Uvod
1. Imenovanje šaltera
Uređaj i princip rada brojača
Osnovni fizikalni zakoni
1 Oporavak nakon registracije čestica
2 Dozimetrijska karakteristika
3 Karakteristika brojanja senzora
Zaključak
Bibliografija
Uvod
Geiger-Muller brojači su najčešći detektori (senzori) ionizirajućeg zračenja. Do sada, oni, izmišljeni na samom početku našeg stoljeća za potrebe nuklearne fizike u nastajanju, nemaju, začudo, nikakvu punopravnu zamjenu. U svojoj srži, Geigerov brojač je vrlo jednostavan. Plinska smjesa koja se sastoji uglavnom od lako ionizirajućeg neona i argona uvedena je u dobro evakuiranu zatvorenu posudu s dvije elektrode. Balon može biti stakleni, metalni itd. Obično mjerači percipiraju zračenje cijelom svojom površinom, ali postoje i oni koji za to imaju poseban "prozor" u balonu.
Na elektrode se primjenjuje visoki napon U (vidi sliku), što samo po sebi ne uzrokuje nikakve pojave pražnjenja. Brojač će ostati u tom stanju sve dok se u njegovom plinovitom mediju ne pojavi ionizacijski centar - trag iona i elektrona koje stvara ionizirajuća čestica koja je došla izvana. Primarni elektroni, ubrzavajući se u električnom polju, ioniziraju "usput" druge molekule plinovitog medija, stvarajući sve više i više novih elektrona i iona. Razvijajući se poput lavine, ovaj proces završava stvaranjem elektronsko-ionskog oblaka u međuelektrodnom prostoru, što naglo povećava njegovu vodljivost. U plinskom okruženju brojača dolazi do pražnjenja, koje je vidljivo (ako je posuda prozirna) čak i jednostavnim okom.
Obrnuti proces - vraćanje plinskog medija u prvobitno stanje u takozvanim halogenim mjeračima - događa se sam od sebe. U djelovanje stupaju halogeni (obično klor ili brom), sadržani u maloj količini u plinovitom mediju, koji pridonose intenzivnoj rekombinaciji naboja. Ali ovaj proces je mnogo sporiji. Dužina vremena potrebnog da se vrati osjetljivost na zračenje Geigerovog brojača i zapravo određuje njegovu brzinu - "mrtvo" vrijeme - njegova je važna karakteristika putovnice. Takva brojila nazivaju se halogenim samogasivim mjeračima. S najnižim naponom napajanja, izvrsnim parametrima izlaznog signala i dovoljno velikom brzinom, pokazali su se posebno prikladnima za korištenje kao senzori ionizirajućeg zračenja u uređajima za nadzor zračenja u kućanstvu.
Geigerovi brojači mogu odgovoriti na razne vrste ionizirajućeg zračenja - a, b, g, ultraljubičasto, rendgensko, neutronsko. Ali stvarna spektralna osjetljivost brojača u velikoj mjeri ovisi o njegovom dizajnu. Dakle, ulazni prozor brojača osjetljivog na a- i meko b-zračenje mora biti vrlo tanak; za to se obično koristi liskun debljine 3 ... 10 mikrona. Balon brojača koji reagira na tvrdo b- i g-zračenje obično ima oblik cilindra s debljinom stijenke od 0,05 .... 0,06 mm (služi i kao katoda brojača). Prozor rendgenskog brojača izrađen je od berilija, a prozor za ultraljubičasto od kvarcnog stakla.
geiger muller dozimetrijski brojač zračenja
1. Imenovanje šaltera
Geiger-Mullerov brojač je uređaj s dvije elektrode dizajniran za određivanje intenziteta ionizirajućeg zračenja ili, drugim riječima, za brojanje ionizirajućih čestica koje nastaju nuklearnim reakcijama: ioni helija (- čestice), elektroni (- čestice), X- kvanti zraka (- čestice) i neutroni. Čestice se šire vrlo velikom brzinom [do 2 . 10 7 m/s za ione (energija do 10 MeV) i oko brzine svjetlosti za elektrone (energija 0,2 - 2 MeV)], zbog čega prodiru unutar brojača. Uloga brojača je formiranje kratkog (djelić milisekundi) naponskog impulsa (jedinice - deseci volti) kada čestica uđe u volumen uređaja.
U usporedbi s drugim detektorima (senzorima) ionizirajućeg zračenja (ionizacijska komora, proporcionalni brojač), Geiger-Mullerov brojač ima visok prag osjetljivosti - omogućuje vam kontrolu prirodne radioaktivne pozadine zemlje (1 čestica po cm 2 u 10). - 100 sekundi). Gornja granica mjerenja je relativno niska - do 10 4 čestica po cm 2 u sekundi ili do 10 Sieverta na sat (Sv / h). Značajka brojača je mogućnost formiranja istih impulsa izlaznog napona bez obzira na vrstu čestica, njihovu energiju i broj ionizacija koje čestica proizvodi u volumenu senzora.
2. Uređaj i princip rada brojača
Rad Geigerovog brojača temelji se na nesamoodrživom pulsirajućem plinskom pražnjenju između metalnih elektroda, koje pokreće jedan ili više elektrona koji se pojavljuju kao rezultat ionizacije plina -, -, ili -čestica. Brojači obično koriste cilindrični dizajn elektroda, a promjer unutarnjeg cilindra (anode) je mnogo manji (2 ili više reda veličine) od vanjskog (katode), što je od temeljne važnosti. Karakteristični promjer anode je 0,1 mm.
Čestice ulaze u brojač kroz vakuumsku školjku i katodu u "cilindričnoj" verziji dizajna (Sl. 2, a) ili kroz poseban ravni tanki prozor u "krajnjoj" verziji dizajna (sl. 2.). ,b). Posljednja varijanta koristi se za otkrivanje β-čestica koje imaju nisku sposobnost prodiranja (na primjer, zadržava ih list papira), ali su vrlo biološki opasne ako izvor čestica uđe u tijelo. Detektori s prozorima od liskuna također se koriste za brojanje relativno niskoenergetskih β-čestica ("meko" beta zračenje).
Riža. 2. Shematske konstrukcije cilindričnog ( a) i kraj ( b) Geigerovi brojači. Oznake: 1 - vakuumska školjka (staklo); 2 - anoda; 3 - katoda; 4 - prozor (liskun, celofan)
U cilindričnoj verziji brojača, dizajniranom za detekciju visokoenergetskih čestica ili mekih rendgenskih zraka, koristi se vakuumska školjka tankih stijenki, a katoda je izrađena od tanke folije ili u obliku tankog metalnog filma (bakar, aluminij) nanesena na unutarnjoj površini ljuske. U brojnim izvedbama metalna katoda tankih stijenki (s ukrućenjima) je element vakuumske ljuske. Tvrdo rendgensko zračenje (-čestice) ima veliku prodornu moć. Stoga ga bilježe detektori s dovoljno debelim stijenkama vakuumske ljuske i masivnom katodom. Kod brojača neutrona katoda je obložena tankim slojem kadmija ili bora, u kojem se neutronsko zračenje nuklearnim reakcijama pretvara u radioaktivno zračenje.
Volumen uređaja obično se puni argonom ili neonom s malom (do 1%) primjesom argona pri tlaku bliskom atmosferskom (10 -50 kPa). Kako bi se uklonile neželjene pojave nakon pražnjenja, u plinsko punjenje se unosi mješavina para broma ili alkohola (do 1%).
