가이거-뮐러 계수기: 작동 원리 및 목적. 가이거 계수기: 장치 및 가정용 변형 가이거 계수기는 기록에 사용됩니다.

소개

1. 미터의 목적

미터의 작동 장치 및 원리

기본 물리 법칙

1 파티클 등록 후 기능 복원

2 선량계측 특성

3 센서 카운팅 특성

결론

참고자료

소개

가이거-뮐러 계수기는 전리 방사선의 가장 일반적인 검출기(센서)입니다. 지금까지 초기 핵물리학의 요구를 위해 금세기 초에 발명되었지만, 이상하게도 본격적인 대체품은 없었습니다. 가이거 계수기의 핵심은 매우 간단합니다. 두 개의 전극이 있는 잘 진공된 밀봉 용기에 도입됩니다. 가스 혼합물, 주로 쉽게 이온화되는 네온과 아르곤으로 구성됩니다. 원통은 유리, 금속 등이 될 수 있습니다. 일반적으로 카운터는 전체 표면에 걸쳐 방사선을 감지하지만 이러한 목적을 위해 원통에 특수 "창"이 있는 카운터도 있습니다.

전극 자체에는 방전 현상이 발생하지 않는 고전압 U가 전극에 적용됩니다(그림 참조). 카운터는 가스 매체에 이온화 센터(외부에서 도착하는 이온화 입자에 의해 생성된 이온과 전자의 흔적)가 나타날 때까지 이 상태를 유지합니다. 1차 전자, 가속 전기장, 가스 매체의 다른 분자를 "길을 따라" 이온화하여 점점 더 많은 전자와 이온을 생성합니다. 눈사태처럼 전개되는 이 과정은 전극 간 공간에 전자 이온 구름이 형성되어 전도성이 급격히 증가하는 것으로 끝납니다. 육안으로도 볼 수 있는(용기가 투명한 경우) 계량기의 가스 환경에서 방전이 발생합니다.

반대 과정(소위 할로겐 측정기에서 가스 매체가 원래 상태로 되돌아가는 과정)은 저절로 발생합니다. 이 작용은 가스 환경에 소량 포함된 할로겐(보통 염소 또는 브롬)과 함께 작용하여 강력한 전하 재결합에 기여합니다. 하지만 이 과정은 훨씬 느립니다. 가이거 계수기의 방사선 감도를 복원하고 실제로 성능을 결정하는 데 필요한 시간, 즉 "불감 시간"은 가이거 계수기의 중요한 특징입니다. 이러한 계량기를 할로겐 자기소화 계량기라고 합니다. 가장 낮은 공급 전압, 탁월한 출력 신호 매개변수 및 매우 빠른 속도를 특징으로 하는 이 센서는 전리 방사선 센서로 사용하기에 특히 편리한 것으로 입증되었습니다. 가전제품방사선 통제.

가이거 계수기는 가장 큰 변화에 반응할 수 있습니다. 다른 유형전리 방사선 - a, b, g, 자외선, X 선, 중성자. 그러나 카운터의 실제 스펙트럼 감도는 주로 디자인에 따라 달라집니다. 따라서 a- 및 부드러운 b- 방사선에 민감한 카운터의 입력 창은 매우 얇아야 합니다. 이를 위해 일반적으로 3~10 마이크론 두께의 운모가 사용됩니다. 단단한 b- 및 g- 방사선에 반응하는 카운터 실린더는 일반적으로 벽 두께가 0.05...0.06 mm인 원통 모양입니다(카운터의 음극 역할도 함). X선 카운터 창은 베릴륨으로 만들어졌으며 자외선 카운터 창은 석영 유리로 만들어졌습니다.

가이거 뮐러 계수기 선량 측정 방사선

1. 미터의 목적

가이거-뮐러 계수기는 전리 방사선의 강도를 결정하거나, 즉 핵 반응 중에 발생하는 이온화 입자(헬륨 이온(-입자), 전자(-입자), X선)을 계산하도록 설계된 2전극 장치입니다. 양자(-입자) 및 중성자. 입자는 매우 빠른 속도로 확산됩니다(최대 2. 이온(최대 10 MeV의 에너지)의 경우 10 7 m/s이고 전자(에너지 0.2 - 2 MeV)의 경우 빛의 속도와 비슷하므로 카운터 내부로 침투합니다. 카운터의 역할은 입자가 장치의 부피에 들어갈 때 짧은(밀리초 단위) 전압 펄스(단위 - 수십 볼트)를 생성하는 것입니다.

다른 감지기(센서)와 비교 전리 방사선(이온화실, 비례 계수기) 가이거-뮐러 계수기는 높은 임계 감도를 갖고 있어 지구의 자연 방사성 배경을 제어할 수 있습니다(10~100초에 cm 2당 입자 1개). 측정 상한은 상대적으로 낮습니다. 초당 cm 2 당 최대 10 4 입자 또는 시간당 최대 10 시버트(Sv/h)입니다. 카운터의 특별한 특징은 입자 유형, 에너지 및 센서 볼륨의 입자에 의해 생성된 이온화 수에 관계없이 동일한 출력 전압 펄스를 생성하는 기능입니다.

2. 계량기의 설계 및 작동 원리

가이거 계수기의 작동은 가스 입자의 이온화로 인해 발생하는 하나 이상의 전자에 의해 시작되는 금속 전극 사이의 비자기적 펄스 가스 방전을 기반으로 합니다. 계측기는 일반적으로 원통형 전극 설계를 사용하며 내부 실린더(양극)의 직경은 외부 실린더(음극)보다 훨씬 작습니다(2배 이상 크기). 이는 근본적으로 중요합니다. 양극의 특성 직경은 0.1mm입니다.

입자는 진공 쉘과 "원통형" 디자인의 음극을 통해 카운터로 들어갑니다(그림 2, 에이) 또는 디자인의 "최종" 버전에서 특별하고 편평한 얇은 창을 통해(그림 2) ,비). 후자의 옵션은 침투력이 낮지만(예: 종이에 유지됨) 입자 소스가 신체에 들어갈 경우 생물학적으로 매우 위험한 입자를 등록하는 데 사용됩니다. 운모 창이 있는 검출기는 상대적으로 낮은 에너지("연성" 베타 방사선)의 입자를 계산하는 데에도 사용됩니다.

쌀. 2. 원통형의 개략도 ( 에이) 및 끝( 비)가이거 계수기. 명칭: 1 - 진공 쉘(유리); 2 - 양극; 3 - 음극; 4 - 창(운모, 셀로판)

고에너지 입자 또는 연 X선을 기록하도록 설계된 원통형 버전의 카운터에서는 벽이 얇은 진공 쉘이 사용되며 음극은 얇은 호일 또는 금속(구리)의 얇은 필름 형태로 만들어집니다. , 알루미늄)이 쉘의 내부 표면에 증착됩니다. 다양한 설계에서 벽이 얇은 금속 음극(보강재 포함)은 진공 쉘의 요소입니다. 경성 X선 방사선(입자)의 투과력이 증가했습니다. 따라서 진공 쉘의 상당히 두꺼운 벽과 거대한 음극이 있는 검출기에 의해 기록됩니다. 중성자 측정기에서 음극은 카드뮴이나 붕소의 얇은 층으로 코팅되어 있으며, 여기서 중성자 방사선은 핵반응을 통해 방사성 방사선으로 변환됩니다.

장치의 부피는 일반적으로 대기압(10 -50 kPa)에 가까운 압력에서 아르곤이 소량(최대 1%) 혼합된 아르곤 또는 네온으로 채워져 있습니다. 바람직하지 않은 방전 후 현상을 제거하기 위해 브롬 또는 알코올 증기 혼합물(최대 1%)이 가스 충전물에 도입됩니다.

