Geiger-Mullerov počítač: princíp činnosti a účel. Geigerovo počítadlo: variácie prístrojov a domácností Geigerov počítadlo sa používa na registráciu

Úvod

1. Vymenovanie pultov

Zariadenie a princíp činnosti počítadla

Základné fyzikálne zákony

1 Zotavenie po registrácii častíc

2 Dozimetrická charakteristika

3 Charakteristika počítania snímača

Záver

Bibliografia

Úvod

Geiger-Mullerove počítadlá sú najbežnejšími detektormi (senzormi) ionizujúceho žiarenia. Tie, vynájdené na samom začiatku nášho storočia pre potreby rodiacej sa jadrovej fyziky, zatiaľ, napodiv, nemajú žiadnu plnohodnotnú náhradu. Geigerov počítač je vo svojej podstate veľmi jednoduchý. Plynná zmes pozostávajúca hlavne z ľahko ionizovateľného neónu a argónu sa zaviedla do dobre evakuovanej utesnenej nádoby s dvoma elektródami. Valec môže byť sklenený, kovový a pod. Bežne merače vnímajú žiarenie celou svojou plochou, ale sú aj také, ktoré majú na to špeciálne „okienko“ vo valci.

Na elektródy je privedené vysoké napätie U (pozri obr.), ktoré samo o sebe nespôsobuje žiadne výbojové javy. Počítadlo zostane v tomto stave, kým sa v jeho plynnom prostredí neobjaví ionizačné centrum - stopa iónov a elektrónov generovaných ionizujúcou časticou, ktorá prišla zvonku. Primárne elektróny, ktoré sa zrýchľujú v elektrickom poli, ionizujú "počas" iných molekúl plynného média, pričom generujú stále viac nových elektrónov a iónov. Tento proces, ktorý sa vyvíja ako lavína, končí vytvorením elektrón-iónového oblaku v medzielektródovom priestore, čo prudko zvyšuje jeho vodivosť. V plynovom prostredí počítadla dochádza k výboju, ktorý je viditeľný (ak je nádoba priehľadná) aj jednoduchým okom.

Spätný proces - návrat plynného média do pôvodného stavu v takzvaných halogénových metroch - nastáva sám. Do činnosti vstupujú halogény (zvyčajne chlór alebo bróm), ktoré sú v malom množstve obsiahnuté v plynnom prostredí, ktoré prispievajú k intenzívnej rekombinácii nábojov. Ale tento proces je oveľa pomalší. Čas potrebný na obnovenie citlivosti Geigerovho počítača na žiarenie a vlastne určuje jeho rýchlosť – „mŕtvy“ čas – je jeho dôležitou pasovou charakteristikou. Takéto merače sa nazývajú halogénové samozhášacie merače. S najnižším napájacím napätím, výbornými parametrami výstupného signálu a dostatočne vysokou rýchlosťou sa ukázali ako vhodné najmä na použitie ako snímače ionizujúceho žiarenia v zariadeniach na monitorovanie radiácie v domácnostiach.

Geigerove počítače sú schopné reagovať na rôzne typy ionizujúceho žiarenia - a, b, g, ultrafialové, röntgenové, neutrónové. Ale skutočná spektrálna citlivosť počítadla závisí vo veľkej miere od jeho konštrukcie. Vstupné okno čítača citlivého na a- a mäkké b-žiarenie teda musí byť veľmi tenké; na to sa zvyčajne používa sľuda s hrúbkou 3 ... 10 mikrónov. Balónik počítadla, ktorý reaguje na tvrdé b- a g-žiarenie, má zvyčajne tvar valca s hrúbkou steny 0,05 .... 0,06 mm (slúži aj ako katóda počítadla). Okienko röntgenového počítadla je vyrobené z berýlia a počítadlo ultrafialového žiarenia je vyrobené z kremenného skla.

geiger muller dozimetrické počítadlo žiarenia

1. Vymenovanie pultov

Geiger-Mullerov počítač je dvojelektródový prístroj určený na stanovenie intenzity ionizujúceho žiarenia, alebo inými slovami na počítanie ionizujúcich častíc vznikajúcich pri jadrových reakciách: héliové ióny (- častice), elektróny (- častice), X- lúčové kvantá (- častice) a neutróny. Častice sa šíria veľmi vysokou rýchlosťou [až 2 . 10 7 m/s pre ióny (energia do 10 MeV) a približne rýchlosť svetla pre elektróny (energia 0,2 - 2 MeV)], vďaka čomu prenikajú dovnútra čítača. Úlohou počítadla je vytvoriť krátky (zlomok milisekúnd) napäťový impulz (jednotky - desiatky voltov), ​​keď častica vstúpi do objemu zariadenia.

V porovnaní s inými detektormi (senzormi) ionizujúceho žiarenia (ionizačná komora, proporcionálne počítadlo) má Geiger-Mullerov počítadlo vysokú prahovú citlivosť - umožňuje kontrolovať prirodzené rádioaktívne pozadie zeme (1 častica na cm 2 v 10 - 100 sekúnd). Horná hranica merania je relatívne nízka - do 10 4 častíc na cm 2 za sekundu alebo do 10 Sievert za hodinu (Sv / h). Vlastnosťou počítadla je schopnosť vytvárať rovnaké výstupné napäťové impulzy bez ohľadu na typ častíc, ich energiu a počet ionizácií produkovaných časticou v objeme senzora.

2. Zariadenie a princíp činnosti počítadla

Činnosť Geigerovho počítača je založená na nesamostatnom pulznom výboji plynu medzi kovovými elektródami, ktorý je iniciovaný jedným alebo viacerými elektrónmi, ktoré sa objavia ako výsledok ionizácie plynu -, - alebo -častice. Merače zvyčajne používajú valcovú konštrukciu elektród a priemer vnútorného valca (anódy) je oveľa menší (2 a viac rádov) ako vonkajšieho (katóda), čo má zásadný význam. Charakteristický priemer anódy je 0,1 mm.

Častice vstupujú do počítadla cez vákuový plášť a katódu vo „valcovej“ verzii konštrukcie (obr. 2, a) alebo cez špeciálne ploché tenké okienko v „koncovej“ verzii prevedenia (obr. 2 ,b). Posledný variant sa používa na detekciu β-častíc, ktoré majú nízku penetračnú schopnosť (napr. sú zachytené hárkom papiera), ale sú veľmi biologicky nebezpečné, ak sa zdroj častíc dostane do tela. Detektory so sľudovým okienkom sa používajú aj na počítanie porovnateľne nízkoenergetických β-častíc ("mäkké" beta žiarenie).

Ryža. 2. Schematické konštrukcie valcového ( a) a koniec ( b) Geigerove počítadlá. Označenia: 1 - vákuová škrupina (sklo); 2 - anóda; 3 - katóda; 4 - okienko (sľuda, celofán)

Vo valcovej verzii počítadla, ktorá je určená na detekciu vysokoenergetických častíc alebo mäkkých röntgenových lúčov, sa používa tenkostenný vákuový plášť a katóda je vyrobená z tenkej fólie alebo vo forme tenkého kovového filmu (meď, hliník) nanesený na vnútornom povrchu škrupiny. V mnohých prevedeniach je prvkom vákuového plášťa tenkostenná kovová katóda (s výstuhami). Tvrdé röntgenové žiarenie (-častice) má vysokú penetračnú silu. Preto ho zaznamenávajú detektory s dostatočne hrubými stenami vákuového plášťa a masívnou katódou. V neutrónových počítadlách je katóda pokrytá tenkou vrstvou kadmia alebo bóru, v ktorej sa neutrónové žiarenie jadrovými reakciami premieňa na rádioaktívne.

Objem zariadenia je zvyčajne naplnený argónom alebo neónom s malou (do 1%) prímesou argónu pri tlaku blízkom atmosférickému (10 -50 kPa). Na elimináciu nežiaducich javov dohasnutia sa do plynovej náplne pridáva prímes brómových alebo alkoholových pár (do 1 %).

