Geiger-Muller disk

D För att bestämma strålningsnivån används en speciell enhet -. Och för sådana apparater, hushållsapparater och de flesta professionella strålningsövervakningsanordningar, används avkänningselementet Geiger mätare . Denna del av radiometern låter dig exakt bestämma strålningsnivån.

Geigerräknarens historia

I Den första, en anordning för att bestämma sönderfallshastigheten för radioaktiva material, föddes 1908, den uppfanns av tysken fysiker Hans Geiger . Tjugo år senare, tillsammans med en annan fysiker Walter Müller enheten förbättrades och fick namnet efter dessa två forskare.

I perioden av utveckling och etablering av kärnfysik i det forna Sovjetunionen skapades också motsvarande anordningar som användes i stor utsträckning i de väpnade styrkorna, vid kärnkraftverk och i särskilda strålningskontrollgrupper inom civilförsvaret. Med början på sjuttiotalet av förra seklet inkluderade sådana dosimetrar en räknare baserad på Geigerprinciper, nämligen SBM-20 . Denna räknare är precis som sin andra analog STS-5 , används ofta i för närvarande, och är också en del av moderna medel strålningsövervakning .

Figur 1. Gasurladdningsräknare STS-5.

Fig.2. Gasutsläppsmätare SBM-20.

Funktionsprincip för en Geiger–Müllerräknare

OCH Idén med att registrera radioaktiva partiklar som föreslagits av Geiger är relativt enkel. Den är baserad på principen om uppkomsten av elektriska impulser i en inert gasmiljö under påverkan av en högladdad radioaktiv partikel eller ett kvantum av elektromagnetiska svängningar. För att uppehålla oss mer i detalj om räknarens funktionsmekanism, låt oss uppehålla oss lite vid dess design och de processer som sker i den när en radioaktiv partikel passerar genom enhetens känsliga element.

R Inspelningsanordningen är en förseglad cylinder eller behållare som är fylld med en inert gas, det kan vara neon, argon, etc. En sådan behållare kan vara gjord av metall eller glas, och gasen i den är under lågt tryck, detta görs specifikt för att förenkla processen att registrera en laddad partikel. Inuti behållaren finns två elektroder (katod och anod) till vilka hög likspänning tillförs genom ett speciellt belastningsmotstånd.

Fig.3. Apparat och kretsschema för att slå på en geigerräknare.

P När räknaren aktiveras i en miljö med inert gas sker ingen urladdning på elektroderna på grund av mediets höga resistans, men situationen förändras om en radioaktiv partikel eller ett kvantum av elektromagnetiska svängningar kommer in i kammaren i det känsliga elementet i enhet. I detta fall slår en partikel med en laddning av tillräckligt hög energi ut ett visst antal elektroner från den omedelbara miljön, d.v.s. från huselementen eller fysiskt själva elektroderna. Sådana elektroner, en gång i en inert gasmiljö, under inverkan av hög spänning mellan katoden och anoden, börjar röra sig mot anoden och joniserar molekylerna i denna gas längs vägen. Som ett resultat slår de ut sekundära elektroner från gasmolekyler, och denna process växer i geometrisk skala tills ett sammanbrott sker mellan elektroderna. I ett urladdningstillstånd stänger kretsen under en mycket kort tidsperiod, och detta orsakar ett strömhopp i belastningsmotståndet, och det är detta hopp som gör det möjligt att registrera passagen av en partikel eller ett kvantum genom registreringskammaren.

T Denna mekanism gör det möjligt att registrera en partikel, men i en miljö där joniserande strålning är ganska intensiv, återgår registreringskammaren snabbt till första position, för att kunna bestämma ny radioaktiv partikel . Detta uppnås med två olika sätt. Den första av dem är att sluta leverera spänning till elektroderna under en kort tid, i det här fallet stoppar joniseringen av den inerta gasen plötsligt, och genom att slå på testkammaren igen kan du börja spela in från början. Denna typ av räknare kallas icke-självsläckande dosimetrar . Den andra typen av enheter, nämligen självsläckande dosimetrar, principen för deras funktion är att lägga till speciella tillsatser baserade på olika element t.ex. brom, jod, klor eller alkohol. I det här fallet leder deras närvaro automatiskt till att urladdningen avslutas. Med denna struktur av testkammaren används resistanser ibland flera tiotals megaohm som belastningsmotstånd. Detta gör det möjligt att kraftigt minska potentialskillnaden i ändarna av katoden och anoden under urladdningen, vilket stoppar den strömledande processen och kammaren återgår till sitt ursprungliga tillstånd. Det är värt att notera att en spänning på elektroderna på mindre än 300 volt automatiskt slutar upprätthålla urladdningen.

Hela den beskrivna mekanismen låter dig registrera dig stor mängd radioaktiva partiklar på kort tid.

Typer av radioaktiv strålning

H för att förstå exakt vad som spelas in Geiger–Muller räknare , det är värt att uppehålla sig vid vilka typer av det som finns. Det är värt att omedelbart nämna att gasurladdningsräknare, som är en del av de flesta moderna dosimetrar, bara kan registrera antalet radioaktiva laddade partiklar eller kvanta, men kan inte bestämma vare sig deras energiegenskaper eller typen av strålning. För detta ändamål görs dosimetrar mer multifunktionella och målinriktade, och för att jämföra dem korrekt bör deras kapacitet förstås mer exakt.

P Enligt moderna begrepp inom kärnfysik kan strålning delas in i två typer, den första i formen elektromagnetiskt fält , den andra i formen partikelflöde (korpuskulär strålning). Den första typen inkluderar gammapartikelflöde eller röntgenstrålning . Deras huvudsakliga egenskap är förmågan att fortplanta sig i form av en våg över mycket långa avstånd, medan de ganska lätt passerar genom olika föremål och lätt kan penetrera en mängd olika material. Till exempel, om en person behöver gömma sig från en ström av gammastrålar på grund av en kärnvapenexplosion, då kan han genom att ta sin tillflykt i källaren i ett hus eller bombskydd, förutsatt att den är relativt hermetiskt tillsluten, bara skydda sig från detta typ av strålning med 50 procent.