유형 및 에너지에 관계없이 입자를 등록하는 가이거 계수기의 능력(입자에 의해 생성된 전자 수에 관계없이 하나의 전압 펄스를 생성)은 양극의 직경이 매우 작기 때문에 거의 전극에 가해지는 모든 전압은 양극 근처의 좁은 층에 집중됩니다. 층 외부에는 가스 분자를 이온화하는 "입자 포획 영역"이 있습니다. 분자에서 입자에 의해 떨어져 나온 전자는 양극을 향해 가속되지만, 가스는 낮은 전압으로 인해 약하게 이온화됩니다. 전기장. 전자가 높은 전계 강도로 양극 근처 층에 들어간 후 이온화는 급격하게 증가합니다. 여기서 전자 눈사태(하나 또는 여러 개)는 매우 높은 수준전자 곱셈 (최대 10 7). 그러나 이로 인해 발생하는 전류는 아직 센서 신호의 형성에 해당하는 값에 도달하지 않습니다.

작동 값에 대한 전류의 추가 증가는 눈사태에서 이온화와 동시에 약 15eV의 에너지를 갖는 자외선 광자가 생성되어 가스 충전 중 불순물 분자를 이온화하는 데 충분하다는 사실에 기인합니다(예: 이온화 브롬 분자의 전위는 12.8V입니다. 층 외부 분자의 광이온화로 인해 발생하는 전자는 양극을 향해 가속되지만 낮은 전계 강도로 인해 여기에서는 눈사태가 발생하지 않으며 프로세스는 방전 발생에 거의 영향을 미치지 않습니다. 층에서는 상황이 다릅니다. 고전압으로 인해 생성된 광전자는 새로운 광자가 생성되는 강렬한 눈사태를 시작합니다. 그 수는 초기 수를 초과하고 "광자 - 전자 사태 - 광자" 구성표에 따른 레이어의 프로세스가 빠르게(수 마이크로초) 증가합니다("트리거 모드"로 들어감). 이 경우, 입자에 의해 시작된 첫 번째 눈사태 현장의 방전이 양극을 따라 전파되고(“횡방향 점화”) 양극 전류가 급격하게 증가하며 센서 신호의 앞쪽 가장자리가 형성됩니다.

신호의 트레일링 에지(전류 감소)는 두 가지 이유에 기인합니다: 저항기를 통과하는 전류의 전압 강하로 인한 애노드 전위의 감소(리딩 에지에서 전위는 전극간 커패시턴스에 의해 유지됨) 및 감소 전자가 양극을 떠난 후 이온의 공간 전하의 영향을 받는 층의 전계 강도(전하는 점의 전위를 증가시켜 결과적으로 층 전체의 전압 강하가 감소하고 입자 트래핑 영역에서) 증가합니다). 두 가지 이유 모두 눈사태 발생 강도를 줄이고 "눈사태-광자-눈사태" 방식에 따른 프로세스가 사라지고 센서를 통과하는 전류가 감소합니다. 전류 펄스가 끝난 후 양극 전위는 초기 수준으로 증가하고(양극 저항을 통한 전극 간 용량의 충전으로 인해 약간의 지연이 있음) 전극 사이의 간격의 전위 분포는 다음과 같이 원래 형태로 돌아갑니다. 이온이 음극과 카운터로 이탈한 결과 새로운 입자의 도착을 등록하는 능력이 복원됩니다.

수십 종류의 전리 방사선 검출기가 생산됩니다. 이를 지정하기 위해 여러 시스템이 사용됩니다. 예를 들어 STS-2, STS-4 - 자체 소화 엔드 카운터 또는 MS-4 - 구리 음극이 있는 카운터(B - 텅스텐, G - 흑연 포함) 또는 SAT-7 - 엔드 입자 카운터, SBM- 10 - 계수기 - 금속 입자, SNM-42 - 금속 중성자 계수기, SRM-1 - 엑스레이 계수기 등

3. 기본 물리법칙

.1 입자 등록 후 기능 복원

입자를 감지한 후 이온이 간격을 벗어나는 데 걸리는 시간은 상대적으로 큰 것으로 나타났습니다(수 밀리초). 상한방사선량률 측정. 높은 방사선 강도에서는 입자가 이온 이탈 시간보다 짧은 간격으로 도착하며 일부 입자는 센서에서 감지되지 않습니다. 이 프로세스는 기능을 복원하는 동안 센서 양극의 전압 오실로그램으로 설명됩니다(그림 3).

쌀. 3. 가이거 계수기 양극의 전압 오실로그램. 유오- 일반 모드의 신호 진폭(수백 볼트). 1 - 5 - 입자 수

첫 번째 입자(그림 3의 1)가 센서 볼륨에 들어가면 펄스형 가스 방전이 시작되어 전압이 다음과 같이 감소합니다. 유오(정상 신호 진폭). 또한, 이온이 음극을 떠날 때 갭을 가로지르는 전류가 서서히 감소하고 제한 저항을 통해 전압 소스로부터 전극간 용량이 충전되기 때문에 전압이 증가합니다. 다른 입자(그림 3의 2)가 첫 번째 입자가 도착한 후 짧은 시간 간격 내에 센서에 부딪히면 공간 작용 조건에서 양극의 전압 감소 및 낮은 전계 강도로 인해 방전 과정이 약하게 진행됩니다. 이온의 전하. 이 경우 센서 신호는 허용할 수 없을 정도로 작은 것으로 나타납니다. 첫 번째 입자(그림 3의 입자 3 - 5) 이후 더 긴 시간 간격 후에 두 번째 입자가 도착하면 전압이 증가하고 공간 전하가 감소하기 때문에 더 큰 진폭의 신호를 제공합니다.

그림 1의 입자 1과 2 사이의 시간 간격보다 짧은 간격으로 두 번째 입자가 첫 번째 입자 이후 센서에 들어가는 경우 3, 위에 언급한 이유로 인해 센서는 신호를 전혀 생성하지 않습니다(입자를 "계산하지 않음"). 이와 관련하여 입자 1과 2 사이의 시간 간격을 "카운터 데드 타임"이라고 합니다(입자 2의 신호 진폭은 정상의 10%입니다). 그림 2의 입자 2와 5 사이의 시간 간격은 다음과 같습니다. 3을 "센서 복구 시간"이라고 합니다(입자 5 신호는 90% 정상임). 이 시간 동안 센서 신호의 진폭이 감소하여 전기 펄스 카운터에 등록되지 않을 수 있습니다.

데드타임(0.01 - 1ms)과 릴리스 시간(0.1 - 1ms)은 가이거 계수기의 중요한 매개변수입니다. 이 매개변수의 값이 낮을수록 기록된 최대 선량률은 높아집니다. 매개변수를 결정하는 주요 요인은 가스 압력과 제한 저항의 값입니다. 압력과 저항 값이 감소하면 갭에서 이온 이탈 속도가 증가하고 전극 간 용량의 충전 과정 시상수가 감소하므로 데드 타임과 복구 시간이 감소합니다.

3.2 선량계측 특성

가이거 계수기의 감도는 시간당 마이크로시버트(μSv/h, 옵션: Sv/s, mSv/s, μSv/s)로 측정되는 방사선량률에 대한 센서에서 생성된 펄스 빈도의 비율입니다. 일반적인 감도 값: 마이크로시버트당 0.1~1펄스. 작동 범위에서 감도는 계기 판독값(초당 펄스 수)과 선량률 사이의 비례 계수입니다. 범위를 벗어나면 비례성이 위반되며 이는 검출기의 선량 측정 특성, 즉 선량률에 대한 판독값의 의존성에 의해 반영됩니다(그림 4).

쌀. 2개의 카운터에 대한 방사성 방사선의 선량률(선량계측 특성)에 대한 계수 속도의 의존성 다른 압력가스(1~5kPa, 2~30kPa)

물리적 고려 사항에 따르면 선량률이 증가함에 따라 센서 판독값은 값(1/)을 초과할 수 없습니다. 여기서는 센서의 데드 타임입니다(보다 짧은 시간 간격 후에 도착하는 입자는 계산되지 않음). 따라서 선량계측 특성의 작업 선형 구간은 강렬한 방사선 영역에서 (1/) 수준의 수평 직선으로 부드럽게 전환됩니다.