Schopnosť Geigerovho počítača detekovať častice bez ohľadu na ich typ a energiu (vygenerovať jeden napäťový impulz bez ohľadu na počet elektrónov vytvorených časticou) je daná skutočnosťou, že vzhľadom na veľmi malý priemer anódy je takmer všetko napätie aplikované na elektródy je sústredené v úzkej anódovej vrstve. Mimo vrstvy je „oblasť zachytávajúca častice“, v ktorej ionizujú molekuly plynu. Elektróny odtrhnuté časticou z molekúl sú urýchľované smerom k anóde, ale plyn je slabo ionizovaný v dôsledku nízkej intenzity elektrického poľa. Ionizácia prudko narastá po vstupe elektrónov do blízkej anódovej vrstvy s vysokou intenzitou poľa, kde sa vyvíjajú elektrónové lavíny (jedna alebo niekoľko) s veľmi vysokým stupňom znásobenia elektrónov (až 10 7). Výsledný prúd však ešte nedosahuje hodnotu zodpovedajúcu generovaniu signálu snímača.

Ďalšie zvýšenie prúdu na prevádzkovú hodnotu je spôsobené tým, že súčasne s ionizáciou vznikajú v lavínach ultrafialové fotóny s energiou okolo 15 eV, dostatočnou na ionizáciu molekúl nečistôt v plynovej náplni (napr. potenciál molekúl brómu je 12,8 V). Elektróny, ktoré sa objavili v dôsledku fotoionizácie molekúl mimo vrstvy, sú urýchľované smerom k anóde, ale lavíny sa tu nevyvíjajú kvôli nízkej intenzite poľa a proces má malý vplyv na vývoj výboja. Vo vrstve je situácia iná: výsledné fotoelektróny v dôsledku vysokej intenzity iniciujú intenzívne lavíny, v ktorých vznikajú nové fotóny. Ich počet presahuje počiatočný a proces vo vrstve podľa schémy "fotóny - elektrónové lavíny - fotóny" sa rýchlo (niekoľko mikrosekúnd) zvyšuje (vstupuje do "spúšťacieho režimu"). V tomto prípade sa výboj z miesta prvých lavín iniciovaný časticou šíri pozdĺž anódy („priečne zapálenie“), anódový prúd sa prudko zvyšuje a vytvára sa nábežná hrana signálu snímača.

Zostupná hrana signálu (pokles prúdu) je spôsobená dvoma dôvodmi: poklesom anódového potenciálu v dôsledku poklesu napätia z prúdu cez rezistor (na prednej hrane je potenciál udržiavaný medzielektródovou kapacitou) a zníženie intenzity elektrického poľa vo vrstve pôsobením priestorového náboja iónov po odchode elektrónov do anódy (náboj zvyšuje potenciál bodov, v dôsledku čoho klesá pokles napätia na vrstve a na ploche zachytávania častíc sa zvyšuje). Obidva dôvody znižujú intenzitu vývoja lavíny a doznieva proces podľa schémy "lavína - fotóny - lavíny" a klesá prúd cez senzor. Po skončení prúdového impulzu sa anódový potenciál zvýši na počiatočnú úroveň (s určitým oneskorením v dôsledku náboja medzielektródovej kapacity cez anódový rezistor), rozloženie potenciálu v medzere medzi elektródami sa vráti do pôvodnej podoby ako výsledkom úniku iónov na katódu a počítadlo obnovuje schopnosť registrovať príchod nových častíc.

Vyrábajú sa desiatky typov detektorov ionizujúceho žiarenia. Na ich označenie sa používa niekoľko systémov. Napríklad STS-2, STS-4 - samozhášacie koncové počítadlá, alebo MS-4 - počítadlo s medenou katódou (V - s volfrámom, G - s grafitom), alebo SAT-7 - koncové počítadlo častíc, SBM-10 - počítadlo - kovové častice, SNM-42 - počítadlo kovových neutrónov, CPM-1 - počítadlo RTG žiarenia atď.

3. Základné fyzikálne zákony

.1 Výťažnosť po registrácii častíc

Čas, kedy ióny opustia medzeru po registrácii častice, sa ukazuje ako pomerne dlhý – niekoľko milisekúnd, čo obmedzuje hornú hranicu merania dávkového príkonu žiarenia. Pri vysokej intenzite žiarenia prichádzajú častice v intervale kratšom ako je čas odchodu iónov a senzor niektoré častice nezaregistruje. Proces je znázornený oscilogramom napätia na anóde snímača pri obnove jeho výkonu (obr. 3).

Ryža. 3. Oscilogramy napätia na anóde Geigerovho počítača. U o- amplitúda signálu v normálnom režime (stovky voltov). 1 - 5 - počty častíc

Vstup prvej častice (1 na obr. 3) do objemu senzora iniciuje pulzný výboj plynu, ktorý vedie k poklesu napätia o U o(normálna amplitúda signálu). Ďalej sa napätie zvyšuje v dôsledku pomalého poklesu prúdu cez medzeru, keď ióny idú ku katóde a v dôsledku náboja medzielektródovej kapacity zo zdroja napätia cez obmedzovací odpor. Ak sa do senzora v krátkom časovom intervale po príchode prvej dostane ďalšia častica (2 na obr. 3), potom sa výbojové procesy vyvíjajú slabo v dôsledku nízkeho napätia a nízkej intenzity poľa na anóde pri pôsobení iónu. vesmírny náboj. Signál snímača je v tomto prípade neprijateľne malý. Príchod druhej častice po dlhšom časovom intervale po prvej (častice 3 - 5 na obr. 3) dáva signál s väčšou amplitúdou, pretože sa zvyšuje napätie a klesá priestorový náboj.

Ak druhá častica vstúpi do senzora po prvej po intervale kratšom ako je časový interval medzi časticami 1 a 2 na obr. 3, potom z vyššie uvedených dôvodov snímač vôbec negeneruje signál („nepočíta“ časticu). V tomto ohľade sa časový interval medzi časticami 1 a 2 nazýva „mŕtvy čas počítadla“ (amplitúda signálu častice 2 je 10 % normálu). Časový interval medzi časticami 2 a 5 na obr. 3 sa nazýva "čas obnovy snímača" (signál častíc 5 je na 90 % normálny). Počas tejto doby sa amplitúda signálov snímača zníži a počítadlo elektrických impulzov ich nemusí zaregistrovať.

Mŕtvy čas (0,01 - 1 ms) a čas zotavenia (0,1 - 1 ms) sú dôležité parametre Geigerovho počítača. Najvyšší zaznamenaný dávkový príkon je tým vyšší, čím menšie sú hodnoty týchto parametrov. Hlavnými faktormi, ktoré určujú parametre, sú tlak plynu a hodnota obmedzujúceho odporu. S poklesom tlaku a hodnoty odporu sa mŕtva doba a doba zotavenia znižujú, pretože rýchlosť úniku iónov z medzery sa zvyšuje a časová konštanta procesu nabíjania medzielektródovej kapacity klesá.

3.2 Dozimetrická charakterizácia

Citlivosť Geigerovho počítača je pomer frekvencie impulzov generovaných snímačom k dávkovému príkonu žiarenia, meraný v mikrosievertoch za hodinu (µSv/h; možnosti: Sv/s, mSv/s, µSv/s). Typické hodnoty citlivosti: 0,1 - 1 impulz na mikrosievert. V prevádzkovom rozsahu je citlivosť faktorom úmernosti medzi údajom z glukomera (počet impulzov za sekundu) a dávkovým príkonom. Mimo rozsahu je porušená proporcionalita, ktorá odráža dozimetrickú charakteristiku detektora - závislosť odčítaní od dávkového príkonu (obr. 4).

Ryža. Závislosti rýchlosti počítania od dávkového príkonu rádioaktívneho žiarenia (dozimetrické charakteristiky) pre dva počítadlá s rôznymi tlakmi plynu (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)

Z fyzikálnych úvah vyplýva, že pri zvyšovaní dávkového príkonu nemôžu hodnoty snímača prekročiť hodnotu (1/), kde je mŕtvy čas snímača (častice prichádzajúce po časovom intervale kratšom, ako sa neuvažuje). Pracovný lineárny úsek dozimetrickej charakteristiky preto plynulo prechádza v oblasti intenzívneho žiarenia do vodorovnej priamky na úrovni (1/).