Fig.4. Röntgen och gammastrålning kvanta.

T Denna typ av strålning är pulsad i naturen och kännetecknas av utbredning in miljö i form av fotoner eller kvanter, dvs. korta blixtar elektromagnetisk strålning. Sådan strålning kan ha olika energi och frekvensegenskaper Till exempel har röntgenstrålar en frekvens tusentals gånger lägre än gammastrålar. Det är därför Gammastrålar är betydligt farligare För människokropp och deras inverkan är mycket mer destruktiv.

OCH strålning baserad på den korpuskulära principen är alfa- och beta-partiklar (korpuskler). De uppstår som ett resultat av en kärnreaktion där vissa radioaktiva isotoper omvandlas till andra och frigör en kolossal mängd energi. I det här fallet representerar beta-partiklar en ström av elektroner, och alfapartiklar är betydligt större och mer stabila formationer, bestående av två neutroner och två protoner bundna till varandra. Faktum är att kärnan i en heliumatom har denna struktur, så det kan hävdas att flödet av alfapartiklar är ett flöde av heliumkärnor.

Accepterad nästa klassificering , alfapartiklar har den minst penetrerande förmågan för att skydda sig från dem, tjock kartong är tillräckligt för en person som har större penetrerande förmåga för att en person ska kunna skydda sig mot flödet av sådan strålning metallskydd flera millimeter tjockt (till exempel aluminiumplåt). Det finns praktiskt taget inget skydd mot gammakvanta, och de sprider sig över avsevärda avstånd, bleknar när de rör sig bort från epicentret eller källan och lyder lagarna för utbredning av elektromagnetiska vågor.

Fig. 5. Radioaktiva partiklar av alfa- och betatyp.

TILL Mängden energi som alla tre typer av strålning besitter är också olika, och flödet av alfapartiklar har störst av dem. Till exempel, Alfapartiklarnas energi är sju tusen gånger större än beta-partiklarnas energi , dvs. penetrerande kraft olika typer strålning är omvänt proportionell mot deras penetreringsförmåga.

D För människokroppen anses den farligaste typen av radioaktiv strålning gammakvanta , på grund av den höga penetreringskraften, och sedan i fallande ordning, beta-partiklar och alfapartiklar. Därför är det ganska svårt att bestämma alfapartiklar, även om det är omöjligt att säga med en konventionell räknare Geiger-Muller, eftersom nästan alla föremål är ett hinder för dem, för att inte tala om en glas- eller metallbehållare. Det är möjligt att detektera beta-partiklar med en sådan räknare, men bara om deras energi är tillräcklig för att passera genom materialet i diskbehållaren.

För lågenergibetapartiklar är en konventionell Geiger–Müllerräknare ineffektiv.

HANDLA OM Situationen liknar gammastrålning, det finns en möjlighet att de kommer att passera genom behållaren utan att starta joniseringsreaktionen. För detta ändamål ställs mätare in speciell skärm(tillverkat av tätt stål eller bly), vilket gör att du kan minska energin hos gammakvanta och därmed aktivera urladdningen i motkammaren.

Grundläggande egenskaper och skillnader hos Geiger–Müller-räknare

MED Det är också värt att lyfta fram några grundläggande egenskaper och skillnader mellan olika utrustade dosimetrar gas-urladdning Geiger-Muller räknare. För att göra detta bör du jämföra några av dem.

De vanligaste Geiger–Müller-diskarna är utrustade med cylindrisk eller ändsensorer. Cylindriska liknar en avlång cylinder i form av ett rör med en liten radie. Ändjoniseringskammaren har en rund eller rektangulär form små storlekar, men med en betydande ändarbetsyta. Ibland finns det varianter av ändkammare med ett avlångt cylindriskt rör med ett litet ingångsfönster på ändsidan. Olika konfigurationer av räknare, nämligen kamerorna själva, kan registrera olika typer av strålning, eller deras kombinationer (till exempel kombinationer av gamma- och beta-strålar, eller hela spektrumet av alfa, beta och gamma). Detta blir möjligt tack vare den specialdesignade designen av mätarhuset, såväl som materialet från vilket det är tillverkat.

E En annan viktig komponent för den avsedda användningen av mätare är område av ingångsavkänningselementet och Arbetsplats . Detta är med andra ord den sektor genom vilken de radioaktiva partiklarna av intresse för oss kommer in och registreras. Ju större denna yta, desto fler partiklar kommer räknaren att kunna fånga, och desto större blir dess känslighet för strålning. Passuppgifterna anger arbetsytan, vanligtvis i kvadratcentimeter.

E en till viktig indikator, som anges i specifikationerna för dosimetern, är bullrets storlek (mätt i pulser per sekund). Med andra ord kan denna indikator kallas värdet av sin egen bakgrund. Det kan fastställas i en laboratoriemiljö genom att placera enheten i ett väl skyddat rum eller kammare, vanligtvis med tjocka blyväggar, och registrera strålningsnivån som enheten själv avger. Det är tydligt att om en sådan nivå är tillräckligt signifikant kommer dessa inducerade ljud direkt att påverka mätfelen.

Varje professionell och strålning har en sådan egenskap som strålningskänslighet, även mätt i pulser per sekund (imp/s), eller i pulser per mikro-röntgen (imp/μR). Denna parameter, eller snarare dess användning, beror direkt på källan till joniserande strålning som räknaren är inställd på och mot vilken ytterligare mätningar kommer att utföras. Ofta görs inställning med källor som inkluderar radioaktiva material som radium - 226, kobolt - 60, cesium - 137, kol - 14 och andra.

