для возникновения разряда достаточно
образования в его рабочем объеме одной электронно-ионной пары. При этом
амплитуда на его выходе может достигать единиц вольт. Амплитуда импульса
напряжения на выходе не зависит от первичной ионизации, созданной заряженной
частицей в газе. Поэтому для спектрометрии ионизирующих излучений счетчик
Гейгера-Мюллера не пригоден.
Термин «космические лучи»
возник в связи работами Гесса (1909г), исследовавшего
степень ионизации воздуха на различных высотах.
Еще задолго до этих опытов было
установлено, что воздух у поверхности Земли
ионизируется. Ежесекундно в среднем в 1см3 образуется 1 пара ионов. Возник
вопрос о причине этой ионизации. Предположение, что она вызывается излучением
радиоактивных веществ, в частности радона, следы которого могут находиться в
воздухе, было отклонено, поскольку выяснилось, что ионизация сохраняется
неизменной и в том случае, когда сухой воздух помещен в замкнутый сосуд, и
находится там в течение промежутка времени, намного превосходящего период
полураспада радона. Выяснилось далее, что ионизация уменьшается, но не исчезает
полностью, когда замкнутый сосуд окружается слоем свинца толщиной 2,5см. Это
подтвердило вывод, что источник ионизирующего излучения находится вне
замкнутого сосуда, а само излучение, подобно лучам, способно проходить сквозь
значительные толщи свинца.
Чтобы выяснить, не
являются ли источником этих лучей радиоактивные
вещества, находящиеся в Земле (в почве, в горных
породах) Гоккель, а затем и Гесс,
произвели измерение интенсивности ионизации
воздуха, заключенного в замкнутом
сосуде, при поднятии его на воздушном шаре до
высоты 5000м. Предполагалось, что
если ионизация вызвана действием радиоактивного
излучения, то по мере удаления от
Земли интенсивность этого излучения, а
следовательно, и степень вызываемой ею
ионизации должны были бы убывать. Однако
результаты измерения оказались
неожиданными. Уменьшение интенсивности ионизации
наблюдалось только при подъеме на первые 1000м (да и это уменьшение оказалось
меньше ожидаемого)при дальнейшем подъеме происходило не уменьшение, а
увеличение интенсивности, и на высоте 5000м ионизация оказалась в три раза
большей, чем у поверхности Земли.
В результате этих исследований возникло
убеждение, что ионизация воздуха у
поверхности Земли только частично вызывается ее
радиоактивным излучением, частично
же она обусловлена действием сильно проникающих
лучей внеземного происхождения,
приходящих на Землю из космоса. Эти лучи получили
название космических лучей. Наблюдаемые
вблизи поверхности Земли потоки заряженных частиц большой
энергии – «космические лучи» - имеют в
действительности земное происхождение. Эти
частицы образовываются в результате
взаимодействия с земными телами, в частности
с атмосферой Земли, каких-то других лучей,
являющихся собственно космическими
лучами. Принято называть теперь лучи, приходящие
непосредственно из космоса,
первичными космическими лучами; а лучи (потоки
частиц большой энергии)
возникающие в результате взаимодействия первичных
космических лучей с земной
атмосферой – вторичными космическими лучами.
Почти вся ионизация у поверхности 265
земли, приписываемая действию космических лучей,
обусловлена вторичными
космическими лучами.
То обстоятельство, что первичные космические
лучи, взаимодействуют с земной
атмосферой и создают вторичные космические лучи,
подтверждается ходом кривой,
выражающей зависимость интенсивности космического
излучения от высоты. На
больших высотах, выше 50км интенсивность
космического излучения (число
космических частиц) неизменна. На этих высотах мы
имеем дело с первичным
космическим излучением.
Ионизация у поверхности
Земли возбуждается вторичными космическими
лучами. Росси (1931-1933) показал, что это лучи
не однородны. Вывод был сделан на
основании исследования их поглощения в свинце.
Опыты
Росси явились продолжением опытов Боте и Кольхерстера, однако в
отличие от них Росси исследовал поглощение
космического излучения не в слое
одной определенной толщины, а в широком диапазоне
толщин, вплоть до 1 м. Для
выделения из общего потока излучения заряженных
(ионизирующих) частиц Росси
пользовался телескопической системой, состоящие
из трех гейгеровских счетчиков.