S klesajúcou mŕtvou dobou sa dozimetrická charakteristika snímača pri vyššej hladine pri vyššom výkone žiarenia mení na vodorovnú priamku a zvyšuje sa horná hranica merania. Táto situácia sa pozoruje pri poklese tlaku plynu (obr. 4). Zároveň sa však znižuje citlivosť snímača (zvyšuje sa počet častíc prechádzajúcich medzerou výboja plynu bez kolízií s molekulami). Preto, keď tlak klesá, dozimetrická charakteristika klesá. Matematicky je charakteristika opísaná nasledujúcim vzťahom:

kde N- rýchlosť počítania (údaje snímača - počet impulzov za sekundu); - citlivosť počítadla (pulzy za sekundu na mikrosievert); R- dávkový príkon žiarenia; - mŕtvy čas snímača (v sekundách).

3.3 Odozva snímača

Riadenie dávkového príkonu žiarenia sa najčastejšie musí vykonávať vonku alebo v teréne, kde je snímač napájaný batériami alebo inými galvanickými zdrojmi. Ich napätie sa pri práci znižuje. Súčasne procesy vybíjania plynu v senzore do značnej miery závisia od napätia. Preto je závislosť odčítania Geigerovho počítadla od napätia pri konštantnom dávkovom príkone žiarenia jednou z najdôležitejších charakteristík senzora. Závislosť sa nazýva počítacia charakteristika snímača (obr. 5).

Na jednej z uvedených závislostí (krivka 2) sú vyznačené charakteristické body A-D. Pri nízkom napätí (naľavo od bodu ALE) elektróny generované v senzore, keď vstúpi ionizujúca častica, iniciujú elektrónové lavíny, ale ich intenzita je nedostatočná na vytvorenie prúdového impulzu s požadovanou amplitúdou a hodnoty počítadla sú rovné nule. Bodka ALE zodpovedá "napätiu začiatku počítania". S nárastom napätia v sekcii A - B hodnoty počítadla sa zvyšujú, pretože sa zvyšuje pravdepodobnosť elektrónov z oblasti zachytenia častíc do vrstvy blízko anódy s vysokou intenzitou poľa. Pri nízkom napätí sa elektróny pri svojom pohybe do vrstvy rekombinujú s iónmi (najskôr sa môžu „nalepiť“ na molekuly nečistôt brómu za vzniku záporných iónov). V bode AT napätie postačuje na rýchly pohyb takmer všetkých elektrónov do vrstvy a intenzita rekombinácie je blízka nule. Senzor generuje signály s normálnou amplitúdou.

Na pracovnej časti počítacej charakteristiky B – C(“charakteristické plató”) hodnoty počítadla sa so zvyšujúcim sa napätím mierne zvyšujú, čo má veľký praktický význam a je to výhoda Geigerovho počítača. Jeho kvalita je tým vyššia, čím dlhšia je plató (100 -400 V) a čím nižší je sklon horizontálneho rezu počítacej charakteristiky.

Ryža. 5. Závislosti rýchlosti počítania od napätia (charakteristiky počítania) pri rôznych hodnotách tlaku plynu a obsahu brómových nečistôt: 1 - 8 kPa, 0,5 %; 2 - 16 kPa, 0,5 %; 3 - 16 kPa, 0,1 % pre dávkový príkon žiarenia 5 µSv/h. A B C D- charakteristické body krivky 2

Strmosť (alebo sklon) náhornej plošiny S charakterizovaná percentuálnou zmenou odčítaných údajov na merači na jednotku napätia:

, (2)

kde Pozn a N C - odpočet meradla na začiatku a na konci náhornej plošiny; U B a U C- hodnoty napätia na začiatku a na konci plató. Typické hodnoty sklonu sú 0,01 - 0,05 %/V.

Relatívna stabilita nameraných hodnôt na plató počítacej charakteristiky je zabezpečená špecifickým typom výboja, ktorý sa vyskytuje v senzore s príchodom ionizujúcej častice. Zvýšenie napätia zintenzívni vývoj elektrónových lavín, čo však vedie len k zrýchleniu šírenia výboja pozdĺž anódy a schopnosť počítadla generovať jeden signál na časticu nie je takmer narušená.

Mierne zvýšenie rýchlosti čítania so zvyšujúcim sa napätím na plató počítacej charakteristiky je spojené s emisiou elektrónov z katódy pri pôsobení výboja. Emisia je spôsobená takzvanými -procesmi, ktoré sa chápu ako vyťahovanie elektrónov iónmi, excitovanými atómami a fotónmi. Koeficient sa podmienečne považuje za rovný počtu elektrónov na ión (predpokladajú sa excitované atómy a fotóny). Charakteristické hodnoty koeficientu sú 0,1 - 0,01 (10 - 100 iónov vytiahne elektrón, v závislosti od typu plynu a materiálu katódy). Pri takýchto hodnotách koeficientu Geigerov počítač nefunguje, pretože elektróny opúšťajúce katódu sú registrované ako ionizujúce častice (registrujú sa falošné signály).

Normálne fungovanie meradla je zabezpečené zavedením pár brómu alebo alkoholu do plynovej náplne („uhasenie nečistôt“), čo výrazne znižuje koeficient (pod 10 -4). V tomto prípade sa počet falošných signálov tiež prudko znižuje, ale zostáva viditeľný (napríklad niekoľko percent). Keď sa napätie zvyšuje, procesy vybíjania sa zintenzívňujú; zvyšuje sa počet iónov, excitovaných atómov a fotónov a podľa toho sa zvyšuje počet falošných signálov. To vysvetľuje mierne zvýšenie hodnôt snímača na plošine počítacej charakteristiky (zvýšenie sklonu) a na konci plošiny (prechod do strmého úseku C- D). S nárastom obsahu nečistôt koeficient vo väčšej miere klesá, čím sa znižuje sklon plošiny a zväčšuje sa jej dĺžka (krivky 2 a 3 na obr. 5).

Fyzikálny mechanizmus účinku kaliacich nečistôt spočíva v prudkom znížení prísunu iónov, excitovaných atómov a fotónov ku katóde, ktoré môžu spôsobiť emisiu elektrónov, ako aj v zvýšení pracovnej funkcie elektrónov z katódy. Ióny hlavného plynu (neón alebo argón) sa v procese pohybu ku katóde stávajú neutrálnymi atómami v dôsledku „dobíjania“ pri zrážkach s molekulami nečistôt, pretože ionizačný potenciál neónu a argónu je väčší ako potenciál brómu a alkoholu. (resp.: 21,5 V; 15, 7V; 12,8V; 11,3V). Uvoľnená energia sa v tomto prípade vynakladá na deštrukciu molekúl alebo na tvorbu fotónov s nízkou energiou, ktoré nie sú schopné spôsobiť fotoemisiu elektrónov. Takéto fotóny sú navyše dobre absorbované molekulami nečistôt.

Ióny nečistôt vytvorené počas nabíjania vstupujú do katódy, ale nespôsobujú emisiu elektrónov. V prípade brómu sa to vysvetľuje tým, že potenciálna energia iónu (12,8 eV) je nedostatočná na vytiahnutie dvoch elektrónov z katódy (jeden na neutralizáciu iónu a druhý na spustenie elektrónovej lavíny), keďže pracovná funkcia elektrónov z katódy sa v prítomnosti nečistôt brómu zvyšuje na 7 eV. V prípade alkoholu, keď sú ióny neutralizované na katóde, uvoľnená energia sa zvyčajne minie na disociáciu komplexnej molekuly, a nie na vyvrhnutie elektrónov.

Dlhodobé (metastabilné) excitované atómy hlavného plynu, ktoré vznikajú vo výboji, môžu v princípe dopadnúť na katódu a spôsobiť emisiu elektrónov, pretože ich potenciálna energia je dosť vysoká (napríklad 16,6 eV pre neón). Pravdepodobnosť procesu sa však ukazuje ako veľmi malá, pretože atómy pri zrážkach s molekulami nečistôt na ne prenášajú svoju energiu - sú „uhasené“. Energia sa vynakladá na disociáciu molekúl nečistôt alebo na emisiu nízkoenergetických fotónov, ktoré nespôsobujú fotoemisiu elektrónov z katódy a sú dobre absorbované molekulami nečistôt.

Približne podobne sú „uhasené“ vysokoenergetické fotóny pochádzajúce z výboja, ktoré môžu spôsobiť emisiu elektrónov z katódy: sú absorbované molekulami nečistôt s následnou spotrebou energie na disociáciu molekúl a emisiu nízkoenergetických fotóny.