데드타임이 감소할수록 센서의 선량 측정 특성은 더욱 수평화됩니다. 높은 수준더 많은 고성능방사선 및 측정 상한이 증가합니다. 이러한 상황은 가스 압력이 감소할 때 관찰됩니다(그림 4). 그러나 동시에 센서의 감도는 감소합니다(분자와 충돌하지 않고 가스 방전 간격을 통과하는 입자의 수가 증가함). 따라서 압력이 감소함에 따라 선량 측정 특성이 떨어집니다. 수학적으로 특성은 다음 관계로 설명됩니다.

어디 N- 계수 속도(센서 판독값 - 초당 펄스 수) - 카운터 감도(마이크로시버트당 초당 펄스 수) 아르 자형- 방사선량률; - 센서의 데드 타임(초).

3.3 센서 카운팅 특성

방사선량률 모니터링은 센서가 배터리나 기타 갈바닉 소스로부터 전원을 공급받는 실외나 현장에서 가장 자주 수행되어야 합니다. 작동함에 따라 전압이 감소합니다. 동시에 센서의 가스 방전 과정은 전압에 크게 의존합니다. 따라서 일정한 방사선량률에서 전압에 대한 가이거 계수기 판독값의 의존성은 센서의 가장 중요한 특성 중 하나입니다. 의존성을 센서의 계수 특성이라고 합니다(그림 5).

제시된 종속성 중 하나(곡선 2)에 특징적인 점이 표시되어 있습니다. AD. 저전압에서(점의 왼쪽) 에이) 이온화 입자가 센서에 부딪힐 때 센서에서 생성된 전자는 전자 눈사태를 시작하지만 그 강도는 필요한 진폭의 전류 펄스를 형성하기에 충분하지 않으며 카운터 판독값은 0입니다. 점 에이"시작 카운트 전압"에 해당합니다. 해당 지역의 전압이 증가함에 따라 A - B전자가 입자 포획 영역에서 높은 전계 강도를 갖는 양극 근처 층으로 유입될 확률이 증가하기 때문에 카운터 판독값이 증가합니다. 낮은 전압에서 전자는 층으로 이동하는 동안 이온과 재결합합니다(먼저 브롬 불순물 분자에 "고착"하여 음이온을 형성할 수 있음). 그 시점에서 안에전압은 거의 모든 전자를 층으로 빠르게 이동시키기에 충분하며 재결합 강도는 0에 가깝습니다. 센서는 정상적인 진폭의 신호를 생성합니다.

계산 특성의 작업 영역에서 비-씨("특징적 안정기") 카운터 판독값은 전압이 증가함에 따라 약간 증가합니다. 이는 실질적으로 매우 중요하며 가이거 계수기의 장점입니다. 품질이 높을수록 고원이 길어지고(100-400V) 계수 특성의 수평 단면의 가파른 정도가 낮아집니다.

쌀. 5. 가스 압력 및 브롬 불순물 함량의 다양한 값에서 전압(계수 특성)에 대한 계수 속도의 의존성: 1 - 8 kPa, 0.5%; 2 - 16kPa, 0.5%; 5μSv/h의 방사선량률에 대해 3 - 16kPa, 0.1%. 에이, 비, 씨, 디- 곡선 2의 특징점

고원의 급경사(또는 경사) 에스단위 전압당 미터 판독값의 백분율 변화를 특징으로 합니다.

, (2)

어디 NB그리고 NC -미터 판독 고원의 시작과 끝; 유비그리고 UC- 고원의 시작과 끝의 전압 값. 일반적인 기울기 값은 0.01 - 0.05%/V입니다.

계수 특성의 안정기에 있는 판독값의 상대적 안정성은 이온화 입자의 도착과 함께 센서에서 발생하는 특정 유형의 방전에 의해 보장됩니다. 전압이 증가하면 전자 눈사태의 발생이 심화되지만 이는 양극을 따라 방전 확산이 가속화될 뿐이며 입자당 하나의 신호를 생성하는 카운터의 능력은 거의 손상되지 않습니다.

계수 특성의 안정기에서 전압이 증가함에 따라 계수 속도가 약간 증가하는 것은 방전 작용 시 음극에서 전자가 방출되는 것과 관련이 있습니다. 방출은 이온, 여기된 원자 및 광자에 의한 전자 방출을 의미하는 소위 프로세스에 의해 발생합니다. 계수는 일반적으로 이온당 전자 수와 동일한 것으로 간주됩니다(여기된 원자와 광자가 암시됨). 계수의 특성값은 0.1~0.01(가스 및 음극재의 종류에 따라 10~100개의 이온이 전자를 방출함)입니다. 이러한 계수 값을 사용하면 음극을 떠나는 전자가 이온화 입자로 등록되기 때문에 가이거 계수기가 작동하지 않습니다("거짓" 신호가 기록됨).

계측기의 정상적인 기능은 가스 충전물에 브롬 또는 알코올 증기를 도입하여(“불순물 담금질”) 보장되며, 이로 인해 계수가 10 -4 미만으로 급격히 감소합니다. 이 경우 잘못된 신호의 수도 급격히 감소하지만 여전히 눈에 띄는 수준입니다(예: 몇 퍼센트). 전압이 증가하면 방전 과정이 강화됩니다. 이온, 여기된 원자 및 광자의 수가 증가하고 그에 따라 잘못된 신호의 수도 증가합니다. 이는 계수 특성의 안정기(기울기 증가)와 안정기의 끝(가파른 구간으로의 전환)에서 센서 판독값이 약간 증가하는 것을 설명합니다. 기음- 디). 불순물 함량이 증가함에 따라 계수는 더 크게 감소하여 고원의 경사가 감소하고 길이가 증가합니다(그림 5의 곡선 2 및 3).

불순물을 담금질하는 물리적 작용 메커니즘은 전자 방출을 유발할 수 있는 음극으로의 이온, 여기된 원자 및 광자의 공급이 급격히 감소하고 음극에서 전자의 일함수가 증가하는 것입니다. 음극을 향해 이동하는 과정에서 주 가스(네온 또는 아르곤)의 이온은 불순물 분자와의 충돌로 인한 "전하 교환"의 결과로 중성 원자가 됩니다. 이는 네온과 아르곤의 이온화 전위가 브롬의 이온화 전위보다 크기 때문입니다. 및 알코올(각각: 21.5V; 15.7V; 12.8V; 이 경우 방출된 에너지는 분자의 파괴 또는 전자의 광방출을 일으킬 수 없는 저에너지 광자의 형성에 소비됩니다. 게다가 이러한 광자는 불순물 분자에 잘 흡수됩니다.

충전 교환 중에 형성된 불순물 이온은 음극으로 들어가지만 전자 방출을 일으키지는 않습니다. 브롬의 경우, 이는 이온의 위치 에너지(12.8eV)가 음극에서 두 개의 전자(하나는 이온을 중화시키고 다른 하나는 전자 사태를 시작하는 데 사용)를 떼어내기에 충분하지 않다는 사실로 설명됩니다. , 불순물 브롬이 있을 때 음극을 떠나는 전자의 일함수는 7eV로 증가하기 때문입니다. 알코올의 경우, 음극에서 이온을 중화할 때 방출되는 에너지는 일반적으로 전자 방출이 아닌 복합 분자의 해리에 소비됩니다.