Sposobnost Geigerovog brojača da detektira čestice bez obzira na njihovu vrstu i energiju (da generira jedan impuls napona bez obzira na broj elektrona koje čestica formira) određena je činjenicom da zbog vrlo malog promjera anode gotovo sav napon primijenjen na elektrode koncentriran je u uskom blizu anodnog sloja. Izvan sloja postoji "područje zarobljavanja čestica" u kojem ioniziraju molekule plina. Elektroni koje je čestica otrgnula od molekula ubrzavaju se prema anodi, ali je plin slabo ioniziran zbog niske jakosti električnog polja. Ionizacija naglo raste nakon ulaska elektrona u blizu anodni sloj velike jakosti polja, gdje se razvijaju elektronske lavine (jedna ili više) s vrlo visokim stupnjem umnožavanja elektrona (do 10 7). Međutim, rezultirajuća struja još ne doseže vrijednost koja odgovara generiranju signala senzora.
Daljnji porast struje na radnu vrijednost posljedica je činjenice da se istovremeno s ionizacijom u lavinama generiraju ultraljubičasti fotoni s energijom od oko 15 eV, dovoljnom da ionizira molekule nečistoće u punjenju plina (na primjer, ionizacija potencijal molekula broma je 12,8 V). Elektroni koji su se pojavili kao rezultat fotoionizacije molekula izvan sloja ubrzavaju se prema anodi, ali se ovdje ne razvijaju lavine zbog male jakosti polja i proces malo utječe na razvoj pražnjenja. U sloju je situacija drugačija: nastali fotoelektroni zbog visokog intenziteta pokreću intenzivne lavine u kojima nastaju novi fotoni. Njihov broj premašuje početni i proces u sloju prema shemi "fotoni - lavine elektrona - fotoni" se brzo (nekoliko mikrosekundi) povećava (ulazi u "mod okidanja"). U tom slučaju, pražnjenje s mjesta prvih lavina koje je inicirala čestica širi se duž anode ("poprečno paljenje"), anodna struja naglo raste i formira se vodeći rub signala senzora.
Zadnji rub signala (smanjenje struje) nastaje zbog dva razloga: smanjenja anodnog potencijala zbog pada napona od struje preko otpornika (na prednjem rubu potencijal se održava međuelektrodnim kapacitetom) i smanjenje jakosti električnog polja u sloju pod djelovanjem prostornog naboja iona nakon što elektroni odu na anodu (naboj povećava potencijale točaka, uslijed čega se pad napona na sloju smanjuje, i na području hvatanja čestica se povećava). Oba razloga smanjuju intenzitet razvoja lavine i proces prema shemi "lavina - fotoni - lavine" blijedi, a struja kroz senzor opada. Nakon završetka strujnog impulsa, anodni potencijal raste na početnu razinu (s malo zakašnjenja zbog naboja međuelektrodnog kapaciteta kroz anodni otpornik), raspodjela potencijala u procjepu između elektroda vraća se u prvobitni oblik kao rezultat bijega iona na katodu, a brojač vraća sposobnost registriranja dolaska novih čestica.
Proizvodi se na desetke vrsta detektora ionizirajućeg zračenja. Za njihovo označavanje koristi se nekoliko sustava. Na primjer, STS-2, STS-4 - samogasivi brojači lica, ili MS-4 - brojač s bakrenom katodom (V - s volframom, G - s grafitom), ili SAT-7 - brojač čestica lica, SBM -10 - brojač - metalne čestice, SNM-42 - brojač metalnih neutrona, CPM-1 - brojač za rendgensko zračenje itd.
3. Osnovni fizikalni zakoni
.1 Oporavak nakon registracije čestica
Vrijeme da ioni napuste prazninu nakon registracije čestice pokazuje se relativno dugim - nekoliko milisekundi, što ograničava gornju granicu mjerenja brzine doze zračenja. Pri velikom intenzitetu zračenja čestice stižu u intervalu kraćem od vremena odlaska iona, a senzor ne bilježi neke čestice. Proces je ilustriran oscilogramom napona na anodi senzora u tijeku obnavljanja njegovog rada (slika 3.).
Riža. 3. Oscilogrami napona na anodi Geigerovog brojača. U o- amplituda signala u normalnom načinu rada (stotine volti). 1 - 5 - brojevi čestica
Ulazak prve čestice (1 na sl. 3) u volumen senzora pokreće pulsno plinsko pražnjenje, što dovodi do smanjenja napona za U o(normalna amplituda signala). Nadalje, napon raste kao rezultat sporog smanjenja struje kroz prazninu kako ioni idu na katodu i zbog naboja međuelektrodnog kapaciteta od izvora napona kroz ograničavajući otpornik. Ako druga čestica (2 na sl. 3) uđe u senzor u kratkom vremenskom intervalu nakon dolaska prve, tada se procesi pražnjenja razvijaju slabo zbog niskog napona i niske jakosti polja na anodi pod djelovanjem iona. naboj prostora. Signal senzora u ovom slučaju je neprihvatljivo mali. Dolazak druge čestice nakon dužeg vremenskog intervala nakon prve (čestice 3 - 5 na sl. 3) daje signal veće amplitude, budući da napon raste, a prostorni naboj opada.
Ako druga čestica uđe u senzor nakon prve nakon intervala manjeg od vremenskog intervala između čestica 1 i 2 na Sl. 3, tada iz gore navedenih razloga senzor uopće ne generira signal („ne broji“ česticu). U tom smislu, vremenski interval između čestica 1 i 2 naziva se “mrtvo vrijeme brojača” (amplituda signala čestice 2 je 10% normalne). Vremenski interval između čestica 2 i 5 na sl. 3 se naziva "vrijeme oporavka senzora" (signal čestice 5 je 90% normalan). Tijekom tog vremena, amplituda signala senzora je smanjena i možda ih neće registrirati električni brojač impulsa.
Mrtvo vrijeme (0,01 - 1 ms) i vrijeme oporavka (0,1 - 1 ms) važni su parametri Geigerovog brojača. Najveća zabilježena brzina doze je veća, što su manje vrijednosti ovih parametara. Glavni čimbenici koji određuju parametre su tlak plina i vrijednost graničnog otpornika. Sa smanjenjem tlaka i vrijednosti otpornika, mrtvo vrijeme i vrijeme oporavka se smanjuju, budući da se brzina izlaska iona iz praznine povećava, a vremenska konstanta procesa punjenja međuelektrodnog kapaciteta se smanjuje.
3.2 Dozimetrijska karakterizacija
Osjetljivost Geigerovog brojača je omjer frekvencije impulsa koje generira senzor i brzine doze zračenja, mjereno u mikrosivertima po satu (µSv/h; opcije: Sv/s, mSv/s, µSv/s). Tipične vrijednosti osjetljivosti: 0,1 - 1 impuls po mikrosivertu. U radnom rasponu, osjetljivost je faktor proporcionalnosti između očitanja mjerača (broj impulsa u sekundi) i brzine doze. Izvan raspona, proporcionalnost je narušena, što odražava dozimetrijsku karakteristiku detektora - ovisnost očitanja o brzini doze (slika 4.).
Riža. Ovisnosti brzine brojanja o brzini doze radioaktivnog zračenja (dozimetrijske karakteristike) za dva brojača s različitim tlakovima plinova (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)
Iz fizičkih razmatranja proizlazi da kako se brzina doze povećava, očitanja senzora ne mogu prijeći vrijednost (1/), gdje je mrtvo vrijeme senzora (čestice koje dolaze nakon vremenskog intervala manjeg od njega se ne razmatraju). Stoga radni linearni dio dozimetrijske karakteristike glatko prelazi u području intenzivnog zračenja u vodoravnu ravnu liniju na razini (1/).