Trvanlivosť čítačov s prídavkom brómu je oveľa vyššia (10 10 - 10 11 impulzov), pretože nie je obmedzená rozkladom kaliacich molekúl nečistôt. Pokles koncentrácie brómu je spôsobený jeho relatívne vysokou chemickou aktivitou, ktorá komplikuje technológiu výroby snímača a obmedzuje výber materiálu katódy (používa sa napríklad nehrdzavejúca oceľ).

Charakteristika počítania závisí od tlaku plynu: s jeho nárastom sa zvyšuje počiatočné napätie počítania (bod ALE sa posúva doprava na obr. 5) a hladina plató stúpa v dôsledku efektívnejšieho zachytávania ionizujúcich častíc molekulami plynu v senzore (krivky 1 a 2 na obr. 5). Zvýšenie odpočítavacieho napätia je vysvetlené skutočnosťou, že podmienky v snímači zodpovedajú pravej vetve Paschenovej krivky.

Záver

Široké používanie Geiger-Mullerovho počítadla sa vysvetľuje jeho vysokou citlivosťou, schopnosťou registrovať rôzne druhy žiarenia a porovnateľnou jednoduchosťou a nízkymi nákladmi na inštaláciu. Počítadlo vynašiel v roku 1908 Geiger a zdokonalil ho Müller.

Cylindrický Geiger-Mullerov počítač pozostáva z kovovej rúrky alebo sklenenej rúrky pokovovanej zvnútra a tenkého kovového vlákna natiahnutého pozdĺž osi valca. Vlákno slúži ako anóda, trubica slúži ako katóda. Rúrka je naplnená riedkym plynom, vo väčšine prípadov sa používajú vzácne plyny ako argón a neón. Medzi katódou a anódou vzniká napätie cca 400 V. U väčšiny meračov existuje tzv. plató, ktoré leží približne od 360 do 460 V, v tomto rozsahu malé kolísanie napätia neovplyvňuje rýchlosť počítania.

Činnosť počítadla je založená na nárazovej ionizácii. γ-kvantá vyžarované rádioaktívnym izotopom, dopadajúce na steny počítadla, vyraďujú z neho elektróny. Elektróny, ktoré sa pohybujú v plyne a zrážajú sa s atómami plynu, vyraďujú elektróny z atómov a vytvárajú kladné ióny a voľné elektróny. Elektrické pole medzi katódou a anódou urýchľuje elektróny na energie, pri ktorých začína nárazová ionizácia. Je tu lavína iónov a prúd cez počítadlo sa prudko zvyšuje. V tomto prípade sa na odpore R vytvorí napäťový impulz, ktorý sa privádza do záznamového zariadenia. Aby počítadlo dokázalo zaregistrovať ďalšiu časticu, ktorá do neho spadla, musí sa uhasiť výboj lavíny. Toto sa deje automaticky. V momente, keď sa na odpore R objaví prúdový impulz, dôjde k veľkému poklesu napätia, takže napätie medzi anódou a katódou prudko klesá - až tak, že sa zastaví výboj a počítadlo je opäť pripravené na prevádzku.

Dôležitou vlastnosťou počítadla je jeho účinnosť. Nie všetky γ-fotóny, ktoré dopadnú na pult, poskytnú sekundárne elektróny a budú registrované, pretože akty interakcie γ-lúčov s hmotou sú relatívne zriedkavé a niektoré zo sekundárnych elektrónov sú absorbované v stenách zariadenia predtým, ako dosiahnu objem plynu.

Účinnosť počítadla závisí od hrúbky stien počítadla, ich materiálu a energie γ-žiarenia. Najúčinnejšie sú čítače, ktorých steny sú vyrobené z materiálu s veľkým atómovým číslom Z, pretože to zvyšuje tvorbu sekundárnych elektrónov. Okrem toho musia byť steny pultu dostatočne hrubé. Hrúbka steny čítača sa volí z podmienky jej rovnosti so strednou voľnou dráhou sekundárnych elektrónov v materiáli steny. Pri veľkej hrúbke steny sekundárne elektróny neprejdú do pracovného objemu počítadla a nenastane prúdový impulz. Keďže γ-žiarenie slabo interaguje s hmotou, účinnosť γ-počítačov je zvyčajne tiež nízka a dosahuje len 1-2%. Ďalšou nevýhodou Geiger-Mullerovho počítača je, že neumožňuje identifikovať častice a určiť ich energiu. Tieto nedostatky chýbajú v scintilačných počítačoch.

Bibliografia

1 Acton D.R. Plynové výbojové zariadenia so studenou katódou. M.; L.: Energia, 1965.

2 Kaganov I.L. Iónové zariadenia. Moskva: Energia, 1972.

3 Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Elektrovákuové elektronické a plynové zariadenia: príručka. Moskva: Rádio a komunikácia, 1985.

4 Knol M., Eichmeicher I. Technická elektronika T. 2. M .: Energia, 1971.

5 Sidorenko V.V. Detektory ionizujúceho žiarenia: Príručka. L .: Stavba lodí, 1989

Schematicky je zariadenie Geiger-Mullerovho počítadla plynových výbojov znázornené na obr. 5.4. Počítadlo je vyrobené vo forme kovového valca slúžiaceho ako katóda Komu, priemer mm. anóda ALE je použitý tenký oceľový drôt s priemerom mm, natiahnutý pozdĺž osi valca a izolovaný od katódy izolačnými zátkami P. Valec je naplnený argónom pri zníženom tlaku ( 100 mm Hg) s pridaním malého množstva ( 0,5 % pár etylalkoholu alebo halogénov.

Na obr. 5.4 ukazuje schému zapojenia počítadla na štúdium jeho prúdovo-napäťových charakteristík. Konštantné napätie sa dodáva elektródam zo zdroja EMF e. Množstvo prúdu prechádzajúceho plynom sa meria úbytkom napätia na meracom odpore R.

Predpokladajme, že plyn je vystavený žiareniu konštantnej intenzity (ionizátor). Pôsobením ionizátora plyn nadobudne určitú elektrickú vodivosť a obvodom bude tiecť prúd, ktorého závislosť od použitého napätia je znázornená na obr.
ryža. 5.5.

Pri nízkych napätiach je prúd prechádzajúci zariadením malý. Je možné registrovať len celkový prúd spôsobený prechodom veľkého množstva častíc. Zariadenia, ktoré pracujú v tomto režime, sú tzv ionizačné komory. Tento režim zodpovedá oblastiam ja a II.

Poloha zapnutá ja prúd rastie úmerne s napätím, t.j. Ohmov zákon je splnený. V tejto oblasti súčasne s ionizačným procesom prebieha spätný proces - rekombinácia (spájanie kladných iónov a elektrónov za vzniku neutrálnych častíc).

S ďalším zvýšením napätia sa nárast sily prúdu spomalí a úplne zastaví (oddiel II). Vyskytuje sa saturačný prúd. Saturačný prúd je maximálna hodnota prúdu, keď všetky ióny a elektróny vytvorené externým ionizátorom za jednotku času dosiahnu elektródy za rovnaký čas. Hodnota saturačného prúdu je určená výkonom ionizátora. Saturačný prúd je mierou ionizačného pôsobenia ionizátora: ak sa pôsobenie ionizátora zastaví, zastaví sa aj výboj.

S ďalším zvýšením napätia sa prúd zvyšuje pomerne pomaly (odsek III). Pri vysokom napätí sa elektróny generované pôsobením externého ionizátora, silne zrýchleného elektrickým poľom, zrážajú s neutrálnymi molekulami plynu a ionizujú ich. V dôsledku toho sa vytvárajú sekundárne elektróny a kladné ióny. Sekundárne elektróny, ktoré sa urýchlili v elektrickom poli, môžu opäť ionizovať molekuly plynu. Celkový počet elektrónov a iónov sa bude zvyšovať ako lavína, keď sa elektróny pohybujú smerom k anóde (tento proces sa nazýva nárazová ionizácia). Prepážky pôsobiace v tejto oblasti ( III), sa volajú proporcionálne.