방전에서 발생하는 주 가스의 수명이 긴(준안정) 여기 원자는 원칙적으로 음극에 떨어져 전자 방출을 일으킬 수 있습니다. 그 이유는 잠재적 에너지가 상당히 높기 때문입니다(예: 네온의 경우 16.6eV). 그러나 원자가 불순물 분자와 충돌할 때 에너지를 원자에 전달하기 때문에 프로세스의 확률은 매우 낮은 것으로 나타났습니다. 에너지는 불순물 분자의 해리 또는 저에너지 광자의 방출에 소비됩니다. 이는 음극에서 전자의 광 방출을 일으키지 않고 불순물 분자에 잘 흡수됩니다.

거의 동일한 방식으로, 방전에서 도착하여 음극에서 전자 방출을 일으킬 수 있는 고에너지 광자는 "급냉"됩니다. 즉, 불순물 분자에 흡수되어 분자 해리 및 방출을 위한 에너지 소비가 발생합니다. 저에너지 광자.

브롬을 첨가한 카운터의 내구성은 냉각 불순물 분자의 분해에 의해 제한되지 않기 때문에 훨씬 더 높습니다(10 10 - 10 11 펄스). 브롬 농도의 감소는 화학적 활성이 상대적으로 높기 때문에 센서 제조 기술이 복잡해지고 음극 재료 선택에 제한이 가해집니다(예: 스테인레스 스틸이 사용됨).

계산 특성은 가스 압력에 따라 달라집니다. 가스 압력이 증가하면 계산 시작 시 전압도 증가합니다(점 에이그림 5에서 오른쪽으로 이동), 센서의 가스 분자가 이온화 입자를 보다 효율적으로 포착한 결과로 안정 수준이 증가합니다(그림 5의 곡선 1과 2). 계수 시작 전압의 증가는 센서의 조건이 Paschen 곡선의 오른쪽 분기에 해당한다는 사실로 설명됩니다.

결론

가이거-뮬러 계수기의 광범위한 사용은 높은 감도, 다양한 유형의 방사선을 감지하는 능력, 비교 단순성 및 저렴한 설치 비용으로 설명됩니다. 카운터는 1908년 Geiger가 발명하고 Müller가 개선했습니다.

원통형 가이거-뮐러 계수기는 다음으로 구성됩니다. 금속 튜브또는 내부에서 금속화 된 유리관과 원통의 축을 따라 늘어진 얇은 금속 실. 실은 양극 역할을 하고, 튜브는 음극 역할을 합니다. 튜브는 희박 가스로 채워져 있으며 대부분의 경우 아르곤과 네온과 같은 비활성 가스가 사용됩니다. 음극과 양극 사이에는 약 400V의 전압이 생성됩니다. 대부분의 미터에는 약 360~460V 범위에 있는 소위 안정기가 있습니다. 이 범위에서는 작은 전압 변동이 계수 속도에 영향을 미치지 않습니다.

카운터의 작동은 방사성 동위원소에 의해 방출되는 γ-양자가 카운터 벽에 부딪혀 전자를 떨어뜨리는 충격 이온화를 기반으로 합니다. 가스 속을 이동하며 가스 원자와 충돌하는 전자는 원자에서 전자를 떼어내고 양이온과 자유 전자를 생성합니다. 음극과 양극 사이의 전기장은 충격 이온화가 시작되는 에너지로 전자를 가속합니다. 이온의 눈사태가 발생하고 카운터를 통과하는 전류가 급격히 증가합니다. 이 경우, 저항 R에 전압 펄스가 형성되어 기록 장치에 공급됩니다. 카운터가 충돌하는 다음 입자를 등록하려면 눈사태 방전이 꺼져야 합니다. 이는 자동으로 발생합니다. 전류 펄스가 나타나는 순간 저항 R에 걸쳐 큰 전압 강하가 발생하므로 양극과 음극 사이의 전압이 급격하게 감소하여 방전이 중지되고 계기가 다시 작동할 준비가 됩니다.

미터의 중요한 특징은 효율성입니다. 카운터에 부딪힌 모든 γ-광자가 2차 전자를 제공하고 등록되는 것은 아닙니다. γ-선과 물질의 상호 작용 행위는 상대적으로 드물고 2차 전자 중 일부는 가스에 도달하지 않고 장치 벽에 흡수되기 때문입니다. 용량.

카운터의 효율성은 카운터 벽의 두께, 재료 및 γ선 에너지에 따라 달라집니다. 가장 효율적인 것은 벽이 원자 번호 Z가 높은 물질로 만들어진 카운터입니다. 이는 2차 전자의 형성을 증가시키기 때문입니다. 또한 미터 벽은 충분히 두꺼워야 합니다. 카운터 벽의 두께는 벽 재료의 2차 전자의 평균 자유 경로와 동일한 조건에서 선택됩니다. 벽 두께가 크면 2차 전자가 카운터의 작업 공간으로 전달되지 않고 전류 펄스가 발생하지 않습니다. γ-방사선은 물질과 약하게 상호작용하기 때문에 γ-카운터의 효율도 일반적으로 낮고 1~2%에 불과합니다. Geiger-Muller 계수기의 또 다른 단점은 입자를 식별하고 에너지를 결정하는 기능을 제공하지 않는다는 것입니다. 섬광 카운터에는 이러한 단점이 없습니다.

참고자료

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5 시도렌코 V.V. 전리 방사선 검출기: 핸드북. L.: 조선, 1989

Geiger-Muller 가스 방전 카운터의 개략 설계가 그림 1에 나와 있습니다. 5.4. 카운터는 음극 역할을 하는 금속 원통 형태로 만들어졌습니다. 에게, 직경 mm. 양극 에이직경 mm의 얇은 강철 와이어가 사용되며 실린더 축을 따라 늘어나고 절연 플러그로 음극으로부터 절연됩니다. 피. 실린더는 감소된 압력에서 아르곤으로 채워집니다( 100 mmHg)에 소량( 0,5 %) 에틸알코올 또는 할로겐 증기.

그림에서. 그림 5.4는 전류-전압 특성을 연구하기 위해 미터를 연결하는 회로도를 보여줍니다. EMF 소스로부터 전극에 일정한 전압이 공급됩니다. 이자형. 가스를 통과하는 전류의 양은 측정 저항의 전압 강하에 의해 측정됩니다. 아르 자형.

가스가 일정한 강도의 방사선(이온화 장치)에 노출된다고 가정해 보겠습니다. 이온화 장치의 작용으로 인해 가스는 약간의 전기 전도성을 획득하고 회로에 전류가 흐르며, 인가 전압에 대한 의존성은 다음과 같습니다.
쌀. 5.5.

저전압에서는 장치를 통과하는 전류가 작습니다. 통과에 따른 총 전류만 등록 가능 큰 수입자. 이 모드에서 작동하는 장치를 호출합니다. 이온화 챔버. 이 모드는 지역에 해당합니다 나그리고 II.

사이트에서 나전류는 전압에 비례하여 증가합니다. 즉, 옴의 법칙이 만족됩니다. 이 영역에서는 이온화 과정과 동시에 역과정– 재결합(양이온과 전자가 서로 연결되어 중성 입자를 형성함).

전압이 추가로 증가하면 전류 증가가 느려지고 완전히 중지됩니다 (섹션 II). 포화 전류가 발생합니다. 포화 전류는 단위 시간당 외부 이온화 장치에서 생성된 모든 이온과 전자가 동시에 전극에 도달할 때의 최대 전류 값입니다. 포화 전류의 크기는 이온화 장치의 전력에 따라 결정됩니다. 포화 전류는 이온화 장치의 이온화 효과를 측정한 것입니다. 이온화 장치의 작동이 중지되면 방전도 중지됩니다.

전압이 추가로 증가하면 전류는 매우 천천히 증가합니다 (섹션 III). 고전압에서는 외부 이온화 장치의 작용으로 발생하는 전자가 전기장에 의해 강하게 가속되어 중성 가스 분자와 충돌하여 이온화됩니다. 결과적으로 2차 전자와 양이온이 형성됩니다. 전기장에서 가속된 2차 전자는 다시 가스 분자를 이온화할 수 있습니다. 총 수전자가 양극쪽으로 이동함에 따라 전자와 이온은 눈사태처럼 증가합니다(이 과정을 충격 이온화). 이 지역에서 일하는 카운터( III)라고 불린다. 비례항.

