Numëruesi Geiger-Muller: parimi dhe qëllimi i funksionimit. Numëruesi Geiger: variacionet e pajisjes dhe amvisërive Numëruesi Geiger përdoret për regjistrim

Hyrje

1. Qëllimi i njehsorëve

Pajisja dhe parimi i funksionimit të njehsorit

Ligjet themelore fizike

1 Rivendosja e funksionalitetit pas regjistrimit të një grimce

2 Karakteristikat dozimetrike

3 Karakteristikë e numërimit të sensorit

konkluzioni

Referencat

Hyrje

Numëruesit Geiger-Muller janë detektorët (sensorët) më të zakonshëm të rrezatimit jonizues. Deri më tani, i shpikur në fillim të shekullit tonë për nevojat e fizikës bërthamore të sapolindur, nuk ka, çuditërisht, asnjë zëvendësim të plotë. Në thelb, një numërues Geiger është shumë i thjeshtë. Në një enë të mbyllur mirë të evakuuar me dy elektroda futet përzierje gazi, i përbërë kryesisht nga neoni dhe argon lehtësisht i jonizuar. Cilindri mund të jetë qelqi, metali etj. Në mënyrë tipike, numëruesit perceptojnë rrezatim në të gjithë sipërfaqen e tyre, por ka edhe nga ata që kanë një "dritare" të veçantë në cilindër për këtë qëllim.

Në elektroda aplikohet një tension i lartë U (shih figurën), i cili në vetvete nuk shkakton asnjë fenomen shkarkimi. Numëruesi do të mbetet në këtë gjendje derisa të shfaqet një qendër jonizimi në mjedisin e tij të gaztë - një gjurmë jonesh dhe elektronesh të krijuara nga një grimcë jonizuese që vjen nga jashtë. Elektronet primare, që përshpejtohen në fushë elektrike, jonizojnë "gjatë rrugës" molekula të tjera të mediumit të gaztë, duke gjeneruar gjithnjë e më shumë elektrone dhe jone. Duke u zhvilluar si një ortek, ky proces përfundon me formimin e një reje elektron-jonike në hapësirën ndërelektrodike, duke rritur ndjeshëm përçueshmërinë e saj. Një shkarkim ndodh në mjedisin e gazit të njehsorit, i dukshëm (nëse ena është transparente) edhe me sy të lirë.

Procesi i kundërt - kthimi i mediumit të gaztë në gjendjen e tij origjinale në të ashtuquajturat matës halogjen - ndodh vetvetiu. Veprimi hyn në lojë me halogjenet (zakonisht klor ose brom), të përmbajtura në sasi të vogla në mjedisin e gazit, të cilat kontribuojnë në rikombinimin intensiv të ngarkesës. Por ky proces është shumë më i ngadalshëm. Kohëzgjatja e nevojshme për të rivendosur ndjeshmërinë ndaj rrezatimit të një numëruesi Geiger dhe në fakt përcakton performancën e tij - koha "e vdekur" - është një karakteristikë e rëndësishme e tij. Matësa të tillë quhen matës halogjenë vetë-shuarës. Karakterizohen nga tensioni më i ulët i furnizimit, parametrat e shkëlqyer të sinjalit të daljes dhe shpejtësia mjaft e lartë, ato janë provuar të jenë veçanërisht të përshtatshme për t'u përdorur si sensorë të rrezatimit jonizues në pajisje shtëpiake kontrollin e rrezatimit.