Počet elektrónov, ktoré dosiahnu anódu, vydelený počtom primárnych elektrónov sa nazýva faktor zosilnenia plynu. Faktor zosilnenia plynu so zvyšujúcim sa napätím rýchlo rastie a pri vysokých napätiach začína závisieť od počtu primárnych elektrónov. Súčasne sa počítadlo prepne z proporcionálneho režimu do režimu obmedzená proporcionalita(zápletka IV). V tejto oblasti nefungujú žiadne prepážky.

Pri ešte vyššom napätí vedie objavenie sa aspoň jedného páru iónov k nástupu samoudržateľného výboja (napätie, pri ktorom dochádza k samovoľnému výboju, sa nazýva prierazné napätie). Prúd prestáva závisieť od počtu pôvodne vytvorených iónov a energie registrovaných častíc. Počítadlo začne pracovať v režime Geiger (oddiel V). Zariadenie, ktoré v tejto oblasti funguje, je tzv Geiger-Mullerov počítač. Nezávislosť sily prúdu od energie ionizujúcich častíc robí počítadlá Geiger-Muller vhodné na registráciu b-častice so spojitým spektrom.

Ďalšie zvýšenie napätia vedie k vzhľadu nepretržitý výboj plynu. Prúd sa v tomto prípade prudko zvyšuje (oddiel VI) a merač môže zlyhať.

Geiger-Mullerov počítač teda pracuje na princípe vnútorného zosilnenia plynu. Keď sa na počítadlo privedie vysoké napätie, pole v blízkosti tenkého vlákna (anódy) je extrémne nehomogénne. V dôsledku veľkého gradientu potenciálu je nabitá častica, ktorá vstupuje do čítača, zrýchlená poľom na energiu viac ako 30 eV. Pri takejto energii častice začne fungovať mechanizmus nárazovej ionizácie, vďaka ktorému sa počet elektrónov znásobí do lavíny. V dôsledku toho sa na odpore anódového zaťaženia vytvorí negatívny impulz. Elektrónová lavína môže vzniknúť z jediného elektrónu zachyteného medzi katódou a anódou.

Charakteristika Geiger-Mullerovho počítača

Efektívnosť počítadlo je pomer počtu registrovaných častíc k celkovému počtu častíc, ktoré ním prechádzajú. Účinnosť počítadla elektrónov môže dosiahnuť 99,9 %. Registrácia g-lúče sú prenášané rýchlymi elektrónmi, ktoré vznikajú počas absorpcie alebo rozptylu g-kvantá v pulte. Účinnosť merača do g-kvantum je zvyčajne rádovo %.

Dôležitou charakteristikou pultu je pozadie. pozadie vymenovať hodnoty zariadenia v neprítomnosti študovaných zdrojov žiarenia. Pozadie počítadla je spôsobené: kozmickým žiarením; prítomnosť rádioaktívnych látok v životnom prostredí vrátane materiálov, z ktorých je elektromer vyrobený; spontánne výboje v počítadle (falošné impulzy). Zvyčajne pri Geiger-Mullerových počítadlách rôznych konštrukcií pozadie kolíše v medziach impulzov/min. Špeciálne metódy dokážu zmenšiť pozadie rádovo.

Geiger-Mullerovo počítadlo dokáže zaregistrovať iba jednu časticu. Na registráciu ďalšej častice je potrebné najskôr uhasiť samovoľný výboj. Preto je dôležitou charakteristikou pultu mŕtvy čas t– čas nečinnosti počítadla, počas ktorého je zhasnutý výboj plynu. Typicky je mŕtvy čas rádovo s.

Výboj plynu v počítadle možno uhasiť dvoma spôsobmi:

1) zavedením komplexnej organickej zlúčeniny do plynu. Mnohé zložité molekuly sú nepriehľadné pre ultrafialové žiarenie a neumožňujú zodpovedajúcim kvantám dosiahnuť katódu. Energia uvoľnená iónmi na katóde v prítomnosti takýchto látok sa nevynakladá na vyťahovanie elektrónov z katódy, ale na disociáciu molekúl. Výskyt nezávislého výboja za takýchto podmienok sa stáva nemožným;

2) pomocou odporu. Táto metóda sa vysvetľuje skutočnosťou, že keď vybíjací prúd preteká odporom, dochádza na ňom k veľkému poklesu napätia. Výsledkom je, že na medzielektródovú medzeru dopadá len časť použitého napätia, ktorá je nedostatočná na udržanie výboja.

Mŕtvy čas závisí od mnohých faktorov: hodnota napätia na počítadle; zloženie plynu - plnivo; spôsob hasenia; životnosť; teplota atď. Preto je ťažké vypočítať.

Jednou z najjednoduchších metód na experimentálne stanovenie mŕtveho času je metóda dvoch zdrojov.

Jadrové premeny a interakcie žiarenia s hmotou majú štatistický charakter. Preto existuje určitá pravdepodobnosť, že dve alebo viac častíc zasiahne počítadlo počas mŕtveho času t, ktorá bude registrovaná ako jedna častica. Predpokladajme, že účinnosť počítadla je rovnaká 100 %. Dovoliť je priemerná rýchlosť dopadu na počítadlo častíc. n je priemerná frekvencia počtu (počet častíc zaregistrovaných za jednotku času). Počas tčastice budú registrované. Celkový mŕtvy čas t bude a počet nespočítaných častíc sa bude rovnať . Budeme predpokladať, že počet častíc, ktoré vstúpili do počítadla, sa bude rovnať súčtu registrovaných a nespočítaných častíc.

Či sa nám to páči alebo nie, žiarenie pevne vstúpilo do našich životov a už sa nechystá odísť. S týmto užitočným aj nebezpečným javom sa musíme naučiť žiť. Žiarenie sa prejavuje ako neviditeľné a nepostrehnuteľné žiarenie a bez špeciálnych prístrojov ich nie je možné odhaliť.

Trochu z histórie radiácie

Röntgenové lúče boli objavené v roku 1895. O rok neskôr bola objavená rádioaktivita uránu aj v súvislosti s röntgenovým žiarením. Vedci si uvedomili, že stoja pred úplne novými, dovtedy nevídanými úkazmi prírody. Zaujímavé je, že fenomén žiarenia bol zaznamenaný o niekoľko rokov skôr, ale nepripisoval sa mu význam, hoci Nikola Tesla a ďalší pracovníci laboratória Edison dostali popáleniny z röntgenových lúčov. Poškodenie zdravia sa pripisovalo čomukoľvek, len nie lúčom, s ktorými sa živá vec v takých dávkach ešte nestretla. Na samom začiatku 20. storočia sa začali objavovať články o škodlivosti žiarenia na zvieratá. Aj tomu sa nepripisoval žiadny význam až do senzačného príbehu „rádioviek“ – pracovníčok v továrni, ktorá vyrábala svietiace hodinky. Štetce namočia len špičkou jazyka. Hrozný osud niektorých z nich nebol z etických dôvodov ani zverejnený a zostal skúškou len pre pevné nervy lekárov.

V roku 1939 fyzika Lisa Meitner, ktorá spolu s Ottom Hahnom a Fritzom Strassmannom hovorí o ľuďoch, ktorí po prvý raz na svete rozdelili jadro uránu, mimovoľne zahmlievala o možnosti reťazovej reakcie a od tej chvíle začala reťazová reakcia myšlienok o vytvorení bomby, konkrétne bomby, a už vôbec nie „mierového atómu“, za ktorú by krvilační politici 20. storočia, samozrejme, nedali ani cent. Tí, ktorí boli „informovaní“, už vedeli, k čomu to povedie, a začali sa preteky v jadrovom zbrojení.

Ako vznikol Geiger-Mullerov počítač?

Nemecký fyzik Hans Geiger, ktorý pracoval v laboratóriu Ernsta Rutherforda, v roku 1908 navrhol princíp činnosti počítadla „nabitých častíc“ ako ďalší vývoj už známej ionizačnej komory, čo bol elektrický kondenzátor naplnený plynom pri nízkej teplote. tlak. Od roku 1895 ho používa Pierre Curie na štúdium elektrických vlastností plynov. Geigera napadlo použiť ho na detekciu ionizujúceho žiarenia práve preto, že toto žiarenie malo priamy vplyv na stupeň ionizácie plynu.