E En annan indikator med vilken det är värt att jämföra dosimetrar är effektivitet för detektering av jonstrålning eller radioaktiva partiklar. Förekomsten av detta kriterium beror på det faktum att inte alla radioaktiva partiklar som passerar genom det känsliga elementet i dosimetern kommer att registreras. Detta kan hända i fallet när gammastrålningskvantumet inte orsakade jonisering i motkammaren, eller antalet partiklar som passerade och orsakade jonisering och urladdning är så stort att enheten inte räknar dem tillräckligt, och av andra skäl . För att exakt bestämma denna egenskap av en specifik dosimeter testas den med vissa radioaktiva källor, till exempel plutonium-239 (för alfapartiklar), eller tallium - 204, strontium - 90, yttrium - 90 (beta-strålare), såväl som andra radioaktiva material.

MED Nästa kriterium att fokusera på är intervall av inspelade energier . Alla radioaktiva partiklar eller strålningskvantum har olika energiegenskaper. Därför är dosimetrar utformade för att mäta inte bara en specifik typ av strålning, utan också deras motsvarande energikarakteristik. Denna indikator mäts i megaelektronvolt eller kiloelektronvolt (MeV, KeV). Till exempel, om beta-partiklarna inte har tillräcklig energi, kommer de inte att kunna slå ut en elektron i motkammaren och kommer därför inte att detekteras, eller så kommer bara högenergi-alfapartiklar att kunna bryta igenom materialet av Geiger-Müller-räknehuset och slå ut elektronen.

OCH Baserat på allt ovanstående producerar moderna tillverkare av stråldosimetrar ett brett utbud av enheter för olika ändamål och specifika branscher. Därför är det värt att överväga specifika typer av geigerräknare.

Olika alternativ Geiger–Muller räknare

P Den första versionen av dosimetrar är enheter utformade för att registrera och detektera gammafotoner och högfrekvent (hård) betastrålning. Nästan alla tidigare producerade och moderna, både hushållsapparater, till exempel: och professionella stråldosimetrar, till exempel: , är designade för detta mätområde. Sådan strålning har tillräckligt med energi och hög penetrerande kraft för att geigerräknarkameran ska kunna registrera dem. Sådana partiklar och fotoner tränger lätt in i diskens väggar och orsakar joniseringsprocessen, och detta registreras lätt av motsvarande elektroniska fyllning av dosimetern.

D Populära diskar som t.ex SBM-20 , med en sensor i form av ett cylindriskt ballongrör med en koaxial trådkatod och anod. Dessutom fungerar sensorrörets väggar som både katod och hus och är gjorda av rostfritt stål. Denna räknare har följande egenskaper:

• området för arbetsområdet för det känsliga elementet är 8 kvadratcentimeter;
• strålningskänsligheten för gammastrålning är cirka 280 pulser/s, eller 70 pulser/μR (testning utfördes för cesium - 137 vid 4 μR/s);
• dosimeterns egen bakgrund är ca 1 puls/s;
• Sensorn är utformad för att registrera gammastrålning med en energi i intervallet från 0,05 MeV till 3 MeV, och beta-partiklar med en energi på 0,3 MeV vid den nedre gränsen.

Fig. 6. Geigerräknare SBM-20.

U Det gjordes olika modifieringar av denna räknare, t.ex. SBM-20-1 eller SBM-20U , som har liknande egenskaper, men skiljer sig i den grundläggande utformningen av kontaktelementen och mätkretsen. Andra modifieringar av denna Geiger-Müller-räknare, och dessa är SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, har också liknande parametrar, många av dem finns i hushållsstrålningsdosimetrar, som kan hittas i butiker idag .

MED Nästa grupp av stråldosimetrar är utformad för att registrera gammafotoner och röntgenstrålar . Om vi ​​pratar om noggrannheten hos sådana enheter bör det förstås att foton- och gammastrålning är kvanta av elektromagnetisk strålning som rör sig med ljusets hastighet (cirka 300 000 km/s), så att registrera ett sådant objekt verkar vara ganska svårt uppgift.

Driftseffektiviteten för sådana Geigerräknare är cirka en procent.

H För att öka den krävs en ökning av katodytan. Faktum är att gammastrålar registreras indirekt, tack vare de elektroner som de slår ut, som därefter deltar i joniseringen av den inerta gasen. För att främja detta fenomen så effektivt som möjligt är materialet och tjockleken på motkammarens väggar, såväl som katodens dimensioner, tjocklek och material, speciellt utvalda. Här kan en stor tjocklek och densitet av materialet minska inspelningskammarens känslighet, och för liten kommer att tillåta högfrekvent betastrålning att enkelt komma in i kammaren, och kommer också att öka mängden strålningsbrus som är naturligt för enheten, vilket kommer att överrösta noggrannheten för att bestämma gammakvanta. Naturligtvis väljs de exakta proportionerna av tillverkarna. I huvudsak på denna princip, tillverkas dosimetrar baserat på Geiger–Muller räknare för direkt bestämning av gammastrålning på marken, medan en sådan anordning utesluter möjligheten att bestämma andra typer av strålning och radioaktiv exponering, vilket gör det möjligt att exakt bestämma strålningskontamination och nivån av negativ påverkan på människor endast genom gammastrålning.

I I hushållsdosimetrar, som är utrustade med cylindriska sensorer, är följande typer installerade: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 och många andra . Dessutom, i vissa typer, är ett speciellt filter installerat på ingången, slutet, känsligt fönster, som specifikt tjänar till att skära av alfa- och beta-partiklar, och dessutom ökar katodområdet för mer effektiv bestämning av gammastrålar. Sådana sensorer inkluderar Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M och andra.