Sa smanjenjem mrtvog vremena, dozimetrijska karakteristika senzora prelazi u horizontalnu ravnu liniju na višoj razini pri većoj snazi zračenja, a gornja granica mjerenja raste. Ova situacija se opaža kada se tlak plina smanji (slika 4). Međutim, istodobno se smanjuje osjetljivost senzora (povećava se broj čestica koje prelaze prazninu plinskog pražnjenja bez sudara s molekulama). Stoga, kada se tlak smanji, dozimetrijska karakteristika se smanjuje. Matematički, karakteristika je opisana sljedećim odnosom:
gdje N- brzina brojanja (očitanja senzora - broj impulsa u sekundi); - protuosjetljivost (impulsi u sekundi po mikrosivertu); R- brzina doze zračenja; - mrtvo vrijeme senzora (u sekundama).
3.3 Odgovor senzora
Kontrola doze zračenja najčešće se mora provoditi na otvorenom ili na terenu, gdje se senzor napaja iz baterija ili drugih galvanskih izvora. Njihova napetost se smanjuje kako rade. Istodobno, procesi plinskog pražnjenja u senzoru u velikoj mjeri ovise o naponu. Stoga je ovisnost očitanja Geigerovog brojača o naponu pri konstantnoj brzini doze zračenja jedna od najvažnijih karakteristika senzora. Ovisnost se naziva brojilna karakteristika senzora (slika 5).
Na jednoj od prikazanih ovisnosti (krivulja 2) označene su karakteristične točke OGLAS. Pri niskom naponu (lijevo od točke ALI) elektroni koji nastaju u senzoru pri ulasku ionizirajuće čestice pokreću elektronske lavine, ali njihov intenzitet nije dovoljan za generiranje strujnog impulsa potrebne amplitude, a očitanja brojača jednaka su nuli. Točka ALI odgovara "naponu početka brojanja". S porastom napona u odjeljku A - B očitanja brojača se povećavaju, budući da se povećava vjerojatnost elektrona iz područja hvatanja čestica u blizu anodni sloj s velikom jakošću polja. Pri niskom naponu, elektroni se rekombiniraju s ionima tijekom njihovog kretanja do sloja (najprije se mogu "zalijepiti" za molekule nečistoće broma uz stvaranje negativnih iona). U točki NA napon je dovoljan za brzo pomicanje gotovo svih elektrona u sloj, a intenzitet rekombinacije je blizu nule. Senzor generira signale normalne amplitude.
Na radnom dijelu karakteristike brojanja B - C(“karakteristični plato”) očitanja brojača lagano rastu s povećanjem napona, što je od velike praktične važnosti i prednost je Geigerovog brojača. Njegova kvaliteta je veća što je plato duži (100 -400 V) i što je niži nagib horizontalnog presjeka brojačke karakteristike.
Riža. 5. Ovisnosti brzine brojanja o naponu (brojnoj karakteristici) pri različitim vrijednostima tlaka plina i sadržaja nečistoća broma: 1 - 8 kPa, 0,5%; 2 - 16 kPa, 0,5%; 3 - 16 kPa, 0,1% za brzinu doze zračenja od 5 µSv/h. A, B, C, D- karakteristične točke krivulje 2
Strmina (ili nagib) visoravni S karakterizira postotna promjena očitanja brojila po jedinici napona:
, (2)
gdje NB i N C - očitanje brojila na početku i kraju platoa; U B i U C- vrijednosti napona na početku i na kraju platoa. Tipične vrijednosti nagiba su 0,01 - 0,05%/V.
Relativnu stabilnost očitanja na platou brojilne karakteristike osigurava specifična vrsta pražnjenja koja se javlja u senzoru s dolaskom ionizirajuće čestice. Povećanje napona pojačava razvoj elektronskih lavina, ali to samo dovodi do ubrzanja širenja pražnjenja duž anode, a sposobnost brojača da generira jedan signal po čestici gotovo da nije narušena.
Blago povećanje brzine brojanja s povećanjem napona na platou karakteristike brojanja povezano je s emisijom elektrona s katode pod djelovanjem pražnjenja. Emisija je posljedica takozvanih -procesa, koji se shvaćaju kao izvlačenje elektrona ionima, pobuđenim atomima i fotonima. Koeficijent se uvjetno smatra jednakim broju elektrona po ionu (pretpostavljaju se pobuđeni atomi i fotoni). Karakteristične vrijednosti koeficijenta su 0,1 - 0,01 (10 - 100 iona izvlači elektron, ovisno o vrsti plina i materijala katode). Pri takvim vrijednostima koeficijenta, Geigerov brojač ne funkcionira, jer se elektroni koji napuštaju katodu registriraju kao ionizirajuće čestice (registriraju se lažni signali).
Normalan rad mjerača osigurava se uvođenjem pare broma ili alkohola u plinsko punjenje („gašenje nečistoća“), što naglo smanjuje koeficijent (ispod 10 -4). U ovom slučaju, broj lažnih signala također se naglo smanjuje, ali ostaje primjetan (na primjer, nekoliko posto). Kako napon raste, procesi pražnjenja se intenziviraju; povećava se broj iona, pobuđenih atoma i fotona i, sukladno tome, povećava se broj lažnih signala. To objašnjava neznatno povećanje očitanja senzora na platou karakteristike brojanja (povećanje nagiba) i kraju platoa (prijelaz na strmi dio C- D). S povećanjem sadržaja nečistoća koeficijent se u većoj mjeri smanjuje, što smanjuje nagib platoa i povećava njegovu duljinu (krivulje 2 i 3 na sl. 5).
Fizički mehanizam djelovanja nečistoća za gašenje sastoji se u naglom smanjenju opskrbe ionima, pobuđenim atomima i fotonima koji mogu izazvati elektronsku emisiju na katodi, kao i u povećanju radne funkcije elektrona s katode. Ioni glavnog plina (neona ili argona) u procesu kretanja prema katodi postaju neutralni atomi kao rezultat "ponovnog punjenja" u sudarima s molekulama nečistoća, budući da su ionizacijski potencijali neona i argona veći od potencijala broma i alkohola (odnosno: 21,5 V; 15, 7V; 12,8V; 11,3V). Oslobođena energija u tom slučaju troši se na uništavanje molekula ili na stvaranje niskoenergetskih fotona koji nisu sposobni uzrokovati fotoemisiju elektrona. Takvi fotoni, osim toga, dobro se apsorbiraju od strane molekula nečistoća.
Ioni nečistoće nastali tijekom punjenja ulaze u katodu, ali ne uzrokuju emisiju elektrona. U slučaju broma to se objašnjava činjenicom da je potencijalna energija iona (12,8 eV) nedovoljna da izvuče dva elektrona iz katode (jedan da neutralizira ion, a drugi da pokrene lavinu elektrona), budući da radni rad elektrona s katode u prisutnosti nečistoća broma raste na 7 eV. U slučaju alkohola, kada se ioni neutraliziraju na katodi, oslobođena energija obično se troši na disocijaciju složene molekule, a ne na izbacivanje elektrona.
Dugovječni (metastabilni) pobuđeni atomi glavnog plina koji nastaju u pražnjenju mogu u principu pasti na katodu i uzrokovati emisiju elektrona, budući da je njihova potencijalna energija prilično visoka (na primjer, 16,6 eV za neon). Međutim, vjerojatnost procesa ispada vrlo mala, budući da atomi, u sudarima s molekulama nečistoće, prenose svoju energiju na njih - oni su "ugašeni". Energija se troši na disocijaciju molekula nečistoće ili na emisiju niskoenergetskih fotona koji ne uzrokuju fotoemisiju elektrona s katode i dobro ih apsorbiraju molekule nečistoće.
Približno slično, fotoni visoke energije koji dolaze iz pražnjenja, a koji mogu uzrokovati emisiju elektrona s katode, bivaju "gašeni": apsorbiraju ih molekule nečistoća s naknadnom potrošnjom energije za disocijaciju molekula i emisiju niskoenergetskih fotona.