양극에 도달하는 전자의 수를 1차 전자의 수로 나눈 값을 이라고 합니다. 가스 이득 계수. 가스 이득은 전압이 증가함에 따라 급격히 증가하고, 고전압에서는 1차 전자의 수에 따라 달라지기 시작합니다. 이 경우 카운터는 비례 모드에서 모드로 전환됩니다. 제한된 비례(구성 IV). 이 분야에는 회계사가 없습니다.

훨씬 더 높은 전압에서 적어도 한 쌍의 이온이 나타나면 자체 방전이 시작됩니다(자기 방전이 발생하는 전압을 항복 전압). 전류는 초기에 형성된 이온의 수와 감지된 입자의 에너지에 의존하지 않습니다. 카운터가 가이거 모드에서 작동하기 시작합니다(섹션 다섯). 이 영역에서 작동하는 장치를 가이거-뮐러 계수기. 이온화 입자의 에너지로부터 전류 강도의 독립성으로 인해 Geiger-Muller 계수기는 기록에 편리합니다. 비- 연속 스펙트럼을 갖는 입자.

전압이 추가로 증가하면 발생이 발생합니다. 지속적인 가스 방전. 이 경우 전류는 급격히 증가합니다 (섹션 VI), 측정기가 작동하지 않을 수 있습니다.

따라서 Geiger-Muller 계수기는 내부 가스 증폭 원리에 따라 작동합니다. 미터가 공급되면 고전압, 얇은 실(양극) 근처의 필드는 매우 불균일합니다. 큰 전위 구배로 인해 카운터로 들어가는 하전 입자는 필드에 의해 다음보다 큰 에너지로 가속됩니다. 30 eV. 이러한 입자 에너지에서 충격 이온화 메커니즘이 작동하기 시작하여 전자가 눈사태로 증가합니다. 결과적으로 양극 부하 저항에 음의 펄스가 형성됩니다. 전자 사태는 음극과 양극 사이에 갇힌 단일 전자로 인해 발생할 수 있습니다.

가이거-뮐러 계수기 특성

능률카운터는 등록된 입자 수와 등록된 입자 수의 비율입니다. 전체 번호그것을 통과하는 입자. 전자 카운터 효율은 도달할 수 있습니다 99,9 %. 등록 g- 광선은 흡수 또는 산란 중에 형성되는 빠른 전자를 통해 수행됩니다. g- 카운터에 있는 퀀타. 미터의 효율성 g-퀀타는 일반적으로 % 정도입니다.

미터의 중요한 특성은 배경. 배경연구 중인 방사선원이 없을 때 기기 판독값을 호출합니다. 카운터의 배경은 다음과 같습니다. 우주 방사선; 방사성 물질의 존재 환경, 계량기를 만드는 재료를 포함합니다. 카운터에서 자연 방전(거짓 충동). 일반적으로 다양한 디자인의 Geiger-Muller 계수기의 경우 배경은 펄스/분 제한 내에서 변동합니다. 특별한 방법을 사용하면 배경을 몇 배나 줄일 수 있습니다.

Geiger-Muller 계수기는 단 하나의 입자만 감지할 수 있습니다. 다음 입자를 등록하려면 먼저 자기방전을 소멸시켜야 합니다. 그렇기 때문에 중요한 특징카운터는 데드타임t– 가스 방전이 꺼지는 동안 계량기의 비활성 시간. 일반적으로 데드 타임은 s 정도입니다.

계량기의 가스 방전을 진압하는 방법은 두 가지가 있습니다.

1) 가스에 복합 유기 화합물을 도입합니다. 많은 복잡한 분자는 자외선에 불투명하여 해당 양자가 음극에 도달하는 것을 방지합니다. 이러한 물질이 존재할 때 음극에서 이온이 방출하는 에너지는 음극에서 전자를 떼어내는 데 소비되는 것이 아니라 분자를 해리하는 데 소비됩니다. 이러한 조건에서 독립적인 방전이 발생하는 것은 불가능합니다.

2) 저항을 이용한다. 이 방법은 방전 전류가 저항을 통해 흐를 때 저항 전체에 큰 전압 강하가 발생한다는 사실로 설명됩니다. 그 결과 인가전압의 일부만이 전극간극에 떨어지게 되어 방전을 유지하기에 부족한 것으로 나타났다.

데드타임은 여러 요인에 따라 달라집니다. 미터의 전압 레벨; 충전 가스의 조성; 소화방법; 서비스 수명; 온도 등 따라서 계산이 어렵습니다.

가장 간단한 방법 중 하나 실험적 결정죽은 시간은 두 가지 소스 방법.

핵 변환과 방사선과 물질의 상호 작용은 본질적으로 통계적입니다. 따라서 데드타임 동안 두 개 이상의 입자가 카운터에 부딪힐 확률이 있습니다. 티, 하나의 입자로 등록됩니다. 카운터의 효율성이 다음과 같다고 가정해보자. 100 %. 허락하다 - 평균 속도입자 카운터를 치는 중입니다. N– 평균 계수율(단위 시간당 등록된 입자 수). 시간 동안 티입자가 등록됩니다. 총 불감 시간 티이고, 계산되지 않은 입자의 수는 와 같습니다. 카운터에 들어가는 입자의 수는 등록된 입자와 계산되지 않은 입자의 합과 동일하다고 가정합니다.

우리가 원하든 원하지 않든 방사선은 우리 삶에 확고히 들어왔고 사라지지 않을 것입니다. 우리는 유용하면서도 위험한 이 현상을 안고 살아가는 법을 배워야 합니다. 방사선은 눈에 보이지 않고 감지할 수 없는 방출로 나타나며 특수 장치 없이는 이를 감지하는 것이 불가능합니다.

방사선의 작은 역사

엑스레이는 1895년에 발견되었습니다. 1년 후 우라늄의 방사능이 엑스레이와 관련하여 발견되었습니다. 과학자들은 지금까지 볼 수 없었던 완전히 새로운 자연 현상에 직면했다는 것을 깨달았습니다. 방사선 현상이 몇 년 전에 발견되었다는 점은 흥미롭지만 Nikola Tesla와 Edison 실험실의 다른 작업자들도 엑스레이로 인해 화상을 입었지만 이에 대한 중요성은 부여되지 않았습니다. 건강에 대한 피해는 어떤 것에도 기인했지만 생명체가 그러한 복용량에서 결코 접한 적이 없는 광선에는 기인하지 않았습니다. 20세기 초부터 방사선이 동물에 미치는 해로운 영향에 관한 기사가 나오기 시작했습니다. 이 역시 야광 시계를 생산하는 공장의 노동자들인 "라듐 소녀들"과의 놀라운 이야기가 나오기 전까지는 아무런 중요성도 부여되지 않았습니다. 그들은 단지 혀끝으로 붓을 적십니다. 그들 중 일부의 끔찍한 운명은 윤리적 이유로 출판조차 되지 않았으며 의사의 강한 신경에 대한 시험으로만 남아 있었습니다.

1939년 오토 한(Otto Hahn), 프리츠 스트라스만(Fritz Strassmann)과 함께 세계 최초로 우라늄 핵을 분리한 사람들에 속해 있던 물리학자 리제 마이트너(Lise Meitner)는 무심코 연쇄반응의 가능성에 대해 불쑥 말했고, 그 순간부터 물론 20 세기의 피에 굶주린 정치인들이 한 푼도주지 않았을 "평화로운 원자"가 아닌 폭탄, 즉 폭탄 생성에 대한 아이디어의 연쇄 반응이 시작되었습니다. "알고 있는" 사람들은 이것이 무엇으로 이어질지 이미 알고 있었고 원자 군비 경쟁이 시작되었습니다.