H För att tydligare förstå principen för deras funktion är det värt att titta närmare på en av dessa räknare. Till exempel en sluträknare med en sensor Beta – 2M , som har ett rundat arbetsfönster på cirka 14 kvadratcentimeter. I detta fall är strålningskänsligheten för kobolt-60 cirka 240 pulser/μR. Den här typen mätaren har mycket lågt självljud , vilket inte är mer än 1 puls per sekund. Detta är möjligt tack vare den tjockväggiga blykammaren, som i sin tur är utformad för att registrera fotonstrålning med energier i intervallet från 0,05 MeV till 3 MeV.

Fig. 7. Slut gammaräknare Beta-2M.

För att bestämma gammastrålning är det fullt möjligt att använda räknare för gamma-beta-pulser, som är utformade för att registrera hårda (högfrekventa och högenergi) beta-partiklar och gamma-kvanta. Till exempel modell SBM - 20. Om du i den här dosimetermodellen vill utesluta registreringen av beta-partiklar, räcker det för att göra detta med att installera en blyskärm eller en skärm gjord av något annat metallmaterial (en blyskärm är mer effektivt). Detta är den vanligaste metoden som används av de flesta utvecklare när de skapar gamma- och röntgenräknare.

Registrering av "mjuk" betastrålning.

TILL Som vi redan har nämnt är det en ganska svår uppgift att registrera mjuk betastrålning (strålning med låga energiegenskaper och en relativt låg frekvens). För att göra detta är det nödvändigt att säkerställa möjligheten för enklare penetration in i registreringskammaren. För dessa ändamål tillverkas ett speciellt tunt arbetsfönster, vanligtvis av glimmer eller polymerfilm, vilket praktiskt taget inte skapar några hinder för penetrering av beta-strålning av denna typ in i joniseringskammaren. I det här fallet kan själva sensorkroppen fungera som katod, och anoden är ett system av linjära elektroder som är jämnt fördelade och monterade på isolatorer. Registreringsfönstret görs i slutversionen och i det här fallet kommer bara en tunn glimmerfilm i vägen för beta-partiklar. I dosimetrar med sådana räknare registreras gammastrålning som en applikation och faktiskt som ytterligare möjlighet. Och om du vill bli av med registreringen av gammastrålar, är det nödvändigt att minimera katodytan.

Fig. 8. Enhet för en ändmonterad geigerräknare.

MED Det är värt att notera att räknare för att bestämma mjuka beta-partiklar skapades för ganska länge sedan och användes framgångsrikt under andra hälften av förra seklet. Bland dem var de vanligaste sensorer som SBT10 Och SI8B , som hade tunnväggiga glimmerarbetande fönster. En modernare version av denna enhet Beta-5 har en arbetsfönsteryta på cirka 37 kvm/cm, rektangulär form gjord av glimmermaterial. För sådana storlekar av det känsliga elementet kan enheten registrera cirka 500 pulser/μR, om de mäts med kobolt - 60. Samtidigt är paupp till 80 procent. Andra indikatorer för denna enhet är som följer: dess eget brus är 2,2 pulser/s, energidetekteringsintervallet är från 0,05 till 3 MeV, medan den nedre tröskeln för att bestämma mjuk beta-strålning är 0,1 MeV.

Fig. 9. Avsluta beta-gammaräknare Beta-5.

OCH Naturligtvis är det värt att nämna Geiger–Muller räknare, som kan detektera alfapartiklar. Om det verkar vara en ganska svår uppgift att registrera mjuk betastrålning, är det en ännu svårare uppgift att detektera en alfapartikel, även en med höga energiindikatorer. Detta problem kan endast lösas genom att på lämpligt sätt reducera tjockleken på arbetsfönstret till en tjocklek som är tillräcklig för passage av en alfapartikel in i sensorns registreringskammare, samt genom att nästan helt föra ingångsfönstret närmare källa till alfapartikelstrålning. Detta avstånd bör vara 1 mm. Det är tydligt att en sådan enhet automatiskt kommer att upptäcka alla andra typer av strålning, och med ganska hög effektivitet. Det finns både en positiv och negativ sida med detta:

Positiv – en sådan anordning kan användas för det bredaste utbudet av radioaktiv strålningsanalys

Negativ – på grund av ökad känslighet kommer en betydande mängd buller att uppstå, vilket kommer att komplicera analysen av mottagna registreringsdata.

TILL Dessutom är ett för tunt glimmerarbetsfönster, även om det ökar räknarens kapacitet, dock till nackdel för joniseringskammarens mekaniska styrka och täthet, särskilt eftersom själva fönstret har en ganska stor arbetsyta. Som jämförelse, i SBT10- och SI8B-räknarna, som vi nämnde ovan, med en arbetsfönsterarea på cirka 30 kvm/cm, är tjockleken på glimmerlagret 13 - 17 mikron, och med den tjocklek som krävs för registrering alfapartiklar på 4-5 mikron, ingången fönstret kan endast göras inte mer än 0,2 kvm/cm, vi pratar om SBT9-mätaren.

HANDLA OM den stora tjockleken på registreringsarbetsfönstret kan dock kompenseras av närheten till ett radioaktivt föremål, och vice versa, med en relativt liten tjocklek av glimmerfönstret, blir det möjligt att registrera en alfapartikel redan vid större avstånd, än 1-2 mm. Det är värt att ge ett exempel: med en fönstertjocklek på upp till 15 mikron bör inställningen till alfastrålningskällan vara mindre än 2 mm, medan källan för alfapartiklar förstås vara en plutonium-239-sändare med en strålning energi på 5 MeV. Låt oss fortsätta, med tjockleken på ingångsfönstret upp till 10 mikron är det möjligt att registrera alfapartiklar på ett avstånd av upp till 13 mm, om vi gör ett glimmerfönster upp till 5 mikron tjockt, så kommer alfastrålning att registreras kl. ett avstånd på 24 mm osv. Annan viktig parameter, som direkt påverkar förmågan att upptäcka alfapartiklar, är deras energiindikator. Om energin hos en alfapartikel är mer än 5 MeV, kommer registreringsavståndet för tjockleken på arbetsfönstret av vilken typ som helst att öka i motsvarande grad, och om energin är mindre måste avståndet minskas, upp till fullständig omöjlighet att registrera mjuk alfastrålning.