Trajnost brojača s dodatkom broma je mnogo veća (10 10 - 10 11 impulsa), budući da nije ograničena razgradnjom molekula nečistoća koje gaše. Smanjenje koncentracije broma posljedica je njegove relativno visoke kemijske aktivnosti, što komplicira tehnologiju izrade senzora i nameće ograničenja u izboru materijala katode (na primjer, koristi se nehrđajući čelik).
Karakteristika brojanja ovisi o tlaku plina: s njegovim povećanjem, povećava se početni napon brojanja (točka ALI pomiče se udesno na slici 5), a razina platoa raste kao rezultat učinkovitijeg hvatanja ionizirajućih čestica molekulama plina u senzor (krivulje 1 i 2 na slici 5). Povećanje napona odbrojavanja objašnjava se činjenicom da uvjeti u senzoru odgovaraju desnoj grani Paschenove krivulje.
Zaključak
Široka upotreba Geiger-Mullerovog brojača objašnjava se njegovom visokom osjetljivošću, sposobnošću registriranja različitih vrsta zračenja, te relativnom jednostavnošću i niskom cijenom instalacije. Brojač je 1908. izumio Geiger, a poboljšao ga Müller.
Cilindrični Geiger-Mullerov brojač sastoji se od metalne cijevi ili staklene cijevi metalizirane iznutra, i tanke metalne niti rastegnute duž osi cilindra. Filament služi kao anoda, cijev služi kao katoda. Cijev se puni razrijeđenim plinom, u većini slučajeva koriste se plemeniti plinovi poput argona i neona. Između katode i anode stvara se napon od oko 400 V. Za većinu mjerača postoji takozvani plato, koji leži otprilike od 360 do 460 V, u tom području male fluktuacije napona ne utječu na brzinu brojanja.
Rad brojača temelji se na udarnoj ionizaciji.γ-kvantite koje emitira radioaktivni izotop, padajući na stijenke brojača, izbijaju elektrone iz njega. Elektroni, krećući se u plinu i sudarajući se s atomima plina, izbijaju elektrone iz atoma i stvaraju pozitivne ione i slobodne elektrone. Električno polje između katode i anode ubrzava elektrone do energije pri kojoj počinje udarna ionizacija. Dolazi do lavine iona, a struja kroz brojač naglo raste. U tom se slučaju na otporu R formira naponski impuls koji se dovodi u uređaj za snimanje. Da bi brojač mogao registrirati sljedeću česticu koja je u njega pala, mora se ugasiti lavinski pražnjenje. To se događa automatski. U trenutku kada se na otporu R pojavi strujni impuls, dolazi do velikog pada napona, pa napon između anode i katode naglo opada – toliko da pražnjenje prestaje i brojač je ponovno spreman za rad.
Važna karakteristika brojača je njegova učinkovitost. Neće svi γ-fotoni koji udare na brojač dati sekundarne elektrone i bit će registrirani, budući da su činovi interakcije γ-zraka s materijom relativno rijetki, a neki od sekundarnih elektrona se apsorbiraju u stijenke uređaja prije nego što dosegnu volumen plina.
Učinkovitost brojača ovisi o debljini stijenki brojača, njihovom materijalu i energiji γ-zračenja. Najučinkovitiji su brojači čije su stijenke izrađene od materijala s velikim atomskim brojem Z jer se time povećava nastanak sekundarnih elektrona. Osim toga, zidovi pulta moraju biti dovoljno debeli. Debljina stijenke brojača bira se iz uvjeta njegove jednakosti sa srednjim slobodnim putem sekundarnih elektrona u materijalu stijenke. S velikom debljinom stijenke, sekundarni elektroni neće proći u radni volumen brojača, a strujni impuls se neće pojaviti. Budući da γ-zračenje slabo interagira s materijom, učinkovitost γ-brojača obično je također niska i iznosi samo 1-2%. Drugi nedostatak Geiger-Mullerovog brojača je što ne omogućuje identificiranje čestica i određivanje njihove energije. Ovi nedostaci su odsutni u scintilacijskim brojačima.
Bibliografija
1 Acton D.R. Uređaji za plinsko pražnjenje s hladnom katodom. M.; L.: Energija, 1965.
2 Kaganov I.L. Ionski uređaji. Moskva: Energija, 1972.
3 Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Elektrovakuumski elektronički uređaji i uređaji s plinskim pražnjenjem: priručnik. Moskva: Radio i komunikacija, 1985.
4 Knol M., Eichmeicher I. Tehnička elektronika T. 2. M .: Energija, 1971.
5 Sidorenko V.V. Detektori ionizirajućeg zračenja: priručnik. L .: Brodogradnja, 1989
Shematski je uređaj Geiger-Muller brojača plinskog pražnjenja prikazan na sl. 5.4. Brojač je izrađen u obliku metalnog cilindra koji služi kao katoda Do, mm promjer. anoda ALI koristi se tanka čelična žica promjera mm, razvučena duž osi cilindra i izolirana od katode izolacijskim čepovima P. Cilindar je napunjen argonom pod smanjenim tlakom ( 100 mm Hg) uz dodatak male količine ( 0,5 %) pare etilnog alkohola ili halogena.
Na sl. 5.4 prikazuje dijagram povezivanja brojača za proučavanje njegovih strujno-naponskih karakteristika. Na elektrode se dovodi konstantan napon iz EMF izvora e. Količina struje koja prolazi kroz plin mjeri se padom napona na mjernom otporu R.
Pretpostavimo da je plin izložen zračenju konstantnog intenziteta (ionizator). Kao rezultat djelovanja ionizatora, plin dobiva određenu električnu vodljivost i struja će teći u krugu čija je ovisnost o primijenjenom naponu prikazana u
riža. 5.5.
Pri niskim naponima struja koja prolazi kroz uređaj je mala. Moguće je registrirati samo ukupnu struju uzrokovanu prolaskom velikog broja čestica. Uređaji koji rade u ovom načinu rada nazivaju se ionizacijske komore. Ovaj način rada odgovara područjima ja i II.
Lokacija uključena ja struja raste proporcionalno naponu, t.j. Ohmov zakon je zadovoljen. U tom području, istovremeno s procesom ionizacije, odvija se i obrnuti proces – rekombinacija (povezivanje pozitivnih iona i elektrona s stvaranjem neutralnih čestica).
S daljnjim povećanjem napona, povećanje jačine struje usporava se i potpuno prestaje (odjeljak II). Dolazi do struje zasićenja. Struja zasićenja je maksimalna vrijednost struje kada svi ioni i elektroni stvoreni vanjskim ionizatorom u jedinici vremena stignu do elektroda u isto vrijeme. Vrijednost struje zasićenja određena je snagom ionizatora. Struja zasićenja je mjera ionizirajućeg djelovanja ionizatora: ako se zaustavi djelovanje ionizatora, prestat će i pražnjenje.
S daljnjim povećanjem napona, struja raste prilično sporo (odjeljak III). Pri visokim naponima, elektroni nastali pod djelovanjem vanjskog ionizatora, snažno ubrzani električnim poljem, sudaraju se s neutralnim molekulama plina i ioniziraju ih. Kao rezultat, nastaju sekundarni elektroni i pozitivni ioni. Sekundarni elektroni, nakon ubrzanja u električnom polju, mogu ponovno ionizirati molekule plina. Ukupni broj elektrona i iona povećavat će se poput lavine kako se elektroni kreću prema anodi (ovaj proces se naziva udarna ionizacija). Šalteri koji rade u ovom području ( III), se zovu proporcionalan.
Broj elektrona koji dosegnu anodu podijeljen s brojem primarnih elektrona naziva se faktor pojačanja plina. Faktor pojačanja plina brzo raste s povećanjem napona i, pri visokim naponima, počinje ovisiti o broju primarnih elektrona. Istodobno, brojač prelazi iz proporcionalnog načina u način rada ograničena proporcionalnost(zemljište IV). Na ovom području nema šaltera.