Между счетчиками z1, z2, z3 помещались свинцовые
фильтры, общую толщину которых
можно было менять в пределах от 0 до 1м.
Росси обнаружил, что основная масса космических
лучей поглощается сравнительно
быстро, т.е. фильтрами из свинца сравнительно
малой толщины 5-10см. Зато другие
частицы оказались способны проходить свинцовый
фильтр толщиной в 1м. Из этих
данных вытекает, что состав космического
излучения сложен, и что космические лучи
состоят по крайней мере, из двух групп частиц.
Первая из этих групп, состоящая из
частиц, поглощаемых свинцовым фильтром толщиной
5-10см, получила название
«мягкой компоненты» космического излучения, а
вторая группа, содержащая частицы ,
способные проходить через свинцовый фильтр,
превышающий 10 см , получила название
«жесткой
компоненты» космического излучения. Интенсивность вертикальной компоненты
космических лучей для жесткой компоненты на уровне моря оказалась равной Jж=0.82·10·ср-1·с-1м-2, а для мягкой компоненты Jм=0.52·10·ср-1·с-1м-2.
Эффективность
регистрации счетчиком релятивистских заряженных частиц можно определить
экспериментально, поместив исследуемый счетчик между двумя другими счетчиками
так, чтобы оси всех счетчиков были параллельны и находились на одной плоскости
(рис.1). Очевидно, что любая частица, прошедшая через счетчики 1 и 3,
обязательно пройдет и через счетчик 2. Такая установка из нескольких счетчиков,
Рис.1
включенных в соответствующую схему совпадений,
которая позволяет отбирать частицы в заданном телесном угле w, называется
телескопом счетчиков.
Наиболее вероятное
значение эффективности регистрации частиц вторым счетчиком можно определить,
задав функцию плотности вероятности и найдя то значение эффективности, где
функция принимает максимум.
Отсюда:
(3) (наиболее вероятное значение)
Для
счетчиков Гейгера эффективность регистрации космических частиц (вторичной компоненты
космических частиц – релятивистских электронов, мюонов, гамма-квантов;
первичной компоненты – космических быстрых протонов)
велика и практически стремится к 100%.
Регистрация
незаряженных частиц происходит по вторичным заряженным частицам, возникающим
вследствие взаимодействия незаряженных первичных частиц с рабочим веществом
детектора. Так, например, при взаимодействии гамма-кванта с рабочим веществом
детектора (в основном с веществом катода) появляется заряженная частица –
электрон (либо фотоэлектрон, либо комптон-электрон, либо электронно-позитронная
пара), который, попадая в рабочий объем детектора, заполненный газом, производит там ионизацию.
Очевидно,
что вероятность появления свободного электрона и его попадание в рабочий объем
счетчика зависят от толщины и материала катода, энергии гамма-квантов. Поэтому
в отличие от эффективности регистрации заряженных частиц эффективность
регистрации гамма-квантов в диапазоне энергий εγ~ 0,1 – 3 МэВ составляет всего от нескольких десятых
до единиц процентов.
5 Описание
установки и методика измерений.
В
работе используются три стандартные самогасящиеся счетчики типа МС-6. Счетчики
имеют цилиндрическую форму: катод – тонкий слой меди, нанесенный на внутреннюю
поверхность стеклянного баллона; анод – тонкая металлическая нить, натянутая по
оси цилиндра. Радиус катода – 1 см, радиус анода – 100 мкм. Длина счетчика –
двадцать пять сантиметров. Счетчик наполнен смесью аргона (90%) и паров
сложного органического соединения (10%) до давления 7,3·103Па.
Для
определения эффективности регистрации космических частиц и определения
вертикальной компоненты космических лучей применяется телескоп из трех
самогасящихся счетчиков Гейгера-Мюллера (рис.2).
Функциональная схема установки для измерения эффективности регистрации
счетчиком космических заряженных частиц и определения вертикальной компоненты
космических лучей.
[1].
Рис.2
Импульсы от счетчиков после
эмитерных повторителей (ЭП) и формирователей (Ф) поступают на схемы двойных
(СС-2) и тройных (СС-3) совпадений. Число двойных совпадений регистрируются
счетным прибором СП-1, тройных – СП-2 (тип ПСО2-2еМ).