E en till viktig poäng, som gör det möjligt att öka alfaräknarens känslighet, är en minskning av registreringsförmågan för gammastrålning. För att göra detta är det tillräckligt att minimera katodens geometriska dimensioner, och gammafotoner kommer att passera genom inspelningskammaren utan att orsaka jonisering. Denna åtgärd gör det möjligt att minska gammastrålningens inverkan på jonisering med tusentals och till och med tiotusentals gånger. Det är inte längre möjligt att eliminera påverkan av betastrålning på inspelningskammaren, men det finns en ganska enkel väg ut ur denna situation. Först registreras alfa- och betastrålning av den totala typen, sedan installeras ett tjockt pappersfilter och en andra mätning görs, som endast registrerar beta-partiklar. Mängden alfastrålning i detta fall beräknas som skillnaden mellan den totala strålningen och en separat beräkningsindikator för betastrålning.

Till exempel , är det värt att föreslå egenskaperna hos den moderna Beta-1-räknaren, som låter dig registrera alfa-, beta- och gammastrålning. Dessa är indikatorerna:

• arean av arbetsområdet för det känsliga elementet är 7 kvm/cm;
• tjockleken på glimmerlagret är 12 mikron, (det effektiva detekteringsavståndet för alfapartiklar för plutonium är 239, cirka 9 mm. För kobolt - 60 uppnås strålningskänslighet i storleksordningen 144 pulser/μR);
• strålningsmätningseffektivitet för alfapartiklar - 20% (för plutonium - 239), beta-partiklar - 45% (för tallium -204) och gammakvanta - 60% (för sammansättning strontium - 90, yttrium - 90);
• dosimeterns egen bakgrund är cirka 0,6 pulser/s;
• Sensorn är utformad för att registrera gammastrålning med en energi i intervallet från 0,05 MeV till 3 MeV, och beta-partiklar med en energi på mer än 0,1 MeV vid den nedre gränsen, och alfapartiklar med en energi på 5 MeV eller mer.

Fig. 10. Ändmonterad alfa-beta-gammaräknare Beta-1.

TILL Givetvis finns det också ett ganska brett utbud av mätare som är avsedda för mer specifik och professionell användning. Sådana enheter har ett nummer ytterligare inställningar och alternativ (elektriska, mekaniska, radiometriska, klimat, etc.), som inkluderar många speciella termer och möjligheter. Vi kommer dock inte att koncentrera oss på dem. När allt kommer omkring för förståelse grundläggande principer handlingar Geiger–Muller räknare , modellerna som beskrivs ovan är helt tillräckliga.

I Det är också viktigt att nämna att det finns speciella underklasser Geigerräknare , som är speciellt utformade för att bestämma olika typer annan strålning. Till exempel, för att bestämma mängden ultraviolett strålning, för att registrera och bestämma långsamma neutroner som fungerar enligt principen om en koronaurladdning och andra alternativ som inte är direkt relaterade till detta ämne kommer inte att övervägas.

Syfte med räknare

En Geiger-Muller-räknare är en tvåelektrodanordning utformad för att bestämma intensiteten av joniserande strålning eller, med andra ord, för att räkna joniserande partiklar som uppstår under kärnreaktioner: heliumjoner (- partiklar), elektroner (- partiklar), röntgenstrålning kvanta (- partiklar) och neutroner. Partiklar sprids med mycket höga hastigheter [upp till 2. 10 7 m/s för joner (energi upp till 10 MeV) och ungefär ljusets hastighet för elektroner (energi 0,2 - 2 MeV)], på grund av vilket de tränger in i räknaren. Räknarens roll är att generera en kort (bråkdelar av en millisekund) spänningspuls (enheter - tiotals volt) när en partikel kommer in i enhetens volym.

I jämförelse med andra detektorer (sensorer) för joniserande strålning (joniseringskammare, proportionell räknare) har Geiger-Muller-räknaren en hög tröskelkänslighet - den låter dig kontrollera jordens naturliga radioaktiva bakgrund (1 partikel per cm 2 av 10) - 100 sekunder). Den övre gränsen för mätning är relativt låg - upp till 10 4 partiklar per cm 2 per sekund eller upp till 10 Sievert per timme (Sv/h). En speciell egenskap hos räknaren är förmågan att generera identiska utspänningspulser oavsett typ av partiklar, deras energi och antalet joniseringar som produceras av partikeln i sensorvolymen.

Funktionen av en geigerräknare är baserad på en icke-självförsörjande pulsad gasurladdning mellan metallelektroder, som initieras av en eller flera elektroner som är ett resultat av jonisering av en gas -, - eller - partikel. Mätare använder vanligtvis en cylindrisk elektroddesign, och diametern på den inre cylindern (anoden) är mycket mindre (2 eller fler storleksordningar) än den yttre (katoden), vilket är av grundläggande betydelse. Anodens karakteristiska diameter är 0,1 mm.

Partiklar kommer in i disken genom ett vakuumskal och en katod i en "cylindrisk" design (Fig. 2, A) eller genom ett speciellt platt tunt fönster i "slut"-versionen av designen (Fig. 2 ,b). Det senare alternativet används för att registrera partiklar som har låg penetreringsförmåga (hålls t.ex. kvar av ett pappersark), men som är mycket biologiskt farliga om partiklarnas källa kommer in i kroppen. Detektorer med glimmerfönster används också för att räkna partiklar med relativt låg energi (”mjuk” beta-strålning).