가이거-뮐러 계수기는 어떻게 나타났습니까?

1908년 에른스트 러더퍼드(Ernst Rutherford)의 실험실에서 일했던 독일 물리학자 한스 가이거(Hans Geiger)는 "하전 입자" 계수기의 작동 원리를 다음과 같이 제안했습니다. 추가 개발저압에서 가스로 채워진 전기 축전기였던 이미 알려진 이온화 챔버. 1895년 피에르 퀴리가 가스의 전기적 특성을 연구하기 위해 사용했습니다. Geiger는 이러한 방사선이 가스의 이온화 정도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 이를 정확하게 이온화 방사선을 감지하는 데 사용하는 아이디어를 가졌습니다.

1928년에 Walter Müller는 Geiger의 지도 하에 다양한 이온화 입자를 등록하도록 설계된 여러 유형의 방사선 계수기를 만들었습니다. 카운터의 생성은 매우 시급한 요구였으며, 그것 없이는 방사성 물질에 대한 연구를 계속하는 것이 불가능했습니다. 실험 과학으로서의 물리학은 없이는 생각할 수 없기 때문입니다. 측정 장비. 가이거와 뮐러는 발견된 방사선의 각 유형인 α, β, γ(중성자는 1932년에야 발견됨)에 민감한 계수기를 만들기 위해 의도적으로 노력했습니다.

가이거-뮐러 계수기는 간단하고 신뢰할 수 있으며 저렴하고 실용적인 방사선 검출기임이 입증되었습니다. 그는 비록 가장은 아니지만 정밀 기기연구를 위해 개별 종입자 또는 방사선이지만 다음을 위한 장치로 매우 적합합니다. 일반적인 차원전리 방사선의 강도. 그리고 물리학자들은 실험 중 정밀한 측정을 위해 다른 검출기와 결합하여 사용합니다.

전리 방사선

가이거-뮐러 계수기의 작동을 더 잘 이해하려면 일반적인 이온화 방사선을 이해하는 것이 유용합니다. 정의에 따르면, 여기에는 정상 상태에서 물질의 이온화를 일으킬 수 있는 모든 것이 포함됩니다. 이를 위해서는 일정량의 에너지가 필요합니다. 예를 들어 전파나 자외선도 전리 방사선이 아닙니다. 경계는 "연성 X선"이라고도 알려진 "강자외선"으로 시작됩니다. 이 유형은 광자 유형의 방사선입니다. 광자 고에너지일반적으로 감마 퀀타라고 합니다.

에른스트 러더퍼드는 최초로 전리 방사선을 세 가지 유형으로 나누었습니다. 이는 다음을 사용하여 실험 설정에서 수행되었습니다. 자기장진공 상태에서. 나중에 밝혀진 바에 따르면 다음과 같습니다.

α - 헬륨 원자의 핵
β - 고에너지 전자
γ - 감마 양자(광자)

나중에 중성자가 발견되었습니다. 알파 입자는 일반 종이로도 쉽게 차단되며, 베타 입자는 투과력이 조금 더 크고, 감마선은 투과력이 가장 높습니다. 중성자는 가장 위험합니다(공중에서 최대 수십 미터 거리에 있습니다!). 전기적 중성으로 인해 물질 분자의 전자 껍질과 상호 작용하지 않습니다. 하지만 한 번 들어가면 원자핵, 확률이 상당히 높으면 일반적으로 방사성 동위원소가 형성되어 불안정성과 붕괴로 이어집니다. 그리고 그것들은 차례로 부패하여 전리 방사선의 전체 "꽃다발"을 형성합니다. 최악의 상황은 조사된 물체나 살아있는 유기체 자체가 수 시간, 며칠 동안 방사선원이 된다는 것입니다.

가이거-뮐러 계수기의 설계 및 작동 원리

Geiger-Muller 가스 방전 카운터는 일반적으로 공기가 배출되는 밀봉된 튜브, 유리 또는 금속 형태로 만들어지며 대신 불활성 가스(네온, 아르곤 또는 둘의 혼합물)가 저압 하에서 추가됩니다. , 할로겐 또는 알코올이 혼합되어 있습니다. 얇은 와이어가 튜브 축을 따라 늘어납니다. 금속 실린더. 튜브와 와이어는 모두 전극입니다. 튜브는 음극이고 와이어는 양극입니다. 소스의 마이너스가 음극에 연결됩니다. 직류 전압, 그리고 양극 - 큰 일정한 저항을 통해 - 그리고 일정한 전압 소스로부터. 전기적으로 전압 분배기가 얻어지며 그 중간 지점(저항과 미터의 양극의 접합부)에서 전압은 소스의 전압과 거의 같습니다. 이는 일반적으로 수백 볼트입니다.

이온화 입자가 튜브를 통해 날아갈 때 이미 고강도 전기장에 있는 불활성 가스의 원자는 이 입자와 충돌을 경험합니다. 충돌 중에 입자에 의해 방출되는 에너지는 가스 원자에서 전자를 분리하기에 충분합니다. 생성된 2차 전자는 그 자체로 새로운 충돌을 형성할 수 있으므로 전자와 이온의 총체적인 사태가 발생합니다. 전기장의 영향으로 전자는 양극쪽으로 가속되고 양으로 하전 된 가스 이온은 튜브의 음극쪽으로 가속됩니다. 따라서 발생하는 전류. 그러나 입자의 에너지가 이미 전체 또는 부분적으로 충돌에 소비되었으므로(입자가 튜브를 통해 날아감) 이온화된 가스 원자의 공급이 종료되며 이는 바람직하며 일부에 의해 보장됩니다. 추가 조치, 카운터 매개변수를 분석할 때 이에 대해 설명하겠습니다.

하전 입자가 가이거-뮐러 계수기에 들어가면 결과 전류로 인해 튜브의 저항이 떨어지고 위에서 설명한 전압 분배기의 중간 지점의 전압도 떨어집니다. 그런 다음 저항 증가로 인해 튜브의 저항이 복원되고 전압은 다시 동일해집니다. 따라서 우리는 음의 전압 펄스를 얻습니다. 충격량을 세어 보면 통과하는 입자의 수를 추정할 수 있습니다. 전기장의 세기는 크기가 작기 때문에 양극 근처에서 특히 높기 때문에 카운터가 더욱 민감해집니다.

가이거-뮬러 카운터 디자인

최신 Geiger-Muller 카운터는 "클래식"과 플랫의 두 가지 주요 버전으로 제공됩니다. 클래식 카운터는 주름이 있는 얇은 벽의 금속 튜브로 만들어졌습니다. 미터의 주름진 표면은 튜브를 단단하게 만들고 외부 충격에 강합니다. 기압그리고 그 영향으로 인해 구겨지는 것을 허용하지 않습니다. 튜브 끝 부분에는 유리 또는 열경화성 플라스틱으로 만들어진 밀봉 절연체가 있습니다. 또한 장치 회로에 연결하기 위한 단자 캡도 포함되어 있습니다. 튜브에는 내구성 있는 절연 바니시가 표시되어 있고 코팅되어 있으며 단자는 포함되지 않습니다. 단자의 극성도 표시됩니다. 이는 모든 유형의 전리 방사선, 특히 베타 및 감마에 대한 범용 카운터입니다.

연 β-복사에 민감한 카운터는 다르게 만들어집니다. 베타 입자의 범위가 짧기 때문에 베타 방사선을 약하게 차단하는 운모 창을 사용하여 평평하게 만들어야 합니다. 이러한 카운터에 대한 옵션 중 하나는 방사선 센서입니다. 베타-2. 미터의 다른 모든 속성은 미터가 만들어지는 재료에 따라 결정됩니다.