Телескоп состоит из трех
счетчиков Гейгера-Мюллера, блока высоковольтного питания БНВ2-09, электронных
схем, блока питания электронных схем БН-101-1 и двух держателей для источников
гамма-квантов, размещенных в одном каркасе. На передней панели блока
электронных схем расположен переключатель «С1, С2, С3,
Совпадения». В положении переключателя «Совпадения» реализуется схема телескопа
(рис.2).
Для определения
эффективности регистрации счетчиком космических частиц и определения
вертикальной компоненты (вторичной компоненты космических частиц –
релятивистских электронов, мюонов, гамма-квантов; первичной компоненты –
космических быстрых протонов) используется телескоп счетчиков, показанный на
рис.2. Такое подключение счетчиков обеспечивается переключателем в положении
«Совпадение». Необходимо подать рабочее напряжение на все счетчики (900 вольт).
Клавиши «Управление» счетных приборов I и II поставить в положение «Внешнее».
Нажать «Пуск» на счетном приборе ПСО2-2еМ (СП-2), при этом оба счетных прибора
включаются одновременно. В течение 30 мин. провести измерения, после истечения
выбранного времени измерения нужно нажать «Стоп» счетного прибора (СП-2) и
зафиксировать полученный результат.
6.
Экспериментальная часть
Измерено число двойных и тройных
совпадений для телескопа счетчиков.
Измерения
проводились при помощи счетных приборов ПСО2-2еМ
Рабочее
напряжениеU=900В (5)
Число
тройных совпадений (6)
Число
двойных совпадений (7)
Время измерения t=1800c (8)
Полученные
данные позволяют рассчитать эффективность регистрации
космических
частиц счетчиком Гейгера-Мюллера МС-6
(9)
Для
определения интенсивности вертикальной компоненты космических лучей
были так
же измерены следующие геометрические размеры
телескопа
счетчиков:
Расстояние
между осями счетчиков d=0.100 м (10)
Диаметр
счетчиков а=0.021 м (11)
Длина
анода l=0.200 м
(12)
В итоге был определен интервал значений
интенсивности жесткой компоненты космических лучей:
J=(8.467±0.570) 10 м-2с-1ср-1 (13).
7.
Заключение.
В результате эксперимента была найдена эффективность регистрации
космических
частиц счетчиком Гейгера-Мюллера МС-6
и определена интенсивность вертикальной компоненты космических частиц на
уровне моря.
Доверительный
интервал для эффективности регистрации космических лучей оказался равным
ожидаемому и лежит около 100%.
Полученный доверительный
интервал интенсивности вертикальной компоненты
соответствует значениям, указанным в [1],[2],[3] для жесткой компоненты
космических лучей (Jж=0.82·10·ср-1·с-1 м-2). Мягкая компонента
поглощена до того, как достигла телескопа и в данной работе она не измерялась.
J=(8.467
0.570)10 м-2с-1ср-1
Приложение
А. Расчеты.
Для расчета
эффективности регистрации космических частиц счетчиком Гейгера-Мюллера, была получена формула плотности вероятности (14), построен ее график
зависимости (график №1), найдено наиболее вероятное значение (15), найден
интервал значений эффективности с доверительной вероятности равной 66% (3-5).
число тройных совпадений
число двойных совпадений
Исходя из того, что
распределение биноминальное (либо частицы регистрируется, либо не
регистрируется):
-вероятность
счетчиком одной частицы, тогда вероятность регистрации счетчиком N123 частиц будет равна 
, а вероятность того, что счетчик не зарегистрирует (N123-N13) частиц будет равна 1-
, отсюда вероятность того, что счетчик зарегистрирует N123 и не зарегистрирует (N123-N13) будет равна (1).
(1)
Наиболее вероятное значение определяется как положения максимума графика.
Расчетная формула находится, через равенство нулю первой производной от (14) по
эффективности регистрации.
(2)
График №1. Плотность
вероятности эффективности регистрации счетчиком Гейгера-Мюллера космических
лучей.
Нормировочный коэффициент для графика был найден из (3).
(3)
Определенные интегралы от
плотности вероятности в пределах от левой границы доверительного интервала до
наиболее вероятного значения (5) и в пределах от наиболее вероятного значения
до правой границы доверительного интервала (4) должны быть равны и равняться
0.33.
(4)
(5)
Для определения
интенсивности вертикальной компоненты космических лучей по формуле (6) из
приложения [2] был найден геометрический фактор телескопа счетчиков (в формуле
(6) arctg=arctg(l/d)).