Ris. 2. Schematisk utformning av en cylindrisk ( A) och slut ( b) Geigerräknare. Beteckningar: 1 - vakuumskal (glas); 2 - anod; 3 - katod; 4 - fönster (glimmer, cellofan)

I den cylindriska versionen av disken, utformad för att registrera högenergipartiklar eller mjuka röntgenstrålar, används ett tunnväggigt vakuumskal och katoden är gjord av tunn folie eller i form av en tunn film av metall (koppar) , aluminium) avsatt på insidan av skalet. I ett antal utföranden är en tunnväggig metallkatod (med förstyvningar) en del av vakuumskalet. Hård röntgenstrålning (partiklar) har ökat penetreringskraften. Därför registreras det av detektorer med ganska tjocka väggar av ett vakuumskal och en massiv katod. I neutronräknare är katoden belagd med ett tunt skikt av kadmium eller bor, i vilket neutronstrålning omvandlas till radioaktiv strålning genom kärnreaktioner.

Anordningens volym är vanligtvis fylld med argon eller neon med en liten (upp till 1%) blandning av argon vid ett tryck nära atmosfärstryck (10 -50 kPa). För att eliminera oönskade fenomen efter urladdning införs en blandning av brom eller alkoholånga (upp till 1%) i gasfyllningen.

Förmågan hos en geigerräknare att registrera partiklar oavsett typ och energi (att generera en spänningspuls oavsett antalet elektroner som genereras av partikeln) bestäms av det faktum att, på grund av anodens mycket lilla diameter, nästan all spänning som appliceras på elektroderna är koncentrerad i ett smalt nära-anodskikt. Utanför lagret finns ett "partikelfångande område" där de joniserar gasmolekyler. Elektronerna som slits av partikeln från molekylerna accelereras mot anoden, men gasen joniseras svagt på grund av den låga elektriska fältstyrkan. Joniseringen ökar kraftigt efter att elektroner kommer in i nära-anodskiktet med hög fältstyrka, där elektronlaviner (en eller flera) utvecklas med mycket hög grad elektronmultiplikation (upp till 10 7). Emellertid når strömmen som resulterar av detta ännu inte ett värde som motsvarar bildandet av sensorsignalen.

En ytterligare ökning av strömmen till driftsvärdet beror på det faktum att i laviner, samtidigt med jonisering, genereras ultravioletta fotoner med en energi på cirka 15 eV, tillräckligt för att jonisera föroreningsmolekyler i gasfyllningen (till exempel joniseringen potentialen för brommolekyler är 12,8 V). Elektroner som härrör från fotojonisering av molekyler utanför lagret accelereras mot anoden, men här utvecklas inte laviner på grund av den låga fältstyrkan och processen har liten effekt på utvecklingen av urladdningen. I lagret är situationen annorlunda: de resulterande fotoelektronerna, på grund av den höga spänningen, initierar intensiva laviner där nya fotoner genereras. Deras antal överstiger det initiala och processen i lagret enligt schemat "fotoner - elektronlaviner - fotoner" ökar snabbt (flera mikrosekunder) (går in i "triggerläge"). I det här fallet utbreder sig urladdningen från platsen för de första lavinerna som initierades av partikeln längs anoden ("tvärtändning"), anodströmmen ökar kraftigt och sensorsignalens framkant bildas.

Signalens bakkant (strömminskning) beror på två orsaker: en minskning av anodpotentialen på grund av spänningsfallet från strömmen över motståndet (vid framkanten upprätthålls potentialen av interelektrodkapacitansen) och en minskning i den elektriska fältstyrkan i skiktet under påverkan av rymdladdningen av joner efter att elektroner lämnar anoden (laddning ökar potentialerna för punkterna, som ett resultat av vilket spänningsfallet över skiktet minskar, och i partikelfångningsområdet ökar). Båda skälen minskar intensiteten av lavinutveckling och processen enligt "lavin - fotoner - lavin" -schemat bleknar, och strömmen genom sensorn minskar. Efter slutet av strömpulsen ökar anodpotentialen till initialnivån (med viss fördröjning på grund av laddningen av interelektrodkapacitansen genom anodmotståndet), potentialfördelningen i gapet mellan elektroderna återgår till sin ursprungliga form som en resultat av avgången av joner till katoden, och räknaren återställer förmågan att registrera ankomsten av nya partiklar.

Dussintals typer av joniserande strålningsdetektorer tillverkas. Flera system används för att beteckna dem. Till exempel, STS-2, STS-4 - självsläckande ändräknare, eller MS-4 - räknare med en kopparkatod (B - med volfram, G - med grafit), eller SAT-7 - ändpartikelräknare, SBM- 10 - räknare - metallpartiklar, SNM-42 - metall neutronräknare, SRM-1 - räknare för röntgenstrålar, etc.

1908 arbetade den tyske fysikern Hans Geiger i kemiska laboratorier som ägdes av Ernst Rutherford. Där ombads de också att testa en laddad partikelräknare, som var en joniserad kammare. Kammaren var en elektrisk kondensator, som var fylld med gas under högt tryck. Pierre Curie använde också denna apparat i praktiken och studerade elektricitet i gaser. Geigers idé - att upptäcka strålning av joner - var förknippad med deras inflytande på nivån av jonisering av flyktiga gaser.

År 1928 skapade den tyske forskaren Walter Müller, som arbetade med och under Geiger, flera räknare som registrerade joniserande partiklar. Apparaterna behövdes för ytterligare strålningsforskning. Fysik, som är en vetenskap om experiment, kunde inte existera utan att mäta strukturer. Endast ett fåtal strålningar upptäcktes: γ, β, α. Geigers uppgift var att mäta alla typer av strålning med känsliga instrument.

Geiger-Mullerräknaren är en enkel och billig radioaktiv sensor. Det är inte ett exakt instrument som fångar individuella partiklar. Tekniken mäter den totala mättnaden av joniserande strålning. Fysiker använder den med andra sensorer för att uppnå exakta beräkningar när de utför experiment.