Numëruesit Geiger janë në gjendje të përgjigjen më së shumti lloje të ndryshme rrezatimi jonizues - a, b, g, ultravjollcë, rreze x, neutron. Por ndjeshmëria aktuale spektrale e numëruesit varet kryesisht nga dizajni i tij. Kështu, dritarja hyrëse e një kundër-sensitive ndaj rrezatimit a- dhe të butë b duhet të jetë shumë e hollë; Për këtë qëllim zakonisht përdoret mikë me trashësi 3...10 mikron. Cilindri kundër, i cili reagon ndaj rrezatimit të fortë b- dhe g, zakonisht ka formën e një cilindri me trashësi muri 0,05...0,06 mm (shërben edhe si katodë e numëruesit). Dritarja e banakut me rreze X është prej beriliumi, dhe dritarja e banakut ultravjollcë është prej xhami kuarci.

geiger müller kundër rrezatimi dozimetrik

1. Qëllimi i njehsorëve

Një numërues Geiger-Muller është një pajisje me dy elektroda e krijuar për të përcaktuar intensitetin e rrezatimit jonizues ose, me fjalë të tjera, për të numëruar grimcat jonizuese që dalin gjatë reaksioneve bërthamore: jonet e heliumit (- grimcat), elektronet (- grimcat), rrezet X. kuantet (- grimcat) dhe neutronet. Grimcat përhapen me shpejtësi shumë të larta [deri në 2. 10 7 m/s për jonet (energjia deri në 10 MeV) dhe rreth shpejtësisë së dritës për elektronet (energjia 0,2 - 2 MeV)], për shkak të së cilës ato depërtojnë brenda numëruesit. Roli i numëruesit është të gjenerojë një impuls të tensionit të shkurtër (fraksione të një milisekondi) (njësi - dhjetëra volt) kur një grimcë hyn në vëllimin e pajisjes.

Krahasuar me detektorë të tjerë (sensorë) rrezatimi jonizues(dhoma e jonizimit, numëruesi proporcional) Numëruesi Geiger-Muller ka një ndjeshmëri të lartë të pragut - ju lejon të kontrolloni sfondin radioaktiv natyror të tokës (1 grimcë për cm 2 në 10 - 100 sekonda). Kufiri i sipërm i matjes është relativisht i ulët - deri në 10 4 grimca për cm 2 në sekondë ose deri në 10 Sievert në orë (Sv/h). Një tipar i veçantë i numëruesit është aftësia për të gjeneruar impulse identike të tensionit të daljes pavarësisht nga lloji i grimcave, energjia e tyre dhe numri i jonizimeve të prodhuara nga grimca në vëllimin e sensorit.

2. Projektimi dhe parimi i funksionimit të njehsorit

Funksionimi i një numëruesi Geiger bazohet në një shkarkim gazi pulsues jo vetë-qëndrueshëm midis elektrodave metalike, i cili inicohet nga një ose më shumë elektrone që rezultojnë nga jonizimi i një grimce gazi -, -, ose -. Matësit zakonisht përdorin një dizajn elektrodë cilindrike, dhe diametri i cilindrit të brendshëm (anodë) është shumë më i vogël (2 ose më shumë renditje të madhësisë) se ai i jashtëm (katoda), që ka një rëndësi thelbësore. Diametri karakteristik i anodës është 0.1 mm.

Grimcat hyjnë në banak përmes një guaskë vakumi dhe një katode në një dizajn "cilindrik" (Fig. 2, A) ose përmes një dritareje të veçantë të hollë të sheshtë në versionin "fund" të dizajnit (Fig. 2 , b). Opsioni i fundit përdoret për të regjistruar grimcat që kanë aftësi të ulët depërtuese (të mbajtura, për shembull, nga një fletë letre), por janë shumë të rrezikshme biologjikisht nëse burimi i grimcave hyn në trup. Detektorët me dritare mike përdoren gjithashtu për të numëruar grimcat me energji relativisht të ulët (rrezatimi beta "i butë").