(6)
где d - расстояние между осями
крайних счетчиков, a - диаметр счетчика, l - длина анода счетчика
Интенсивность вертикальной
компоненты определялась по формуле (7) из приложения [2].
(7)
Для определения
погрешности J были найдены относительные
погрешности геометрических размеров установки.
(8)
(9)
(10)
Основной вклад в
погрешность в определении интенсивности вертикальной компоненты космических
лучей вносит погрешность отсчета при измерении диаметра счетчика (8) . Тогда
относительная погрешность J равна
относительной погрешности k и
определяется по формуле (11).
(11)
Таким образом
доверительный интервал для J находится из (12).
(12)
Приложение Б. Патентные исследования.
Патентный обзор проводился по ключевым словам:
-счетчик Гейгера-Мюллера
-счетчик Гейгера
-регистрация космических частиц
-регистрация космических лучей
-МС-6
Поиск осуществлялся по данным источникам:
2) http://www.sibpatent.ru/patent
Область поиска: Российская Федерация, за 10 лет.
Результаты поисков представлены в таблице:
|
N |
Предмет поиска (объект исследования, его составные части) |
Страна выдачи. Классификационный индекс. |
Заявитель (патентообладатель). Номер заявки. Дата подачи, дата публикации. |
Название изобретения |
|
1 |
Детектор излучения преимущественно для
мобильного радиоустройства |
РФ G01T1/00 |
Открытое
акционерное общество "Интерсофт Евразия" Номер
патента 133943 Дата
подачи заявки: 29.03.2013 Опубликовано:
27.10.2013 |
1.
Детектор излучения, содержащий корпус, в котором размещены связанные между
собой чувствительный элемент для регистрации излучения и микропроцессор,
подключенный формирователем выходного сигнала к коммутатору контактного
штекера, выполненного с возможностью его установки в разъем мобильного
радиоустройства, при этом корпус выполнен составным из двух частей шарнирно
соединенных между собой с возможностью взаимного поворота, а контактный
штекер размещен на одной из частей корпуса и направлен свободным концом к
другой части корпуса, которая выполнена с выемкой под штекер. 2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера. |
|
2 |
Устройство для дозиметрического контроля |
РФ G01T1/02 |
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования Самарский государственный медицинский
университет Номер патнета 66553 Дата
подачи заявки: 09.04.2007 Опубликовано:
10.09.2007 |
1.
Устройство для дозиметрического контроля, содержащее корпус с размещенным в
нем счетчиками Гейгера-Мюллера, микроконтроллером и жидкокристаллическим
табло, отличающееся тем, что корпус установлен на горизонтально расположенной
штанге с возможностью перемещения и размещения в заданном положении при
помощи фиксирующего элемента, при этом на концах штанги при помощи втулок размещены установочные элементы,
снабженные винтовыми фиксаторами рабочей длины установочных элементов, а на
свободных концах установочных элементов размещены фиксаторы устройства на
вертикальной стенке объекта. 2.
Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксирующий элемент корпуса на
штанге выполнен в виде пружинного зажима. 3.
Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксирующий элемент корпуса на
штанге выполнен в виде [-образной скобы с винтовым прижимом. 4.
Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая длина установочных элементов
составляет 100 мм. 5.
Устройство по п.1 отличающееся тем, что фиксаторы выполнены в виде постоянных
магнитов. 6.
Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксаторы выполнены в виде
эластичных вакуумных присосок. 7.