V roku 1928 vytvoril Walter Müller pod vedením Geigera niekoľko typov počítačov žiarenia určených na registráciu rôznych ionizujúcich častíc. Vytvorenie počítadiel bolo veľmi naliehavou potrebou, bez ktorej nebolo možné pokračovať v štúdiu rádioaktívnych materiálov, pretože fyzika ako experimentálna veda je nemysliteľná bez meracích prístrojov. Geiger a Müller cieľavedome pracovali na vytvorení čítačov citlivých na každý z typov žiarenia, ktoré boli objavené: α, β a γ (neutróny boli objavené až v roku 1932).

Geiger-Mullerov počítač sa ukázal ako jednoduchý, spoľahlivý, lacný a praktický snímač žiarenia. Aj keď nejde o najpresnejší prístroj na štúdium určitých typov častíc alebo žiarenia, je mimoriadne vhodný ako prístroj na všeobecné meranie intenzity ionizujúceho žiarenia. A v kombinácii s ďalšími detektormi ho využívajú aj fyzici na čo najpresnejšie merania pri experimentoch.

ionizujúce žiarenie

Pre lepšie pochopenie fungovania Geiger-Mullerovho počítača je užitočné porozumieť ionizujúcemu žiareniu vo všeobecnosti. Podľa definície zahŕňajú čokoľvek, čo môže spôsobiť ionizáciu látky v jej normálnom stave. To si vyžaduje určité množstvo energie. Napríklad rádiové vlny alebo dokonca ultrafialové svetlo nie sú ionizujúce žiarenie. Hranica začína „tvrdým ultrafialovým“, alias „mäkkým röntgenovým lúčom“. Tento typ je fotónovým typom žiarenia. Fotóny s vysokou energiou sa zvyčajne nazývajú gama kvantá.

Ernst Rutherford ako prvý rozdelil ionizujúce žiarenie do troch typov. Toto sa uskutočnilo na experimentálnom usporiadaní s použitím magnetického poľa vo vákuu. Neskôr sa ukázalo, že toto:

α - jadrá atómov hélia
β - vysokoenergetické elektróny
γ - gama kvantá (fotóny)

Neskôr boli objavené neutróny. Alfa častice ľahko zachytí aj obyčajný papier, beta častice majú o niečo väčšiu prenikavosť a gama lúče najvyššiu. Najnebezpečnejšie neutróny (vo vzdialenosti mnohých desiatok metrov vo vzduchu!). Vďaka svojej elektrickej neutralite neinteragujú s elektrónovými obalmi molekúl látky. Ale akonáhle sú v atómovom jadre, ktorého pravdepodobnosť je dosť vysoká, vedú k jeho nestabilite a rozpadu, pričom sa spravidla tvoria rádioaktívne izotopy. A už tie, naopak, chátrajúce, sami tvoria celú „kyticu“ ionizujúceho žiarenia. Najhoršie je, že samotný ožiarený predmet alebo živý organizmus sa stáva zdrojom žiarenia na mnoho hodín a dní.

Zariadenie Geiger-Mullerovho počítača a princíp jeho činnosti

Plynový výboj Geiger-Mullerov počítač je spravidla vyrobený vo forme utesnenej trubice, skla alebo kovu, z ktorej sa evakuuje vzduch a namiesto toho sa pridáva inertný plyn (neón alebo argón alebo ich zmes). pod nízkym tlakom, s prímesou halogénov alebo alkoholu. Pozdĺž osi trubice je natiahnutý tenký drôt a koaxiálne s ním je umiestnený kovový valec. Rúrka aj drôt sú elektródy: elektrónka je katóda a drôt je anóda. Mínus zo zdroja konštantného napätia je pripojený ku katóde a plus zo zdroja konštantného napätia je pripojený k anóde cez veľký konštantný odpor. Elektricky sa získa delič napätia, v ktorého strednom bode (spojenie odporu a anódy počítadla) sa napätie takmer rovná napätiu na zdroji. Zvyčajne je to niekoľko stoviek voltov.

Keď ionizujúca častica preletí trubicou, atómy inertného plynu, už v elektrickom poli vysokej intenzity, zažívajú kolízie s touto časticou. Energia, ktorú častica vydá počas zrážky, stačí na oddelenie elektrónov od atómov plynu. Výsledné sekundárne elektróny sú samy schopné vytvárať nové zrážky, a tak sa získa celá lavína elektrónov a iónov. Pod vplyvom elektrického poľa sa elektróny urýchľujú smerom k anóde a kladne nabité ióny plynu - smerom ku katóde trubice. Tak vzniká elektrický prúd. Ale keďže energia častice už bola úplne alebo čiastočne vynaložená na zrážky (častica preletela trubicou), končí sa aj prísun atómov ionizovaného plynu, čo je žiaduce a je zabezpečené niektorými dodatočnými opatreniami, ktoré bude diskutovať pri analýze parametrov počítadiel.

Keď nabitá častica vstúpi do Geigerovho-Mullerovho počítača, odpor trubice v dôsledku výsledného prúdu klesá a s ním aj napätie v strede deliča napätia, o ktorom sme hovorili vyššie. Potom sa odpor trubice v dôsledku zvýšenia jej odporu obnoví a napätie sa opäť zmení na rovnaké. Tak dostaneme záporný napäťový impulz. Spočítaním hybnosti môžeme odhadnúť počet prechádzajúcich častíc. Intenzita elektrického poľa v blízkosti anódy je obzvlášť vysoká kvôli jej malej veľkosti, vďaka čomu je počítadlo citlivejšie.

Návrhy Geiger-Mullerových počítadiel

Moderné počítadlá Geiger-Muller sú dostupné v dvoch hlavných verziách: "klasické" a ploché. Klasický pult je vyrobený z tenkostennej kovovej rúrky so zvlnením. Vlnitý povrch pultu robí rúrku tuhou, odolnou voči vonkajšiemu atmosférickému tlaku a nedovoľuje jej zrútenie pri jej pôsobení. Na koncoch rúrky sú tesniace izolátory zo skla alebo termosetového plastu. Obsahujú aj koncovky-klobúčiky pre pripojenie k obvodu prístroja. Rúrka je označená a potiahnutá odolným izolačným lakom, samozrejme okrem jej záverov. Polarita vodičov je tiež vyznačená. Ide o univerzálne počítadlo pre všetky typy ionizujúceho žiarenia, najmä pre beta a gama.

Čítače citlivé na mäkké β-žiarenie sa vyrábajú inak. Kvôli krátkemu dosahu β-častíc musia byť vyrobené ploché, so sľudovým okienkom, ktoré slabo oneskoruje beta žiarenie, jednou z možností takéhoto počítadla je radiačný senzor BETA-2. Všetky ostatné vlastnosti meračov sú určené materiálmi, z ktorých sú vyrobené.

Čítače určené na registráciu gama žiarenia obsahujú katódu vyrobenú z kovov s veľkým nábojovým číslom, alebo sú takýmito kovmi potiahnuté. Plyn je extrémne slabo ionizovaný gama fotónmi. Ale na druhej strane, gama fotóny sú schopné vyradiť z katódy veľa sekundárnych elektrónov, ak je to vhodne zvolené. Geiger-Mullerove počítadlá pre beta častice sú vyrobené s tenkými okienkami pre lepšiu priepustnosť častíc, keďže ide o obyčajné elektróny, ktoré práve dostali veľa energie. Veľmi dobre interagujú s hmotou a túto energiu rýchlo strácajú.

V prípade alfa častíc je situácia ešte horšia. Takže napriek veľmi slušnej energii, rádovo niekoľkých MeV, alfa častice veľmi silne interagujú s molekulami, ktoré sú na ceste, a rýchlo strácajú energiu. Ak sa hmota porovná s lesom a elektrón s guľkou, potom sa alfa častice budú musieť porovnať s nádržou, ktorá prerazí les. Bežné počítadlo však na α-žiarenie reaguje dobre, no len na vzdialenosť do niekoľkých centimetrov.