Oriz. 2. Hartime skematike të një cilindrike ( A) dhe fundi ( b) Numron Geiger. Emërtimet: 1 - guaskë vakum (qelqi); 2 - anodë; 3 - katodë; 4 - dritare (mikë, celofan)

Në versionin cilindrik të banakut, i krijuar për të regjistruar grimcat me energji të lartë ose rrezet e buta X, përdoret një guaskë vakum me mure të hollë dhe katoda është bërë prej fletë metalike të hollë ose në formën e një filmi të hollë prej metali (bakri , alumini) i depozituar në sipërfaqen e brendshme të guaskës. Në një numër dizajnesh, një katodë metalike me mure të hollë (me ngurtësues) është një element i guaskës së vakumit. Rrezatimi i fortë i rrezeve X (grimcat) ka rritur fuqinë depërtuese. Prandaj, ai regjistrohet nga detektorë me mure mjaft të trasha të një guaskë vakumi dhe një katodë masive. Në numëruesit neutron, katoda është e veshur me një shtresë të hollë kadmiumi ose bor, në të cilën rrezatimi neutron shndërrohet në rrezatim radioaktiv përmes reaksioneve bërthamore.

Vëllimi i pajisjes zakonisht mbushet me argon ose neon me një përzierje të vogël (deri në 1%) të argonit me një presion afër atmosferës (10 -50 kPa). Për të eliminuar fenomenet e padëshirueshme pas shkarkimit, një përzierje e avullit të bromit ose alkoolit (deri në 1%) futet në mbushjen e gazit.

Aftësia e një numëruesi Geiger për të regjistruar grimcat pavarësisht nga lloji dhe energjia e tyre (për të gjeneruar një impuls të tensionit pavarësisht nga numri i elektroneve të gjeneruara nga grimca) përcaktohet nga fakti se, për shkak të diametrit shumë të vogël të anodës, pothuajse i gjithë voltazhi i aplikuar në elektroda është i përqendruar në një shtresë të ngushtë afër anodës. Jashtë shtresës ekziston një "rajon i bllokimit të grimcave" në të cilin ato jonizojnë molekulat e gazit. Elektronet e shkëputura nga grimcat nga molekulat përshpejtohen drejt anodës, por gazi jonizohet dobët për shkak të tensionit të ulët fushë elektrike. Jonizimi rritet ndjeshëm pasi elektronet hyjnë në shtresën afër anodës me forcë të lartë të fushës, ku ortekët elektronikë (një ose disa) zhvillohen me shumë shkallë të lartë shumëzimi i elektroneve (deri në 10 7). Sidoqoftë, rryma që rezulton nga kjo nuk arrin ende një vlerë që korrespondon me formimin e sinjalit të sensorit.

Një rritje e mëtejshme e rrymës në vlerën e funksionimit është për shkak të faktit se në ortekët, njëkohësisht me jonizimin, gjenerohen fotone ultravjollcë me një energji prej rreth 15 eV, të mjaftueshme për të jonizuar molekulat e papastërtive në mbushjen e gazit (për shembull, jonizimi potenciali i molekulave të bromit është 12,8 V). Elektronet që rezultojnë nga fotojonizimi i molekulave jashtë shtresës përshpejtohen drejt anodës, por ortekët nuk zhvillohen këtu për shkak të forcës së ulët të fushës dhe procesi ka pak efekt në zhvillimin e shkarkimit. Në shtresë situata është e ndryshme: fotoelektronet që rezultojnë, për shkak të tensionit të lartë, nisin ortekët intensivë në të cilët krijohen fotone të reja. Numri i tyre tejkalon atë fillestar dhe procesi në shtresë sipas skemës "fotone - ortekë elektronikë - fotone" rritet shpejt (disa mikrosekonda) (hyn në "modalitetin e shkas"). Në këtë rast, shkarkimi nga vendi i ortekëve të parë të inicuar nga grimca përhapet përgjatë anodës ("ndezja tërthore"), rryma e anodës rritet ndjeshëm dhe formohet buza kryesore e sinjalit të sensorit.