Устройство по п.1, отличающееся тем, что на штанге выполнена линейная
измерительная шкала. |
|
3 |
Способ электрической
поверки войсковых измерителей мощности дозы гамма-излучения |
РФ G01T1/18 |
Федеральное государственное учреждение «33
центральный научно-исследовательский институт» министерства обороны
Российской Федерации Номер патента 2009103965 Дата подачи заявки:05.02.2009 Дата публикации: 10.08.2010 |
Способ
электрической поверки измерителей мощности дозы гамма-излучения, в которых в
качестве детектора используется счетчик Гейгера-Мюллера, состоящий в
моделировании полей гамма-излучения, определение погрешности в контрольных
точках, корректировку чувствительности в тех точках диапазона измерения, где
погрешность превышает допустимые пределы, отличающийся тем, что разброс
чувствительности работоспособного газоразрядного счетчика считается много
меньшим допускаемой погрешности прибора и моделирование полей гамма-излучения
осуществляется не с помощью источников ионизирующих излучений, а подачей
электрических сигналов определенной частоты на измерительный тракт схемы
поверяемого прибора. |
|
4 |
Способ электрической поверки войсковых измерителей мощности дозы гамма-излучения |
РФ G01T1/18 |
Государственное научное
учреждение «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторный
институт робототехники и технической кибернетики» Номер патента: 2426151 Дата подачи заявки: 27.01.2010 Дата публикации: 10.08.2011 |
Изобретение
относится к метрологическому обеспечению войсковой дозиметрической
аппаратуры. Сущность изобретения заключается в том, что способ электрической
поверки войсковых измерителей мощности дозы гамма-излучения, в которых в
качестве детектора используется счетчик Гейгера-Мюллера, состоит в
моделировании полей гамма-излучения, определении погрешности в контрольных
точках, корректировке чувствительности в тех точках диапазона измерения, где
погрешность превышает допустимые пределы, при этом разброс чувствительности
работоспособного газоразрядного счетчика считается много меньшим допускаемой
основной погрешности прибора и моделирование полей гамма-излучения
осуществляется не с помощью источников ионизирующих излучений, а подачей
электрических сигналов определенной частоты на измерительный тракт схемы
поверяемого прибора. Технический результат - исключение облучения
обслуживающего персонала и повышение производительности работ. |
|
5 |
Устройство для измерения
потоков фотонного излучения |
РФ G01T1/16 |
Государственное научное учреждение
"Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт
робототехники и технической кибернетики" (ГНУ ЦНИИ РТК) Номер патента: 2299450 Дата подачи заявки: 02.11.2005 Дата публикации: 20.05.2007 |
Изобретение
относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при
радиационном мониторинге в качестве средства визуализации источников
гамма-излучения. Устройство содержит кодирующую маску, матрицу детекторов,
видеокамеру и блок электроники, микроЭВМ, дисплей и пульт управления. Матрица
детекторов выполнена в виде набора идентичных линеек, на которых в качестве чувствительных
элементов установлены счетчики Гейгера-Мюллера СБМ21 по равному количеству
счетчиков в каждой линейке. Блок электроники содержит блок контроллеров,
преобразователь высоковольтный, блок аккумуляторов, модуль согласования,
связанные общей информационной внутрисистемной CAN-магистралью. Матрица
детекторов связана с блоком контроллеров, состоящим из набора идентичных
контроллеров, каждый контроллер связан с соответствующей линейкой матрицы.
Вход блока контроллера подключен к выходу преобразователя высоковольтного, а
его выход - на CAN-магистраль, входы преобразователя высоковольтного связаны
с выходом блока аккумуляторов и с выходом пульта управления, выход
видеокамеры и вход дисплея через модуль согласования связаны с микроЭВМ,
причем все модули устройства размещены в одном корпусе. Технический результат
- расширение диапазона измерений. |
|
6 |
Способ калибровки мюонных
годоскопов |
РФ G21H7/00 |
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
(НИЯУ МИФИ) Номер патента: 2461903 Дата подачи заявки: 06.04.2011 Дата публикации: 20.09.2012 |
Изобретение
относится к области использования космических лучей и может быть применимо
для мюонной калибровки координатно-трековых детекторов годоскопического типа
большой площади (мюонных годоскопов), расположенных на поверхности Земли. Технический
результат заключается в обеспечении возможности одновременной калибровки
большого числа каналов, причем не для одного слоя, а для годоскопа в целом.