Na objektívne posúdenie úrovne ionizujúceho žiarenia dozimetre na meradlách na všeobecné použitie sú často vybavené dvoma paralelne pracujúcimi počítadlami. Jeden je citlivejší na žiarenie α a β a druhý na žiarenie γ. Takáto schéma na použitie dvoch počítadiel je implementovaná v dozimetri RADEX RD1008 a v dozimetri-rádiometri RADEX MKS-1009 v ktorom je počítadlo inštalované BETA-2 a BETA-2M. Niekedy je medzi pulty umiestnená tyčinka alebo platňa zo zliatiny obsahujúcej prímes kadmia. Keď neutróny zasiahnu takúto tyč, dôjde k γ-žiareniu, ktoré sa zaznamená. Robí sa to preto, aby bolo možné detekovať neutrónové žiarenie, na ktoré sú jednoduché Geigerove počítače prakticky necitlivé. Ďalším spôsobom je pokrytie tela (katódy) nečistotami schopnými prenášať citlivosť na neutróny.

Halogény (chlór, bróm) sa zmiešajú s plynom na rýchle uhasenie výboja. Alkoholové výpary slúžia rovnakému účelu, hoci alkohol je v tomto prípade krátkodobý (toto je vo všeobecnosti vlastnosť alkoholu) a počítadlo „vytriezvenia“ neustále začína „zvoniť“, to znamená, že nemôže fungovať v predpísanom režime. To sa deje niekde po registrácii 1e9 impulzov (miliardy), čo nie je až tak veľa. Halogénové metre sú oveľa odolnejšie.

Parametre a prevádzkové režimy Geigerových počítadiel

Citlivosť Geigerových počítačov.

Citlivosť čítača sa odhaduje pomerom počtu mikroröntgenov z príkladného zdroja k počtu impulzov spôsobených týmto žiarením. Pretože Geigerove počítadlá nie sú určené na meranie energie častíc, presný odhad je zložitý. Počítadlá sú kalibrované podľa štandardných izotopových zdrojov. Je potrebné poznamenať, že tento parameter sa môže značne líšiť pre rôzne typy počítadiel, nižšie sú parametre najbežnejších Geiger-Mullerových počítadiel:

Geiger-Mullerov počítač Beta 2- 160 ÷ 240 imps / µR

Geiger-Mullerov počítač Beta 1- 96 ÷ 144 zobrazení / µR

Geiger-Mullerov počítač SBM-20- 60 ÷ 75 impulzov / µR

Geiger-Mullerov počítač SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imps/µR

Geiger-Mullerov počítač SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imps/µR

Oblasť vstupného okna alebo pracovná oblasť

Oblasť snímača žiarenia, cez ktorú prelietavajú rádioaktívne častice. Táto charakteristika priamo súvisí s rozmermi snímača. Čím väčšia je plocha, tým viac častíc Geiger-Mullerov počítač zachytí. Zvyčajne sa tento parameter uvádza v centimetroch štvorcových.

Geiger-Mullerov počítač Beta 2- 13,8 cm2

Geiger-Mullerov počítač Beta 1- 7 cm2

Toto napätie zodpovedá približne stredu prevádzkovej charakteristiky. Prevádzková charakteristika je plochá časť závislosti počtu zaznamenaných impulzov od napätia, preto sa nazýva aj „plató“. V tomto bode je dosiahnutá najvyššia prevádzková rýchlosť (horná hranica merania). Typická hodnota 400 V.

Šírka prevádzkovej charakteristiky meradla.

Ide o rozdiel medzi napätím prierazu iskry a výstupným napätím na plochej časti charakteristiky. Typická hodnota je 100 V.

Sklon prevádzkovej charakteristiky počítadla.

Sklon sa meria ako percento impulzov na volt. Charakterizuje štatistickú chybu meraní (počítanie počtu impulzov). Typická hodnota je 0,15 %.

Prípustná prevádzková teplota merača.

Pre všeobecné merače -50 ... +70 stupňov Celzia. Toto je veľmi dôležitý parameter, ak merač pracuje v komorách, kanáloch a iných miestach komplexného vybavenia: urýchľovače, reaktory atď.

Pracovný zdroj počítadla.

Celkový počet impulzov, ktoré počítadlo zaregistruje pred okamihom, keď jeho hodnoty začnú byť nesprávne. Pri zariadeniach s organickými prísadami je samozhášanie zvyčajne 1e9 (desať až deviata mocnina alebo jedna miliarda). Zdroj sa berie do úvahy iba vtedy, ak je na elektromer privedené prevádzkové napätie. Ak je počítadlo jednoducho uložené, tento zdroj sa nespotrebuje.

Mŕtvy čas počítadla.

Toto je čas (doba zotavenia), počas ktorej merač vedie prúd po spustení prechádzajúcou časticou. Existencia takéhoto času znamená, že existuje horná hranica frekvencie impulzov, čo obmedzuje rozsah merania. Typická hodnota je 1e-4 s, t.j. desať mikrosekúnd.

Je potrebné poznamenať, že v dôsledku mŕtveho času sa môže ukázať, že snímač je „mimo stupnice“ a v najnebezpečnejšom momente môže byť tichý (napríklad spontánna reťazová reakcia vo výrobe). Vyskytli sa také prípady a na boj proti nim sa používajú olovené obrazovky, ktoré zakrývajú časť senzorov núdzových poplachových systémov.

Vlastné pozadie počítadla.

Merané v olovených komorách s hrubými stenami na vyhodnotenie kvality meračov. Typická hodnota 1 ... 2 impulzy za minútu.

Praktická aplikácia Geigerových počítadiel

Sovietsky a teraz ruský priemysel vyrába mnoho typov počítadiel Geiger-Muller. Tu sú niektoré bežné značky: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, počítadlá série Gamma, koncové počítadlá série " Beta“ a existuje mnoho ďalších. Všetky sa používajú na kontrolu a meranie žiarenia: v zariadeniach jadrového priemyslu, vo vedeckých a vzdelávacích inštitúciách, v civilnej obrane, medicíne a dokonca aj v každodennom živote. Po havárii v Černobyle, dozimetre pre domácnosť, obyvateľstvu dovtedy neznáme ani podľa názvu, sa stali veľmi populárnymi. Objavilo sa mnoho značiek dozimetrov pre domácnosť. Všetky používajú ako snímač žiarenia Geiger-Mullerov počítač. V dozimetroch pre domácnosť sú inštalované jedna až dve trubice alebo koncové počítadlá.

JEDNOTKY MERANIE MNOŽSTVA ŽIARENIA

Dlho bola bežná jednotka merania P (röntgen). Pri prechode do sústavy SI sa však objavia ďalšie jednotky. Röntgen je jednotka expozičnej dávky, „množstvo žiarenia“, ktoré sa vyjadruje počtom iónov vytvorených v suchom vzduchu. Pri dávke 1 R sa v 1 cm3 vzduchu vytvorí 2,082e9 párov iónov (čo zodpovedá 1 jednotke náboja CGSE). V systéme SI je expozičná dávka vyjadrená v coulombách na kilogram a s röntgenovými lúčmi to súvisí s rovnicou:

1 C/kg = 3876 R

Absorbovaná dávka žiarenia sa meria v jouloch na kilogram a nazýva sa Gray. Toto má nahradiť zastaranú radovú jednotku. Absorbovaný dávkový príkon sa meria v sivej farbe za sekundu. Dávka expozície (EDR), predtým meraná v röntgenoch za sekundu, sa teraz meria v ampéroch na kilogram. Ekvivalentná dávka žiarenia, pri ktorej je absorbovaná dávka 1 Gy (Gray) a faktor kvality žiarenia je 1, sa nazýva Sievert. Rem (biologický ekvivalent röntgenu) je stotina sievertu a v súčasnosti sa považuje za zastaraný. Aj dnes sa však všetky zastarané jednotky veľmi aktívne využívajú.

Hlavnými pojmami pri meraní žiarenia sú dávka a výkon. Dávka je počet elementárnych nábojov v procese ionizácie látky a výkon je rýchlosť tvorby dávky za jednotku času. A v akých jednotkách sa vyjadruje, je vecou vkusu a pohodlia.

Aj najmenšia dávka je nebezpečná z hľadiska dlhodobých účinkov na organizmus. Výpočet rizika je pomerne jednoduchý. Napríklad váš dozimeter ukazuje 300 miliroentgénov za hodinu. Ak na tomto mieste zostanete jeden deň, dostanete dávku 24 * 0,3 = 7,2 röntgenov. Je to nebezpečné a musíte sa odtiaľto čo najskôr dostať. Vo všeobecnosti, keď objavíte aj slabé žiarenie, musíte sa od neho vzdialiť a skontrolovať ho aj na diaľku. Ak vás „nasleduje“, môžete si „zablahoželať“, zasiahli vás neutróny. A nie každý dozimeter na ne dokáže reagovať.