Kod još većeg napona pojava barem jednog para iona dovodi do početka samoodrživog pražnjenja (napon pri kojem dolazi do samoodrživog pražnjenja naziva se probojni napon). Struja prestaje ovisiti o broju inicijalno formiranih iona i energiji registriranih čestica. Brojač počinje raditi u Geigerovom načinu rada (odjeljak V). Uređaj koji radi u ovom području tzv Geiger-Mullerov brojač. Neovisnost jačine struje od energije ionizirajućih čestica čini Geiger-Mullerove brojače pogodnima za registraciju b-čestice koje imaju kontinuirani spektar.
Daljnji porast napona dovodi do pojave kontinuirano pražnjenje plina. Struja se u ovom slučaju naglo povećava (odjeljak VI), a mjerač može pokvariti.
Dakle, Geiger-Mullerov brojač radi na principu unutarnjeg pojačanja plina. Kada se na brojač dovede visoki napon, polje u blizini tanke niti (anode) je izrazito nehomogeno. Zbog velikog gradijenta potencijala, nabijenu česticu koja uđe u brojač polje ubrzava na energiju veću od 30 eV. Pri takvoj energiji čestice počinje djelovati mehanizam udarne ionizacije, zbog čega se broj elektrona umnožava u lavinu. Kao rezultat toga, na otpornosti anodnog opterećenja nastaje negativan impuls. Lavina elektrona može nastati iz jednog elektrona uhvaćenog između katode i anode.
Karakteristike Geiger-Mullerovog brojača
Učinkovitost brojač je omjer broja registriranih čestica i ukupnog broja čestica koje prolaze kroz njega. Učinkovitost brojača elektronima može doseći 99,9 %. Registracija g-zrake se prenose kroz brze elektrone, nastale tijekom apsorpcije ili raspršenja g-kvanta u brojaču. Učinkovitost mjerača do g-kvant je obično reda veličine %.
Važna karakteristika brojača je pozadini. pozadini imenovati očitanja uređaja u odsutnosti proučavanih izvora zračenja. Pozadina brojača je zbog: kozmičkog zračenja; prisutnost radioaktivnih tvari u okolišu, uključujući i materijale od kojih je mjerač izrađen; spontana pražnjenja u brojaču (lažni impulsi). Obično, za Geiger-Muller brojače različitih izvedbi, pozadina fluktuira u granicama impulsa/min. Posebne metode mogu smanjiti pozadinu za red veličine.
Geiger-Mullerov brojač može registrirati samo jednu česticu. Za registraciju sljedeće čestice potrebno je prvo ugasiti samoodrživo pražnjenje. Stoga je važna karakteristika brojača mrtvo vrijeme t– vrijeme neaktivnosti brojača, tijekom kojeg se gasni pražnjenje gasi. Tipično, mrtvo vrijeme je reda s.
Pražnjenje plina u brojaču može se ugasiti na dva načina:
1) uvođenjem složenog organskog spoja u plin. Mnoge složene molekule su neprozirne za ultraljubičasto i ne dopuštaju odgovarajućim kvantima da dođu do katode. Energija koju oslobađaju ioni na katodi, u prisutnosti takvih tvari, ne troši se na izvlačenje elektrona iz katode, već na disocijaciju molekula. Pojava neovisnog pražnjenja u takvim uvjetima postaje nemoguća;
2) korištenjem otpora. Ova metoda se objašnjava činjenicom da, kako struja pražnjenja teče kroz otpor, na njemu dolazi do velikog pada napona. Kao rezultat, samo dio primijenjenog napona pada na međuelektrodni razmak, što je nedovoljno za održavanje pražnjenja.
Mrtvo vrijeme ovisi o mnogim čimbenicima: vrijednosti napona na brojaču; sastav plina - punilo; način gašenja; vijek trajanja; temperatura itd. Stoga je teško izračunati.
Jedna od najjednostavnijih metoda za eksperimentalno određivanje mrtvog vremena je metoda dva izvora.
Nuklearne transformacije i interakcije zračenja s materijom statističke su prirode. Stoga postoji određena vjerojatnost da će dvije ili više čestica pogoditi brojač tijekom mrtvog vremena t, koji će biti registriran kao jedna čestica. Pretpostavimo da je učinkovitost brojača jednaka 100 %. Neka je prosječna brzina udaranja u brojač čestica. n je prosječna brzina brojanja (broj čestica registriranih u jedinici vremena). Tijekom tčestice će biti registrirane. Ukupno mrtvo vrijeme t bit će , a broj nebrojenih čestica bit će jednak . Pretpostavit ćemo da će broj čestica koje su ušle u brojač biti jednak zbroju registriranih i neprebrojanih čestica.
Htjeli mi to ili ne, zračenje je čvrsto ušlo u naše živote i neće otići. Moramo naučiti živjeti s ovom, korisnom i opasnom pojavom. Zračenje se očituje kao nevidljivo i neprimjetno zračenje, koje je nemoguće detektirati bez posebnih instrumenata.
Malo povijesti zračenja
X-zrake su otkrivene 1895. godine. Godinu dana kasnije otkrivena je radioaktivnost urana, također u vezi s rendgenskim zrakama. Znanstvenici su shvatili da su suočeni s potpuno novim, dosad neviđenim pojavama prirode. Zanimljivo je da je fenomen zračenja uočen nekoliko godina ranije, ali mu se nije pridavao značaj, iako su Nikola Tesla i drugi radnici Edisonovog laboratorija zadobili opekline od rendgenskih zraka. Šteta po zdravlje pripisivala se bilo čemu, ali ne i zrakama koje živo biće nikada nije susrelo u takvim dozama. Na samom početku 20. stoljeća počeli su se pojavljivati članci o štetnosti zračenja na životinje. Ni tomu se nije pridavao nikakav značaj sve do senzacionalne priče o "radij djevojkama" - radnicama u tvornici koja je proizvodila svjetleće satove. Samo vrhom jezika navlaže četke. Stravična sudbina nekih od njih nije ni objavljena, iz etičkih razloga, i ostala je test samo za jake živce liječnika.
Godine 1939. fizičarka Lisa Meitner, koja se, zajedno s Ottom Hahnom i Fritzom Strassmannom, poziva na ljude koji su prvi put u svijetu podijelili jezgru urana, nehotice je izbrbljala o mogućnosti lančane reakcije i od tog trenutka Počela je lančana reakcija ideja o stvaranju bombe, naime bombe, i to nimalo "mirnog atoma", za što krvoločni političari 20. stoljeća, naravno, ne bi dali ni kune. Oni koji su "znali" već su znali do čega će to dovesti i počela je utrka u nuklearnom naoružanju.
Kako je nastao Geiger-Mullerov brojač?
Njemački fizičar Hans Geiger, koji je radio u laboratoriju Ernsta Rutherforda, 1908. predložio je princip rada brojača “nabijenih čestica” kao daljnji razvoj već poznate ionizacijske komore, koja je bila električni kondenzator napunjen plinom pri niskim temperaturama. pritisak. Od 1895. koristi ga Pierre Curie za proučavanje električnih svojstava plinova. Geiger je imao ideju upotrijebiti ga za detekciju ionizirajućeg zračenja upravo zato što su ta zračenja imala izravan utjecaj na stupanj ionizacije plina.
Godine 1928. Walter Müller, pod Geigerovim vodstvom, stvara nekoliko tipova brojača zračenja dizajniranih da registriraju različite ionizirajuće čestice. Stvaranje brojača bila je vrlo hitna potreba, bez koje je bilo nemoguće nastaviti proučavanje radioaktivnih materijala, budući da je fizika, kao eksperimentalna znanost, nezamisliva bez mjernih instrumenata. Geiger i Müller su namjerno radili na stvaranju brojača osjetljivih na svaku od otkrivenih vrsta zračenja: α, β i γ (neutroni su otkriveni tek 1932.).