감마선을 감지하도록 설계된 카운터에는 전하수가 높은 금속으로 만들어진 음극이 포함되어 있거나 그러한 금속으로 코팅되어 있습니다. 가스는 감마 광자에 의해 이온화가 매우 잘 이루어지지 않습니다. 그러나 감마 광자는 적절하게 선택되면 음극에서 많은 2차 전자를 제거할 수 있습니다. 베타 입자에 대한 가이거-뮬러 계수기는 다음과 같이 만들어집니다. 얇은 창문입자의 더 나은 투과성을 위해 그들은 방금 더 많은 에너지를 받은 일반 전자이기 때문입니다. 그들은 물질과 매우 잘 상호작용하며 이 에너지를 빠르게 잃습니다.

알파 입자의 경우 상황은 더욱 악화됩니다. 따라서 매우 적절한 에너지에도 불구하고 수 MeV 정도의 알파 입자는 경로에 있는 분자와 매우 강력하게 상호 작용하여 빠르게 에너지를 잃습니다. 물질을 숲에 비유하고 전자를 총알에 비유한다면 알파 입자는 숲을 뚫고 나가는 탱크에 비유해야 할 것입니다. 그러나 기존 카운터는 α 방사선에 잘 반응하지만 최대 수 센티미터 거리에서만 반응합니다.

전리 방사선 수준에 대한 객관적인 평가를 위해 선량계카운터에 일반적인 용도종종 병렬로 작동하는 두 개의 카운터가 장착되어 있습니다. 하나는 α 및 β 방사선에 더 민감하고 두 번째는 γ 광선에 더 민감합니다. 두 개의 카운터를 사용하는 이 방식은 선량계에서 구현됩니다. 라덱스 RD1008그리고 선량계-복사계에서 RADEKS MKS-1009, 카운터가 설치되어 있습니다. 베타-2그리고 베타-2M. 때때로 카드뮴 혼합물을 함유한 합금 막대나 판이 카운터 사이에 배치됩니다. 중성자가 이러한 막대에 부딪히면 γ선이 생성되어 기록됩니다. 이는 중성자 방사선을 결정할 수 있도록 수행됩니다. 간단한 카운터가이거는 사실상 둔감합니다. 또 다른 방법은 중성자에 민감성을 부여할 수 있는 불순물로 하우징(음극)을 코팅하는 것입니다.

가스에 할로겐(염소, 브롬)을 첨가하여 방전을 신속하게 소화합니다. 알코올 증기도 동일한 목적으로 사용되지만 이 경우 알코올은 수명이 짧고(일반적으로 알코올의 특징임) "깨끗한" 미터가 지속적으로 "울리기" 시작합니다. 즉, 의도한 모드에서 작동할 수 없습니다. . 이는 1e9 펄스(10억)가 감지된 후 어딘가에서 발생하는데, 이는 그다지 많지 않습니다. 할로겐이 포함된 미터는 훨씬 더 내구성이 뛰어납니다.

가이거 계수기의 매개변수 및 작동 모드

가이거 계수기의 감도.

카운터의 감도는 기준 소스의 마이크로뢴트겐 수와 이 방사선으로 인해 발생하는 펄스 수의 비율로 추정됩니다. 가이거 계수기는 입자 에너지를 측정하도록 설계되지 않았기 때문에 정확한 추정이 어렵습니다. 카운터는 기준 동위원소 소스를 사용하여 보정됩니다. 이 매개변수는 다른 유형카운터는 크게 다를 수 있으며, 가장 일반적인 Geiger-Müller 카운터의 매개변수는 다음과 같습니다.

가이거-뮐러 계수기 베타-2- 160 ¼ 240 imp/μR

가이거-뮐러 계수기 베타-1- 96 ¼ 144 imp/μR

가이거-뮐러 계수기 SBM-20- 60 ¼ 75 imp/μR

가이거-뮐러 계수기 SBM-21- 6.5 ¼ 9.5 imp/μR

가이거-뮐러 계수기 SBM-10- 9.6 ¼ 10.8 imp/μR

입구 창 영역 또는 작업 영역

방사성 입자가 날아가는 방사선 센서의 영역. 이 특성센서의 크기와 직접적인 관련이 있습니다. 어떻게 더 넓은 지역, Geiger-Muller 계수기는 더 많은 입자를 포착합니다. 일반적으로 이 매개변수는 제곱센티미터로 표시됩니다.

가이거-뮐러 계수기 베타-2- 13.8cm 2

가이거-뮐러 계수기 베타-1- 7cm 2

이 전압은 대략 중간에 해당합니다. 성능 특성. 작동 특성은 전압에 대한 기록된 펄스 수의 의존성의 평평한 부분이므로 "고원"이라고도 합니다. 이 시점에서 최고 작동 속도가 달성됩니다(상한 측정 한계). 일반적인 값은 400V입니다.

카운터 작동 특성의 폭입니다.

이는 특성의 평탄한 부분에서 스파크 항복 전압과 출력 전압의 차이입니다. 일반적인 값은 100V입니다.

미터 작동 특성의 기울기입니다.

기울기는 볼트당 펄스의 백분율로 측정됩니다. 이는 측정의 통계적 오류를 특성화합니다(펄스 수 계산). 일반적인 값은 0.15%입니다.

계기의 허용 작동 온도.

범용 미터의 경우 섭씨 -50 ~ +70도입니다. 미터가 챔버, 채널 및 기타 복잡한 장비 장소(가속기, 반응기 등)에서 작동하는 경우 이는 매우 중요한 매개변수입니다.

카운터의 작업 자원.

판독값이 부정확해지기 시작하기 전에 미터가 등록하는 총 펄스 수입니다. 유기 첨가제가 포함된 장치의 경우 자체 담금질은 일반적으로 1e9(10의 9승 또는 10억)입니다. 리소스는 작동 전압이 미터에 적용되는 경우에만 계산됩니다. 카운터만 저장하면 이 리소스는 소모되지 않습니다.

카운터 데드타임.

이는 통과하는 입자에 의해 트리거된 후 카운터가 전류를 전도하는 시간(복구 시간)입니다. 이러한 시간이 존재한다는 것은 펄스 주파수에 상한이 있고 이로 인해 측정 범위가 제한된다는 것을 의미합니다. 일반적인 값은 1e-4s(10마이크로초)입니다.

데드 타임으로 인해 센서가 "규모를 벗어나"고 가장 위험한 순간(예: 생산 중 자발적인 연쇄 반응)에 침묵을 유지할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 경우가 발생했으며 이를 방지하기 위해 납 스크린을 사용하여 비상 경보 시스템의 센서 일부를 덮습니다.

사용자 정의 카운터 배경.

미터의 품질을 평가하기 위해 벽이 두꺼운 납 챔버에서 측정됩니다. 일반적인 값은 분당 1 ~ 2펄스입니다.

가이거 계수기의 실제 적용

소련과 현재 러시아 산업은 다양한 유형의 가이거-뮬러 계수기를 생산합니다. 다음은 몇 가지 일반적인 브랜드입니다: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, 감마 시리즈 미터, 시리즈 엔드 카운터 베타"그리고 더 많은 것들이 있어요. 이들 모두는 원자력 산업 시설, 과학 및 교육 기관, 민방위, 의학, 심지어 일상 생활에서도 방사선을 모니터링하고 측정하는 데 사용됩니다. 후에 체르노빌 사고, 가정용 선량계이전에는 이름조차 대중에게 알려지지 않았던 가 매우 인기를 얻었습니다. 많은 브랜드의 가정용 선량계가 등장했습니다. 그들 모두는 Geiger-Muller 계수기를 방사선 센서로 사용합니다. 가정용 선량계에는 1~2개의 튜브나 엔드카운터가 설치된다.