Lite om joniserande strålning

Vi skulle kunna gå direkt till beskrivningen av detektorn, men dess funktion kommer att verka obegriplig om du vet lite om joniserande strålning. När strålning uppstår uppstår en endoterm effekt på ämnet. Energi bidrar till detta. Till exempel hör inte ultravioletta eller radiovågor till sådan strålning, men det gör hårt ultraviolett ljus. Här bestäms gränsen för inflytande. Typen kallas fotonisk, och själva fotonerna är γ-kvanta.

Ernst Rutherford delade in energiutsläppsprocesser i 3 typer, med hjälp av en installation med magnetiskt fält:

• y - foton;
• a är kärnan i en heliumatom;
• β är en högenergielektron.

Du kan skydda dig mot α-partiklar med papper. β penetrera djupare. Penetreringsförmågan γ är högst. Neutroner, som forskare lärde sig senare, är farliga partiklar. De verkar på flera tiotals meters avstånd. Med elektrisk neutralitet reagerar de inte med molekyler av olika ämnen.

Emellertid når neutroner lätt atomens centrum, vilket orsakar dess förstörelse, vilket resulterar i bildandet av radioaktiva isotoper. När isotoper sönderfaller skapar de joniserande strålning. Från en person, ett djur, en växt eller ett oorganiskt föremål som mottagit strålning kommer strålning i flera dagar.

Design och funktionsprincip för en geigerräknare

Enheten består av ett metall- eller glasrör i vilket en ädelgas (argon-neonblandning eller rena ämnen) pumpas in. Det finns ingen luft i röret. Gasen tillsätts under tryck och innehåller en blandning av alkohol och halogen. Det finns en tråd sträckt genom hela röret. En järncylinder är placerad parallellt med den.

Tråden kallas anoden och röret kallas katoden. Tillsammans är de elektroder. En hög spänning appliceras på elektroderna, vilket i sig inte orsakar urladdningsfenomen. Indikatorn kommer att förbli i detta tillstånd tills ett joniseringscentrum uppstår i dess gasformiga miljö. Ett minus är anslutet från strömkällan till röret, och ett plus är anslutet till tråden, riktad genom ett motstånd på hög nivå. Det handlar om om konstant strömförsörjning på tiotals hundratals volt.

När en partikel kommer in i röret kolliderar ädelgasatomer med den. Vid kontakt frigörs energi som tar bort elektroner från gasatomerna. Då bildas sekundära elektroner som också kolliderar och genererar en massa nya joner och elektroner. Elektronernas hastighet mot anoden påverkas av det elektriska fältet. Under denna process genereras en elektrisk ström.

Vid en kollision förloras partiklarnas energi, och tillförseln av joniserade gasatomer upphör. När laddade partiklar kommer in i en gasurladdningsgeigerräknare sjunker rörets motstånd, vilket omedelbart minskar spänningen vid klyvningspunkten. Sedan ökar resistansen igen - detta medför ett återställande av spänningen. Momentumet blir negativt. Enheten visar pulser, och vi kan räkna dem, samtidigt som vi uppskattar antalet partiklar.

Typer av geigerräknare

Genom sin design finns Geigerdiskar i två typer: platt och klassisk.

Klassisk

Tillverkad av tunn korrugerad metall. På grund av korrugering blir röret styvt och motståndskraftigt mot yttre påverkan, vilket förhindrar dess deformation. Rörets ändar är utrustade med glas- eller plastisolatorer, som innehåller lock för utmatning till enheterna.

Lack appliceras på ytan av röret (förutom ledningarna). Den klassiska räknaren anses vara en universell mätdetektor för alla kända arter strålning. Speciellt för γ och β.

Platt

Känsliga mätare för inspelning av mjuk betastrålning har en annan design. På grund av det lilla antalet beta-partiklar har deras kropp platt form. Det finns ett glimmerfönster som svagt blockerar β. BETA-2-sensor är namnet på en av dessa enheter. Egenskaperna hos andra platta diskar beror på materialet.

Geigerräknarens parametrar och driftlägen

För att beräkna räknarens känslighet, uppskatta förhållandet mellan antalet mikroröntgener från provet och antalet signaler från denna strålning. Enheten mäter inte partikelns energi, så den ger inte en absolut exakt uppskattning. Enheter kalibreras med hjälp av prover från isotopkällor.

Du måste också titta på följande parametrar:

Arbetsområde, entréfönsterområde

Karakteristiken för indikatorområdet genom vilket mikropartiklar passerar beror på dess storlek. Ju bredare området är, desto fler partiklar kommer att fångas upp.

Driftspänning

Spänningen ska motsvara de genomsnittliga specifikationerna. Själva driftkarakteristiken är den platta delen av spänningens beroende av antalet fasta pulser. Dess andra namn är platå. Vid denna tidpunkt når enheten toppaktivitet och kallas den övre gränsen för mätning. Värde - 400 Volt.

Arbetsbredd

Arbetsbredden är skillnaden mellan den plana utspänningen och gnisturladdningsspänningen. Värdet är 100 volt.

Lutning

Värdet mäts i procent av antalet pulser per 1 volt. Den visar mätfelet (statistiskt) i pulsräkningen. Värdet är 0,15 %.

Temperatur

Temperaturen är viktig eftersom mätaren ofta måste användas under svåra förhållanden. Till exempel i reaktorer. Räknare allmän användning: från -50 till +70 Celsius.

Arbetsresurs

Resursen kännetecknas av det totala antalet pulser som registrerats fram till det ögonblick då enhetens avläsningar blir felaktiga. Om enheten innehåller organiska ämnen för självsläckning blir antalet pulser en miljard. Det är lämpligt att beräkna resursen endast i ett tillstånd av driftspänning. När enheten förvaras stoppas flödet.

Återhämtningstid

Detta är hur lång tid det tar för en enhet att leda elektricitet efter att ha reagerat på en joniserande partikel. Det finns en övre gräns för pulsfrekvensen som begränsar mätområdet. Värdet är 10 mikrosekunder.