Geiger-Mullerov brojač pokazao se kao jednostavan, pouzdan, jeftin i praktičan senzor zračenja. Iako nije najtočniji instrument za proučavanje određenih vrsta čestica ili zračenja, iznimno je prikladan kao instrument za opće mjerenje intenziteta ionizirajućeg zračenja. A u kombinaciji s drugim detektorima, koriste ga i fizičari za najtočnija mjerenja u eksperimentima.
Ionizirana radiacija
Za bolje razumijevanje rada Geiger-Mullerovog brojača, korisno je imati razumijevanje općenito o ionizirajućem zračenju. Po definiciji, oni uključuju sve što može uzrokovati ionizaciju tvari u njenom normalnom stanju. Za to je potrebna određena količina energije. Na primjer, radio valovi ili čak ultraljubičasto svjetlo nisu ionizirajuće zračenje. Granica počinje s "tvrdim ultraljubičastim", zvanim "meki X-zraci". Ovaj tip je fotonski tip zračenja. Fotoni visoke energije obično se nazivaju gama kvanti.
Ernst Rutherford je prvi podijelio ionizirajuće zračenje na tri vrste. To je učinjeno na eksperimentalnoj postavci pomoću magnetskog polja u vakuumu. Kasnije se pokazalo da je ovo:
α - jezgre atoma helija
β - elektroni visoke energije
γ - gama kvanti (fotoni)
Kasnije su otkriveni neutroni. Alfa čestice se lako zadržavaju čak i obični papir, beta čestice imaju nešto veću prodornu moć, a gama zrake najveću. Najopasniji neutroni (na udaljenosti od nekoliko desetaka metara u zraku!). Zbog svoje električne neutralnosti ne stupaju u interakciju s elektronskim ljuskama molekula tvari. Ali jednom u atomskoj jezgri, čija je vjerojatnost prilično visoka, oni dovode do njezine nestabilnosti i raspada, s formiranjem, u pravilu, radioaktivnih izotopa. A već oni, zauzvrat, propadaju, sami tvore cijeli "buket" ionizirajućeg zračenja. Što je najgore, ozračeni predmet ili živi organizam sam postaje izvor zračenja na mnogo sati i dana.
Uređaj Geiger-Mullerovog brojača i princip njegovog rada
Geiger-Mullerov brojač s pražnjenjem u plinu se u pravilu izrađuje u obliku zatvorene cijevi, stakla ili metala, iz koje se evakuira zrak, a umjesto njega dodaje se inertni plin (neon ili argon ili njihova mješavina). pod niskim tlakom, s primjesom halogena ili alkohola. Uzduž osi cijevi rastegnuta je tanka žica, a koaksijalno s njom se nalazi metalni cilindar. I cijev i žica su elektrode: cijev je katoda, a žica anoda. Minus iz izvora konstantnog napona spojen je na katodu, a plus iz izvora konstantnog napona spojen je na anodu kroz veliki konstantni otpor. Električni se dobiva djelitelj napona u čijoj je srednjoj točki (spoj otpora i anode brojača) napon gotovo jednak naponu na izvoru. Obično je nekoliko stotina volti.
Kada ionizirajuća čestica proleti kroz cijev, atomi inertnog plina, već u električnom polju visokog intenziteta, doživljavaju sudare s tom česticom. Energija koju je čestica predala tijekom sudara dovoljna je da odvoji elektrone od atoma plina. Rezultirajući sekundarni elektroni sami su sposobni stvarati nove sudare i tako se dobiva cijela lavina elektrona i iona. Pod utjecajem električnog polja elektroni se ubrzavaju prema anodi, a pozitivno nabijeni plinski ioni - prema katodi cijevi. Tako nastaje električna struja. No, budući da je energija čestice već utrošena na sudare, u cijelosti ili djelomično (čestica je proletjela kroz cijev), prestaje i dovod ioniziranih atoma plina, što je poželjno i osigurava se nekim dodatnim mjerama koje smo raspravljat će se pri analizi parametara brojača.
Kada nabijena čestica uđe u Geiger-Mullerov brojač, otpor cijevi opada zbog nastale struje, a s njom i napona u središnjoj točki djelitelja napona, o čemu je gore bilo riječi. Tada se otpor cijevi, zbog povećanja njenog otpora, obnavlja, a napon ponovno postaje isti. Tako dobivamo impuls negativnog napona. Brojenjem impulsa možemo procijeniti broj čestica koje prolaze. Jakost električnog polja u blizini anode posebno je velika zbog njezine male veličine, što brojilo čini osjetljivijim.
Dizajn Geiger-Mullerovih brojača
Moderni Geiger-Muller brojači dostupni su u dvije glavne verzije: "klasična" i ravna. Klasični pult izrađen je od metalne cijevi tankih stijenki s naborom. Rebrasta površina brojača čini cijev krutom, otpornom na vanjski atmosferski tlak i ne dopušta joj da se uruši pod njezinim djelovanjem. Na krajevima cijevi nalaze se brtveni izolatori od stakla ili termoreaktivne plastike. Također sadrže stezaljke-kape za spajanje na krug instrumenta. Cijev je označena i premazana postojanim izolacijskim lakom, osim, naravno, njegovih zaključaka. Također je označen polaritet vodova. Ovo je univerzalni brojač za sve vrste ionizirajućeg zračenja, posebno za beta i gama.
Brojači osjetljivi na meko β-zračenje izrađuju se drugačije. Zbog kratkog dometa β-čestica moraju biti ravne, s prozorčićem od liskuna, koji slabo odgađa beta zračenje, jedna od opcija za takav brojač je senzor zračenja BETA-2. Sva ostala svojstva mjerača određena su materijalima od kojih su izrađena.
Brojači dizajnirani za registriranje gama zračenja sadrže katodu izrađenu od metala s velikim brojem naboja ili su obloženi takvim metalima. Gama fotoni iznimno slabo ioniziraju plin. Ali s druge strane, gama fotoni su sposobni izbaciti puno sekundarnih elektrona s katode, ako je odabrana na odgovarajući način. Geiger-Muller brojači za beta čestice izrađeni su s tankim prozorčićima za bolju propusnost čestica, budući da su to obični elektroni koji su upravo primili puno energije. Vrlo dobro stupaju u interakciju s materijom i brzo gube tu energiju.
U slučaju alfa čestica situacija je još gora. Dakle, unatoč vrlo pristojnoj energiji, reda veličine nekoliko MeV, alfa čestice vrlo snažno djeluju s molekulama koje su na putu i brzo gube energiju. Ako se materija usporedi sa šumom, a elektron s metkom, tada će se alfa čestice morati usporediti s spremnikom koji probija šumu. Međutim, običan brojač dobro reagira na α-zračenje, ali samo na udaljenosti do nekoliko centimetara.
Za objektivnu procjenu razine ionizirajućeg zračenja dozimetri na brojilima za opću uporabu, često su opremljeni s dva brojača koja rade paralelno. Jedan je osjetljiviji na α i β zračenje, a drugi na γ-zrake. Takva shema za korištenje dva brojača implementirana je u dozimetru RADEX RD1008 a u dozimetru-radiometru RADEX MKS-1009 u koji je ugrađen brojač BETA-2 i BETA-2M. Ponekad se između pulta postavlja šipka ili ploča od legure koja sadrži primjesu kadmija. Kada neutroni udare u takvu šipku, nastaje γ-zračenje, što se bilježi. To je učinjeno kako bi se moglo detektirati neutronsko zračenje, na koje su jednostavni Geigerovi brojači praktički neosjetljivi. Drugi način je prekrivanje tijela (katode) nečistoćama koje mogu prenijeti osjetljivost na neutrone.