Pre zdroje žiarenia sa používa hodnota, ktorá charakterizuje počet rozpadov za jednotku času, nazýva sa to aktivita a tiež sa meria v mnohých rôznych jednotkách: curie, becquerel, rutherford a niektoré ďalšie. Množstvo aktivity merané dvakrát s dostatočným časovým odstupom, ak sa zníži, umožňuje podľa zákona rádioaktívneho rozpadu vypočítať čas, kedy sa zdroj stane dostatočne bezpečným.

Zariadenie, ktoré dokáže určovať, vynašiel v roku 1908 nemecký fyzik Hans Wilhelm Geiger a dnes sa široko používa. Dôvodom je vysoká citlivosť prístroja, jeho schopnosť registrovať rôzne druhy žiarenia. Jednoduchá obsluha a nízke náklady umožňujú kúpiť Geigerov počítač pre každého, kto sa rozhodne nezávisle merať úroveň žiarenia kedykoľvek a kdekoľvek. Čo je toto zariadenie a ako funguje?

Princíp činnosti Geigerovho počítača

Jeho dizajn je celkom jednoduchý. Plynná zmes pozostávajúca z neónu a argónu sa čerpá do uzavretej nádoby s dvoma elektródami, ktorá sa ľahko ionizuje. Ten je privádzaný k elektródam (asi 400V), čo samo o sebe nespôsobuje žiadne výbojové javy až do momentu, kedy sa v plynnom prostredí zariadenia začne proces ionizácie. Vzhľad častíc prichádzajúcich zvonku vedie k tomu, že primárne elektróny, zrýchlené v zodpovedajúcom poli, začnú ionizovať iné molekuly plynného média. V dôsledku toho dochádza pod vplyvom elektrického poľa k lavínovitému vytváraniu nových elektrónov a iónov, ktoré prudko zvyšujú vodivosť elektrón-iónového oblaku. V plynnom prostredí Geigerovho počítača dochádza k výboju. Počet impulzov, ktoré sa vyskytnú počas určitého časového obdobia, je priamo úmerný počtu detekovaných častíc. Toto je vo všeobecnosti princíp fungovania Geigerovho počítača.

Spätný proces, v dôsledku ktorého sa plynné médium vráti do pôvodného stavu, nastáva sám. Vplyvom halogénov (zvyčajne sa používa bróm alebo chlór) dochádza v tomto médiu k intenzívnej rekombinácii nábojov. Tento proces je oveľa pomalší, a preto je čas potrebný na obnovenie citlivosti Geigerovho počítača veľmi dôležitou pasovou charakteristikou zariadenia.

Napriek tomu, že princíp činnosti Geigerovho počítača je pomerne jednoduchý, je schopný reagovať na ionizujúce žiarenie rôznych typov. Ide o α-, β-, γ-, ako aj röntgen, neutrón a Všetko závisí od konštrukcie zariadenia. Vstupné okienko Geigerovho počítača schopného registrovať α- a mäkké β-žiarenie je teda vyrobené zo sľudy s hrúbkou 3 až 10 mikrónov. Na detekciu je vyrobený z berýlia a ultrafialový - z kremeňa.

Kde sa používa Geigerov počítač?

Princíp činnosti Geigerovho počítača je základom fungovania väčšiny moderných dozimetrov. Tieto malé, relatívne lacné zariadenia sú dosť citlivé a dokážu zobraziť výsledky v čitateľných jednotkách. Ich jednoduchosť použitia umožňuje ovládať tieto prístroje aj tým, ktorí majú dozimetriu veľmi vzdialenú.

Dozimetre sú podľa svojich možností a presnosti merania profesionálne a domáce. S ich pomocou je možné včas a efektívne určiť existujúci zdroj ionizovaného žiarenia ako na voľnom priestranstve, tak aj v interiéri.

Tieto zariadenia, ktoré pri svojej práci využívajú princíp činnosti Geigerovho počítača, dokážu včas signalizovať nebezpečenstvo pomocou vizuálnych aj zvukových či vibračných signálov. Takže môžete vždy skontrolovať jedlo, oblečenie, preskúmať nábytok, vybavenie, stavebné materiály atď., či neobsahuje žiarenie škodlivé pre ľudské telo.

Geigerov počítač

Geigerov počítač SI-8B (ZSSR) so sľudovým okienkom na meranie mäkkého β-žiarenia. Okienko je priehľadné, pod ním vidíte špirálovú drôtenú elektródu, druhá elektróda je telo prístroja.

Dodatočný elektronický obvod dodáva počítadlu energiu (zvyčajne nie menej ako 300 voltov), ​​v prípade potreby zabezpečuje potlačenie výboja a počíta počet výbojov cez počítadlo.

Geigerove počítadlá sa delia na nesamozhášacie a samozhášacie (nevyžadujú externý výbojový ukončovací obvod).

Citlivosť počítadla je určená zložením plynu, jeho objemom, ako aj materiálom a hrúbkou jeho stien.

Poznámka

Je potrebné poznamenať, že z historických dôvodov existuje rozpor medzi ruskou a anglickou verziou tohto a nasledujúcich výrazov:

pozri tiež

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je "Geiger Counter" v iných slovníkoch:

Geiger-Mullerov počítač- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Geiger Müller počítadlo; Počítadlo Geiger Müller vok. Geiger Müller Zahlrohr, n; GM Zahlrohr, n rus. Geiger Muller counter, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; rúrka … Fizikos terminų žodynas

bit Geiger-Mullerov počítadlo- — Témy ropný a plynárenský priemysel EN elektronický analyzátor výšky impulzov … Technická príručka prekladateľa

- ... Wikipedia

- (Geiger Mullerovo počítadlo), detektor výboja plynu, ktorý sa spustí, keď náboj prejde jeho objemom. h c. Veľkosť signálu (prúdový impulz) nezávisí od energie h c (prístroj pracuje v režime samočinného vybíjania). G. s. vynájdený v roku 1908 v Nemecku ... ... Fyzická encyklopédia

Zariadenie s plynovou výbojkou na detekciu ionizujúceho žiarenia (častice a - a b, g kvantá, svetelné a röntgenové kvantá, častice kozmického žiarenia atď.). Geiger-Mullerov pult je hermeticky uzavretá sklenená trubica ... Encyklopédia techniky

Geigerov počítač- Geigerov počítač GEIGER COUNTER, detektor častíc plynového výboja. Spustí sa, keď častica alebo g kvantum vstúpi do svojho objemu. Vynašiel v roku 1908 nemecký fyzik H. Geiger a zdokonalil ho spolu s nemeckým fyzikom W. Müllerom. Geiger...... Ilustrovaný encyklopedický slovník

GEIGER COUNTER, detektor častíc s plynovým výbojom. Spustí sa, keď častica alebo g kvantum vstúpi do svojho objemu. Vynašiel v roku 1908 nemecký fyzik H. Geiger a zdokonalil ho spolu s nemeckým fyzikom W. Müllerom. Použilo sa Geigerovo počítadlo.... Moderná encyklopédia

Zariadenie s plynovou výbojkou na detekciu a štúdium rôznych druhov rádioaktívneho a iného ionizujúceho žiarenia: častice α a β, kvantá γ, svetelné a röntgenové kvantá, vysokoenergetické častice v kozmickom žiarení (pozri Kozmické žiarenie) a ... Veľká sovietska encyklopédia

- [pomenovaný Nemec. fyzici X. Geiger (N. Geiger; 1882 1945) a W. Muller (W. Muller; 1905 79)] plynový výbojový detektor rádioaktívneho a iného ionizujúceho žiarenia (častice a a beta, kvantá, svetelné a röntgenové kvantá, kozmické častice, žiarenie ... ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

Počítadlo je zariadenie na počítanie niečoho. Počítadlo (elektronika) zariadenie na počítanie počtu udalostí nasledujúcich za sebou (napríklad impulzov) pomocou kontinuálneho sčítania, alebo na určenie miery akumulácie ktorých ... ... Wikipedia