På grund av återhämtningstiden (även kallad dödtid) kan enheten misslyckas vid ett avgörande ögonblick. För att förhindra överskott installerar tillverkarna blyskärmar.

Har disken en bakgrund?

Bakgrunden mäts i en tjockväggig blykammare. Det vanliga värdet är inte mer än 2 pulser per minut.

Vem använder stråldosimetrar och var?

Många modifieringar av Geiger-Muller-räknare tillverkas i industriell skala. Deras produktion började under Sovjetunionen och fortsätter nu, men i Ryska federationen.

Enheten används:

• vid kärnkraftsindustrianläggningar;
• i vetenskapliga institut;
• inom medicin;
• hemma.

Efter olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl köpte även vanliga medborgare dosimetrar. Alla enheter har en geigerräknare. Sådana dosimetrar är utrustade med ett eller två rör.

Är det möjligt att göra en geigerräknare med egna händer?

Att göra en mätare själv är svårt. Du behöver en strålningssensor, men alla kan inte köpa den. Själva räknarkretsen har länge varit känd - i till exempel fysikläroböcker är den också tryckt. Men bara en riktig "vänsterhänt" kommer att kunna reproducera enheten hemma.

Talangfulla självlärda hantverkare har lärt sig att göra ett substitut för disken, som också kan mäta gamma- och betastrålning med lågenergilampa och glödlampor. De använder också transformatorer från trasig utrustning, ett geigerrör, en timer, en kondensator, olika kort och motstånd.

Slutsats

Vid diagnostisering av strålning måste du ta hänsyn till mätarens egen bakgrund. Även med blyskydd av anständig tjocklek återställs inte registreringshastigheten. Detta fenomen har en förklaring: orsaken till aktiviteten är kosmisk strålning som penetrerar genom lager av bly. Myoner flyger över jordens yta varje minut, som registreras av räknaren med en sannolikhet på 100 %.

Det finns en annan bakgrundskälla - strålning som ackumuleras av själva enheten. Därför är det i förhållande till geigerräknaren också lämpligt att prata om slitage. Ju mer strålning enheten har samlat på sig, desto lägre är tillförlitligheten för dess data.

Geiger mätare

Geigerräknare SI-8B (USSR) med glimmerfönster för mätning av mjuk β-strålning. Fönstret är genomskinligt, under det kan du se en spiraltrådselektrod; den andra elektroden är enhetens kropp.

Ytterligare elektrisk krets förser räknaren med effekt (vanligtvis minst 300), ger vid behov urladdningsundertryckning och räknar antalet urladdningar genom räknaren.

Geigerräknare är indelade i icke-självsläckande och självsläckande (som inte kräver en extern urladdningsavslutningskrets).

Mätarens känslighet bestäms av gasens sammansättning, dess volym samt materialet och tjockleken på dess väggar.

Notera

Det bör noteras att det av historiska skäl har funnits en diskrepans mellan de ryska och engelska versionerna av denna och efterföljande termer:

ryska	engelsk
Geiger mätare	Geigersensor
Geigerrör	Geigerrör
radiometer	Geiger mätare
dosimeter	dosimeter

se även

• Koronarräknare
• http://www.u-tube.ru/pages/video/38781 operativ princip

Wikimedia Foundation. 2010.

Se vad en "Geigerräknare" är i andra ordböcker:

Geiger-Muller disk- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Geiger Müller disk; Geiger Müller motrör vok. Geiger Müller Zählrohr, n; GM Zählrohr, n rus. Geiger Muller disk, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; tube … Fizikos terminų žodynas

Geiger-Muller biträknare- - Ämnen olje- och gasindustrin EN elektronisk pulshöjdsanalysator ... Teknisk översättarguide

- ... Wikipedia

- (Geiger-Müller-räknare), en gasurladdningsdetektor som utlöses när en laddning passerar genom dess volym. h c. Storleken på signalen (strömpuls) beror inte på energin hos hc (enheten arbetar i självurladdningsläge). G. s. uppfanns 1908 i Tyskland... ... Fysisk uppslagsverk

Gasurladdningsanordning för att detektera joniserande strålning (a – och b-partiklar, g-kvanta, ljus- och röntgenkvanta, kosmiska strålar, etc.). En Geiger-Müller-disk är ett hermetiskt tillslutet glasrör... Encyclopedia of technology

Geiger mätare- Geigerräknare Geigerräknare, gasurladdningspartikeldetektor. Utlöses när en partikel eller g-kvantum går in i dess volym. Uppfanns 1908 av den tyske fysikern H. Geiger och förbättrad av honom tillsammans med den tyske fysikern W. Muller. Geiger... ... Illustrerad encyklopedisk ordbok

Geigerräknare, gasurladdningspartikeldetektor. Utlöses när en partikel eller g-kvantum går in i dess volym. Uppfanns 1908 av den tyske fysikern H. Geiger och förbättrad av honom tillsammans med den tyske fysikern W. Muller. Geigerräknare tillämpas... ... Modernt uppslagsverk

Gasurladdningsanordning för att detektera och studera olika typer av radioaktiv och annan joniserande strålning: α- och β-partiklar, γ-strålar, ljus- och röntgenkvanta, högenergipartiklar i kosmiska strålar (se kosmiska strålar) och ... Stora sovjetiska encyklopedien

- [med namn tyska. fysikerna H. Geiger (H. Geiger; 1882 1945) och W. Muller (W. Muller; 1905 79)] gasurladdningsdetektor för radioaktiv och annan joniserande strålning (a- och beta-partiklar, kvanta, ljus och röntgenstrålning, kosmiska partiklar... Big Encyclopedic Polytechnic Dictionary

En räknare är en anordning för att räkna något. Räknare (elektronik) en anordning för att räkna antalet händelser som följer efter varandra (till exempel pulser) med hjälp av kontinuerlig summering, eller för att bestämma graden av ackumulering av vilken ... ... Wikipedia