Halogeni (klor, brom) se miješaju s plinom kako bi se brzo ugasilo pražnjenje. Alkoholne pare služe istoj svrsi, iako je alkohol u ovom slučaju kratkotrajan (to je općenito obilježje alkohola) i "otrijeznili" brojač stalno počinje "zvoniti", odnosno ne može raditi u propisanom režimu. To se događa negdje nakon registracije 1e9 impulsa (milijarde) što i nije toliko. Halogeni mjerači su mnogo izdržljiviji.
Parametri i načini rada Geigerovih brojača
Osjetljivost Geigerovih brojača.
Osjetljivost brojača procjenjuje se omjerom broja mikro-rentgena iz uzornog izvora i broja impulsa uzrokovanih ovim zračenjem. Budući da Geigerovi brojači nisu dizajnirani za mjerenje energije čestica, točna procjena je teška. Brojači su kalibrirani prema standardnim izvorima izotopa. Treba napomenuti da se ovaj parametar može jako razlikovati za različite vrste brojača, u nastavku su parametri najčešćih Geiger-Mullerovih brojača:
Geiger-Mullerov brojač Beta 2- 160 ÷ 240 imps / µR
Geiger-Mullerov brojač Beta 1- 96 ÷ 144 imps / µR
Geiger-Mullerov brojač SBM-20- 60 ÷ 75 impulsa / µR
Geiger-Mullerov brojač SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imps/µR
Geiger-Mullerov brojač SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 ips/µR
Prostor za ulazni prozor ili radni prostor
Područje senzora zračenja kroz koje lete radioaktivne čestice. Ova je karakteristika izravno povezana s dimenzijama senzora. Što je veća površina, to će Geiger-Mullerov brojač uhvatiti više čestica. Obično je ovaj parametar naznačen u kvadratnim centimetrima.
Geiger-Mullerov brojač Beta 2- 13,8 cm 2
Geiger-Mullerov brojač Beta 1- 7 cm 2
Ovaj napon odgovara približno sredini radne karakteristike. Radna karakteristika je ravan dio ovisnosti broja snimljenih impulsa o naponu pa se naziva i "plato". U ovom trenutku se postiže najveća radna brzina (gornja granica mjerenja). Tipična vrijednost 400 V.
Širina radne karakteristike mjerača.
Ovo je razlika između napona proboja iskre i izlaznog napona na ravnom dijelu karakteristike. Tipična vrijednost je 100 V.
Nagib radne karakteristike brojača.
Nagib se mjeri kao postotak impulsa po voltu. Karakterizira statističku pogrešku mjerenja (brojenje broja impulsa). Tipična vrijednost je 0,15%.
Dopuštena radna temperatura mjerača.
Za mjerače opće namjene -50 ... +70 stupnjeva Celzija. Ovo je vrlo važan parametar ako mjerač radi u komorama, kanalima i drugim mjestima složene opreme: akceleratorima, reaktorima itd.
Radni resurs brojača.
Ukupan broj impulsa koje brojač registrira prije trenutka kada njegova očitanja počnu postati netočna. Za uređaje s organskim aditivima, samogašenje je obično 1e9 (deset na devetu potenciju, odnosno milijardu). Resurs se smatra samo ako je radni napon primijenjen na mjerač. Ako je brojač jednostavno pohranjen, ovaj resurs se ne troši.
Mrtvo vrijeme brojača.
Ovo je vrijeme (vrijeme oporavka) tijekom kojeg mjerač provodi struju nakon što ga je pokrenula čestica koja prolazi. Postojanje takvog vremena znači da postoji gornja granica frekvencije impulsa, a to ograničava raspon mjerenja. Tipična vrijednost je 1e-4 s, tj. deset mikrosekundi.
Valja napomenuti da se zbog mrtvog vremena senzor može pokazati "izvan skale" i biti tih u najopasnijem trenutku (na primjer, spontana lančana reakcija u proizvodnji). Bilo je takvih slučajeva, a za borbu protiv njih koriste se olovni zasloni koji pokrivaju dio senzora sustava za uzbunu u nuždi.
Prilagođena pozadina brojača.
Mjereno u olovnim komorama s debelim zidovima za procjenu kvalitete mjerača. Tipična vrijednost 1 ... 2 impulsa u minuti.
Praktična primjena Geigerovih brojača
Sovjetska i sada ruska industrija proizvodi mnoge vrste Geiger-Mullerovih brojača. Evo nekih uobičajenih marki: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, brojači serije Gamma, krajnji brojači serije " Beta' i ima mnogo drugih. Svi se koriste za kontrolu i mjerenje zračenja: u objektima nuklearne industrije, u znanstvenim i obrazovnim ustanovama, u civilnoj obrani, medicini, pa čak iu svakodnevnom životu. Nakon nesreće u Černobilu, dozimetri za kućanstvo, dotad nepoznati stanovništvu čak ni po imenu, postali su vrlo popularni. Pojavile su se mnoge marke dozimetara za kućanstvo. Svi oni koriste Geiger-Muller brojač kao senzor zračenja. U kućanskim dozimetrima ugrađuju se jedna do dvije cijevi ili krajnji brojači.
MJERNE JEDINICE KOLIČINA ZRAČENJA
Dugo je vremena bila uobičajena mjerna jedinica P (rentgen). Međutim, pri prelasku na SI sustav pojavljuju se druge jedinice. Rentgen je jedinica doze izloženosti, "količina zračenja", koja se izražava brojem iona nastalih u suhom zraku. Pri dozi od 1 R nastaje 2,082e9 parova iona u 1 cm3 zraka (što odgovara 1 CGSE jedinici naboja). U SI sustavu ekspozicijska doza se izražava u kulonima po kilogramu, a kod rendgenskih zraka to je povezano jednadžbom:
1 C/kg = 3876 R
Apsorbirana doza zračenja mjeri se u džulima po kilogramu i naziva se Grey. Ovo je zamjena zastarjele rad jedinice. Brzina apsorbirane doze mjeri se u sivim bojama u sekundi. Brzina ekspozicijske doze (EDR), koja se prethodno mjerila u rendgenima u sekundi, sada se mjeri u amperima po kilogramu. Ekvivalentna doza zračenja pri kojoj je apsorbirana doza 1 Gy (Gray), a faktor kvalitete zračenja 1 naziva se Sievert. Rem (biološki ekvivalent rendgena) je stoti dio siverta i sada se smatra zastarjelim. Međutim, i danas se sve zastarjele jedinice vrlo aktivno koriste.
Glavni koncepti u mjerenju zračenja su doza i snaga. Doza je broj elementarnih naboja u procesu ionizacije tvari, a snaga je brzina stvaranja doze u jedinici vremena. A u kojim jedinicama se to izražava stvar je ukusa i pogodnosti.
Čak i najmanja doza opasna je u smislu dugotrajnih učinaka na tijelo. Izračun rizika je prilično jednostavan. Na primjer, vaš dozimetar pokazuje 300 milirentgena na sat. Ako ostanete na ovom mjestu jedan dan, dobit ćete dozu od 24 * 0,3 = 7,2 rendgena. Ovo je opasno i morate otići odavde što je prije moguće. Općenito, otkrivši čak i slabo zračenje, mora se odmaknuti od njega i provjeriti ga čak i na daljinu. Ako vas ona “prati”, možete vam “čestitati”, pogođeni ste neutronima. I ne može svaki dozimetar odgovoriti na njih.
Za izvore zračenja koristi se vrijednost koja karakterizira broj raspada u jedinici vremena, naziva se aktivnost i također se mjeri u mnogim različitim jedinicama: curie, becquerel, rutherford i neke druge. Količina aktivnosti, izmjerena dvaput s dovoljnim vremenskim odvajanjem, ako se smanji, omogućuje vam izračunavanje vremena, prema zakonu radioaktivnog raspada, kada izvor postane dovoljno siguran.