방사선량 측정 단위

오랫동안 측정 단위는 P(뢴트겐)가 일반적이었습니다. 그러나 SI 시스템으로 이동하면 다른 단위가 나타납니다. 엑스레이는 노출량의 단위, 즉 "방사선의 양"으로, 건조한 공기에서 생성되는 이온의 수로 표시됩니다. 공기 1cm3당 1R의 양으로 2.082e9쌍의 이온이 형성됩니다(SGSE 전하 1단위에 해당). SI 시스템에서 노출량은 킬로그램당 쿨롱으로 표시되며 X선의 경우 이는 다음 방정식과 관련됩니다.

1C/kg = 3876R

방사선의 흡수선량은 킬로그램당 줄(J) 단위로 측정되며 그레이(Gray)라고 합니다. 이것은 오래된 rad 장치를 대체하는 것입니다. 흡수선량률은 초당 회색으로 측정됩니다. 이전에는 초당 뢴트겐으로 측정되었던 노출 선량률(EDR)이 이제는 킬로그램당 암페어로 측정됩니다. 흡수선량을 1Gy(회색)로 하고 방사선질계수를 1로 했을 때의 등가선량을 시버트(Sievert)라고 합니다. 렘(엑스레이의 생물학적 등가물)은 1/100 시버트로 이제는 쓸모없는 것으로 간주됩니다. 그럼에도 불구하고 오늘날에도 모든 구식 장치가 매우 적극적으로 사용되고 있습니다.

방사선 측정의 주요 개념은 선량(dose)과 전력(power)입니다. 선량은 물질의 이온화 과정에서 기본 전하의 수이고 전력은 단위 시간당 선량 형성 속도입니다. 그리고 이것이 어떤 단위로 표현되는지는 취향과 편의성의 문제입니다.

최소한의 복용량이라도 신체에 장기적인 결과를 초래하면 위험합니다. 위험 계산은 매우 간단합니다. 예를 들어, 선량계는 시간당 300밀리뢴트겐을 표시합니다. 이 장소에 하루 동안 머무르면 24*0.3=7.2뢴트겐의 복용량을 받게 됩니다. 이것은 위험하므로 가능한 한 빨리 이곳을 떠나야 합니다. 일반적으로 약한 방사선이라도 검출되면 멀리 떨어져서 멀리서도 확인해야 합니다. 그녀가 "당신을 따라온다"면 당신은 "축하합니다"라고 말할 수 있습니다. 당신은 중성자에 맞은 것입니다. 그러나 모든 선량계가 이에 반응할 수 있는 것은 아닙니다.

방사선원의 경우 단위 시간당 붕괴 횟수를 나타내는 양이 사용됩니다. 이를 활동이라고 하며 퀴리, 베크렐, 러더퍼드 등 다양한 단위로 측정됩니다. 충분한 시간 간격을 두고 두 번 측정한 방사능량이 감소하면 방사성 붕괴 법칙에 따라 선원이 충분히 안전해지는 시간을 계산할 수 있습니다.

독일의 물리학자 한스 빌헬름 가이거(Hans Wilhelm Geiger)가 1908년에 발명한 이 장치는 오늘날 널리 사용되고 있습니다. 그 이유는 장치의 높은 감도와 다양한 방사선을 감지하는 능력 때문입니다. 작동이 간편하고 비용이 저렴하므로 방사선 수준을 독립적으로 측정하기로 결정한 사람은 누구나 언제 어디서나 가이거 계수기를 구입할 수 있습니다. 이것은 어떤 종류의 장치이며 어떻게 작동합니까?

가이거 계수기의 작동 원리

그 디자인은 아주 간단합니다. 네온과 아르곤으로 구성된 가스 혼합물은 쉽게 이온화되는 두 개의 전극이 있는 밀봉된 실린더로 펌핑됩니다. 이는 전극(약 400V)에 공급되며, 장치의 가스 환경에서 이온화 과정이 시작되는 순간까지 자체적으로 방전 현상을 일으키지 않습니다. 외부에서 도착하는 입자의 출현은 해당 장에서 가속된 1차 전자가 기체 매질의 다른 분자를 이온화하기 시작한다는 사실로 이어집니다. 결과적으로 전기장의 영향으로 눈사태와 같은 새로운 전자와 이온 생성이 발생하여 전자 이온 구름의 전도도가 급격히 증가합니다. 가이거 계수기의 가스 환경에서 방전이 발생합니다. 특정 시간 내에 발생하는 펄스 수는 감지된 입자 수에 정비례합니다. 그러한 것은 일반 개요가이거 계수기의 작동 원리.

그 결과 기체 매체가 원래 상태로 돌아가는 역과정이 저절로 발생합니다. 할로겐(보통 브롬이나 염소가 사용됨)의 영향으로 이 환경에서 강렬한 전하 재결합이 발생합니다. 이 과정은 훨씬 더 느리게 발생하므로 가이거 계수기의 감도를 복원하는 데 필요한 시간은 장치의 매우 중요한 여권 특성입니다.

가이거 계수기의 작동 원리는 매우 간단하다는 사실에도 불구하고 가장 많은 전리 방사선에 반응할 수 있습니다. 다양한 유형. 이들은 α-, β-, γ-뿐만 아니라 X선, 중성자이며 모든 것은 장치 설계에 따라 다릅니다. 따라서 α-선과 연한 β-선을 감지할 수 있는 가이거 계수기의 입력 창은 3~10 마이크론 두께의 운모로 만들어집니다. 탐지용은 베릴륨으로 만들어졌고, 자외선은 석영으로 만들어졌다.

가이거 계수기는 어디에 사용되나요?

가이거 계수기의 작동 원리는 대부분의 현대 선량계 작동의 기초입니다. 상대적으로 가격이 저렴한 이러한 소형 장치는 매우 민감하며 이해하기 쉬운 측정 단위로 결과를 표시할 수 있습니다. 사용이 간편하므로 선량 측정에 대한 이해가 거의 없는 사람들도 이러한 장치를 사용할 수 있습니다.

기능과 측정 정확도에 따라 선량계는 전문가용일 수도 있고 가정용일 수도 있습니다. 도움을 받으면 기존 소스를 시기적절하고 효과적으로 결정할 수 있습니다. 이온화 방사선옥외와 실내 모두.

가이거 계수기의 원리를 작동에 활용하는 이러한 장치는 시각, 청각 또는 진동 신호를 모두 사용하여 위험을 신속하게 알릴 수 있습니다. 따라서 식품, 의복, 가구, 장비, 건축 자재 등을 항상 검사하여 인체에 유해한 방사선이 없는지 확인할 수 있습니다.

가이거 계수기

연성 베타선 측정용 운모 창이 있는 가이거 계수기 SI-8B(USSR). 창은 투명하며 그 아래에는 나선형 와이어 전극이 있습니다. 다른 전극은 장치 본체입니다.

추가 전자 회로는 미터에 전원(보통 최소 300)을 제공하고 필요한 경우 방전 취소를 제공하며 카운터를 통해 방전 횟수를 계산합니다.

가이거 계수기는 비자기 담금질과 자가 담금질로 구분됩니다(필요하지 않음). 외부 회로퇴원 종료).

미터의 감도는 가스의 구성, 부피, 벽의 재질 및 두께에 따라 결정됩니다.

메모

역사적인 이유로 인해 이 용어와 후속 용어의 러시아어 버전과 영어 버전 간에 불일치가 있었습니다.

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위키미디어 재단.

2010.

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- [이름으로 독일어. 물리학자 H. Geiger(H. Geiger; 1882 1945) 및 W. Muller(W. Muller; 1905 79)] 방사성 및 기타 전리 방사선의 가스 방전 검출기(a 및 베타 입자, 양자, 빛 및 X선 양자, 우주 입자.... 큰 백과사전 폴리테크닉 사전

카운터는 무언가를 계산하는 장치입니다. 카운터(전자제품) 이벤트 수를 계산하는 장치, 다음 친구연속 합산을 사용하여 서로 뒤따르거나(예: 펄스) 누적 정도를 결정하기 위해 ... ... Wikipedia