Сущность изобретения: осуществляется внешняя независимая регистрация треков
мюонов со всех направлений небесной полусферы, проходящих через годоскоп,
размещенный между двумя плоскими координатными детекторами, расположенными
параллельно друг другу
в горизонтальной плоскости. Оба координатных детектора соединяются с
контроллером через схему совпадения. На этот же контроллер заведены выходы со
всех детектирующих слоев годоскопа. Когда на контроллер приходит сигнал от
схемы совпадения, он считывает координаты прошедшего мюона со всех слоев
годоскопа. Контроллер передает на компьютер информацию о треке мюона,
прошедшего через координатные детекторы и соответствующую информацию с
годоскопа. В результате производится оценка эффективности срабатывания
отдельных каналов годоскопа. Одновременно строятся пространственно-угловые
распределения потока мюонов, прошедших через координатные плоскости, и
сравнивается с распределениями, полученными от мюонного годоскопа. |
|
7 |
Способ регистрации нейтрино |
РФ G01T1/00 |
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования "Удмуртский государственный
университет" (ГОУ ВПО "Удмуртский государственный
университет") Номер патента: 450289 Дата подачи заявки: 24.08.2010 Дата публикации: 27.05.2012 |
Изобретение относится к области ядерной физики, астрофизики и физики высоких энергий, конкретно к способам регистрации нейтрино, включая солнечные, космические, реакторные нейтрино, нейтрино, получаемые с помощью ускорителей. Сущность изобретения заключается в том, что в способе регистрации нейтрино используют детектор, содержащий, по крайней мере, один датчик, при этом в датчике имеется, по крайней мере, одна поверхность, по которой может быть проведено множество прямых, направленных на измеряемый объект, и которую покрывают материалом с большой плотностью электронов и небольшой работой выхода электронов, используя спин-спиновое нейтрино-электронное взаимодействие с электронами на поверхности, допускающей образование спиновой волны. Технический результат - повышение эффективности регистрации нейтрино. |
Из результатов патентного исследования можно сделать вывод, что счетчик Гейгера используется в различных отраслях (в том числе военной) при конструировании различных детекторов, а так же продолжаются работы по улучшению и модернизации существующих конструкций. Изобретаются и патентуются различные детекторы для регистрации космических лучей. Так же существуют изобретения, где используются сами космические лучи. Таким образом в течение последних 10 лет продолжает развиваться как сам счетчик Гейгера, так и детекторы на его основе, как и продолжаются работы по созданию детекторов для регистрации различных компонент космических лучей.
Приложение В.
Литературный обзор.
В
ходе работы был проведен литературный обзор по теме «регистрация космических
лучей». Основная часть работ по этой теме датируются 40-60 годами 20 века.
В
[1], [2] описывается методика проведения эксперимента на аналогичном телескопе
счетчиков Гейгера. В [2] приводится формула для расчета геометрического фактора
установки k
k=
/(
)+
arctg(l/d)) (1), где a, l,
d – геометрические размеры установки
и приведено значение интенсивности вертикальной компоненты космических лучей на уровне моря
J=8.2 
(2).
В [3] рассматривается природа космических лучей. Приводится аналогичное (2) значение интенсивности вертикальной компоненты на уровне моря. Рассмотрены эксперименты на аналогичной установке и на установках, которые отличаются от использованной в работе расположением счетчиков Гейгера и наличием свинцовых фильтров для отделения мягкой компоненты. Так же рассматривается вклад геомагнитной широты и высоты над уровнем моря в определении интенсивности вертикальной компоненты космических лучей. И если вклад высоты над уровнем моря существенен, то при геомагнитной широте больше 45 градусов не приводит на уровне моря к изменению каких-либо эффектов в космических лучах.
В [4] приводится целый ряд опытов, в которых аналогичный телескоп из счетчиков Гейгера для определения различных характеристик космических лучей дополнен сцинцилляционными детекторами.
В [5] приведен обзор теоретических и экспериментальных данных о космических лучах.
В [6] приводится значение для эффективности регистрации счетчиком Гейгера жесткой компоненты космических частиц. Она велика и практически равняется 100%.
Список используемой литературы.
[1]. М. А. Кирсанов, В. В. Кушин, Н. А. Миханчук, С. Г. Покачалов.
Счетчик Гейгера-Мюллера. Лабораторная работа. МИФИ. - Москва. - 2006.
[2]. Григоров Н.Л, Состав и свойства космического излучения на
уровне моря. Сб. Космические лучи, практикум по ядерной физике -
М.: Физматгиз, 1962
[3]. Журнал " Успехи физических наук" , том №38, выпуск №2,
"Интерпретация явлений, происходящих в космических лучах". -СССР.
-июнь 1949.
[4]. Журнал " Успехи физических наук", том №45, выпуск
№4. -СССР. -декабрь 1951.
[5]. Журнал " Успехи физических наук", том №88, выпуск №3,
"Происхождение космических лучей". -СССР. - март 1966.
[6]. Физический энциклопедический словарь. Ред. А. М. Прохоров, М.,
Советская энциклопедия, 1983.
[7]. Т. М. Чмерева Сборник вопросов, задач и упражнений по ядерной
физике: учебное пособие. ГОУ ОГУ. -Оренбург. -2005.