Izumio ga je davne 1908. njemački fizičar Hans Wilhelm Geiger, a uređaj koji može odrediti danas se široko koristi. Razlog tome je visoka osjetljivost uređaja, njegova sposobnost registriranja raznih zračenja. Jednostavnost rada i niska cijena omogućuju kupnju Geigerovog brojača za svaku osobu koja odluči samostalno mjeriti razinu zračenja u bilo koje vrijeme i na bilo kojem mjestu. Što je ovo uređaj i kako radi?
Princip rada Geigerovog brojača
Njegov dizajn je prilično jednostavan. Mješavina plina koja se sastoji od neona i argona pumpa se u zatvorenu posudu s dvije elektrode, koja se lako ionizira. Napaja se na elektrode (oko 400V), što samo po sebi ne uzrokuje nikakve pojave pražnjenja sve do samog trenutka kada u plinovitom mediju uređaja započne proces ionizacije. Pojava čestica koje dolaze izvana dovodi do činjenice da primarni elektroni, ubrzani u odgovarajućem polju, počinju ionizirati druge molekule plinovitog medija. Kao rezultat toga, pod utjecajem električnog polja dolazi do lavinskog stvaranja novih elektrona i iona, koji naglo povećavaju vodljivost oblaka elektrona iona. U plinovitom mediju Geigerovog brojača dolazi do pražnjenja. Broj impulsa koji se javljaju tijekom određenog vremenskog razdoblja izravno je proporcionalan broju detektiranih čestica. Ovo je, općenito govoreći, princip rada Geigerovog brojača.
Obrnuti proces, uslijed kojeg se plinski medij vraća u prvobitno stanje, događa se sam. Pod utjecajem halogena (obično se koristi brom ili klor) u tom mediju dolazi do intenzivne rekombinacije naboja. Ovaj proces je mnogo sporiji, pa je stoga vrijeme potrebno za vraćanje osjetljivosti Geigerovog brojača vrlo važna putovnička karakteristika uređaja.
Unatoč činjenici da je princip rada Geigerovog brojača prilično jednostavan, on može odgovoriti na ionizirajuće zračenje različitih vrsta. To su α-, β-, γ-, kao i X-zrake, neutroni i Sve ovisi o dizajnu uređaja. Tako je ulazni prozor Geigerovog brojača koji može registrirati α- i meko β-zračenje izrađen od liskuna debljine od 3 do 10 mikrona. Za detekciju, izrađen je od berilija, a ultraljubičasto - od kvarca.
Gdje se koristi Geigerov brojač?
Princip rada Geigerovog brojača temelj je za rad većine modernih dozimetara. Ovi mali, relativno jeftini uređaji prilično su osjetljivi i mogu prikazati rezultate u čitljivim jedinicama. Njihova jednostavnost korištenja omogućuje rukovanje ovim uređajima čak i onima koji imaju vrlo udaljeno razumijevanje dozimetrije.
Prema svojim mogućnostima i mjernoj točnosti, dozimetri su profesionalni i kućanski. Uz njihovu pomoć moguće je pravovremeno i učinkovito odrediti postojeći izvor ioniziranog zračenja kako na otvorenim prostorima tako iu zatvorenom prostoru.
Ovi uređaji, koji u svom radu koriste princip rada Geigerovog brojača, mogu dati pravovremeni signal opasnosti pomoću vizualnih i zvučnih ili vibracijskih signala. Dakle, uvijek možete provjeriti hranu, odjeću, pregledati namještaj, opremu, građevinski materijal itd. na odsutnost zračenja štetnog za ljudski organizam.
Geigerov brojač
Geigerov brojač SI-8B (SSSR) s prozorčićem od liskuna za mjerenje mekog β-zračenja. Prozor je proziran, ispod njega se vidi spiralna žičana elektroda, druga elektroda je tijelo uređaja.
Dodatni elektronički sklop osigurava struju brojača (obično ne manje od 300 volti), osigurava, ako je potrebno, suzbijanje pražnjenja i broji broj pražnjenja kroz brojač.
Geigerovi brojači se dijele na ne-samogaseće i samogaseće (ne zahtijevaju vanjski sklop za završetak pražnjenja).
Osjetljivost brojača određena je sastavom plina, njegovim volumenom, kao i materijalom i debljinom njegovih stijenki.
Bilješka
Treba napomenuti da iz povijesnih razloga postoji neslaganje između ruske i engleske verzije ovog i sljedećih pojmova:
| ruski | Engleski |
|---|---|
| Geigerov brojač | Geigerov senzor |
| geigerova cijev | Geigerova cijev |
| radiometar | Geigerov brojač |
| dozimetar | dozimetar |
vidi također
Zaklada Wikimedia. 2010 .
Pogledajte što je "Geigerov brojač" u drugim rječnicima:
Geiger-Mullerov brojač- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Geiger Müllerov brojač; Geiger Müller brojač cijevi vok. Geiger Müller Zahlrohr, n; GM Zahlrohr, n rus. Geiger Muller brojač, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; cijev … Fizikos terminų žodynas
bitni Geiger-Muller brojač- — Teme Industrija nafte i plina EN elektronički analizator visine impulsa … Priručnik tehničkog prevoditelja
- ... Wikipedia
- (Geiger Muller brojač), detektor plinskog pražnjenja koji se aktivira kada naboj prođe kroz njegov volumen. h c. Veličina signala (strujni puls) ne ovisi o energiji h c (uređaj radi u načinu samoodrživog pražnjenja). G. s. izumljen 1908. u Njemačkoj...... Fizička enciklopedija
Uređaj s plinskim pražnjenjem za detekciju ionizirajućeg zračenja (a - i b čestice, g kvanti, kvanti svjetlosti i rendgenskih zraka, čestice kozmičkog zračenja itd.). Geiger-Muller brojač je hermetički zatvorena staklena cijev ... Enciklopedija tehnologije
Geigerov brojač- Geigerov brojač GEIGER COUNTER, detektor čestica plinskog pražnjenja. Pokreće se kada čestica ili g kvant uđe u svoj volumen. Izumio ga je 1908. njemački fizičar H. Geiger i poboljšao zajedno s njemačkim fizičarom W. Müllerom. Geiger...... Ilustrirani enciklopedijski rječnik
GEIGEROV BROJAČ, detektor čestica u plinu. Pokreće se kada čestica ili g kvant uđe u svoj volumen. Izumio ga je 1908. njemački fizičar H. Geiger i poboljšao zajedno s njemačkim fizičarom W. Müllerom. Primijenjen Geigerov brojač…… Moderna enciklopedija
Uređaj s plinskim pražnjenjem za otkrivanje i proučavanje različitih vrsta radioaktivnog i drugog ionizirajućeg zračenja: α i β čestica, γ kvanta, svjetlosnih i rendgenskih kvanta, visokoenergetskih čestica u kozmičkim zrakama (vidi Kozmičke zrake) i ... Velika sovjetska enciklopedija
- [po imenu njemački. fizičari X. Geiger (N. Geiger; 1882. 1945.) i W. Muller (W. Muller; 1905. 79.)] detektor plinskog pražnjenja radioaktivnog i drugog ionizirajućeg zračenja (a i beta čestice, kvanti, kvanti svjetlosti i rendgenskih zraka, kozmičke čestice zračenje ... ... Veliki enciklopedijski veleučilišni rječnik
Brojilo je uređaj za brojanje nečega. Brojač (elektronika) uređaj za brojanje broja događaja koji slijede jedan za drugim (na primjer, impulsa) koristeći kontinuirano zbrajanje, ili za određivanje stupnja akumulacije kojeg ... ... Wikipedia