Buza e pasme e sinjalit (ulja e rrymës) është për shkak të dy arsyeve: një rënie në potencialin e anodës për shkak të rënies së tensionit nga rryma në të gjithë rezistencën (në skajin kryesor potenciali mbahet nga kapaciteti ndërelektrod) dhe një rënie në forcën e fushës elektrike në shtresën nën ndikimin e ngarkesës hapësinore të joneve pasi elektronet largohen nga anoda (ngarkesa rrit potencialet e pikave, si rezultat i së cilës rënia e tensionit në shtresë zvogëlohet, dhe në zonën e bllokimit të grimcave rritet). Të dyja arsyet zvogëlojnë intensitetin e zhvillimit të ortekëve dhe procesi sipas skemës "ortek - fotone - ortek" zbehet, dhe rryma përmes sensorit zvogëlohet. Pas përfundimit të pulsit aktual, potenciali i anodës rritet në nivelin fillestar (me njëfarë vonese për shkak të ngarkimit të kapacitetit ndërelektrodik përmes rezistencës së anodës), shpërndarja e potencialit në hendekun midis elektrodave kthehet në formën e tij origjinale si një rezultat i largimit të joneve në katodë, dhe numëruesi rikthen aftësinë për të regjistruar ardhjen e grimcave të reja.

Prodhohen dhjetëra lloje të detektorëve të rrezatimit jonizues. Për përcaktimin e tyre përdoren disa sisteme. Për shembull, STS-2, STS-4 - numërues fundor vetë-shuarës, ose MS-4 - numërues me një katodë bakri (B - me tungsten, G - me grafit), ose SAT-7 - numërues i grimcave fundore, SBM- 10 - kundër - grimcat metalike, SNM-42 - numërues neutron metalik, SRM-1 - numërues për rrezet x, etj.

3. Ligjet themelore fizike

.1 Rivendosja e funksionalitetit pas regjistrimit të grimcave

Koha që u duhet joneve për të lënë boshllëkun pas zbulimit të një grimce rezulton të jetë relativisht e madhe - disa milisekonda, gjë që kufizon kufiri i sipërm matjet e shkallës së dozës së rrezatimit. Me intensitet të lartë rrezatimi, grimcat arrijnë në intervale më të shkurtra se koha e nisjes së joneve dhe disa grimca nuk zbulohen nga sensori. Procesi ilustrohet nga një oshilogram tensioni në anodën e sensorit gjatë rivendosjes së funksionalitetit të tij (Fig. 3).

Oriz. 3. Oshilogramet e tensionit në anodën e një numëruesi Geiger. Uo- amplituda e sinjalit në modalitetin normal (qindra volt). 1 - 5 - numrat e grimcave

Hyrja e grimcës së parë (1 në figurën 3) në vëllimin e sensorit fillon një shkarkim pulsues të gazit, i cili çon në një ulje të tensionit me sasinë Uo(amplitudë normale të sinjalit). Më tej, voltazhi rritet si rezultat i një rënie të ngadaltë të rrymës në të gjithë hendekun kur jonet largohen nga katoda dhe për shkak të ngarkimit të kapacitetit ndërelektrod nga burimi i tensionit përmes një rezistence kufizuese. Nëse një grimcë tjetër (2 në Fig. 3) godet sensorin brenda një intervali të shkurtër kohor pasi të mbërrijë i pari, atëherë proceset e shkarkimit zhvillohen dobët për shkak të tensionit të reduktuar dhe forcës së ulët të fushës në anodë në kushtet e veprimit të hapësirës. ngarkesa e joneve. Në këtë rast, sinjali i sensorit rezulton të jetë i papranueshëm i vogël. Ardhja e një grimce të dytë pas një intervali më të gjatë kohor pas së parës (grimcat 3 - 5 në figurën 3) jep një sinjal me amplitudë më të madhe, pasi rritet tensioni dhe zvogëlohet ngarkesa hapësinore.

Nëse grimca e dytë hyn në sensor pas të parës në një interval më të shkurtër se intervali kohor midis grimcave 1 dhe 2 në Fig. 3, atëherë për arsyet e përmendura më lart, sensori nuk gjeneron fare sinjal ("nuk e numëron" grimcën). Në këtë drejtim, intervali kohor midis grimcave 1 dhe 2 quhet "koha e vdekur e numëruesit" (amplituda e sinjalit të grimcës 2 është 10% e normales). Intervali kohor midis grimcave 2 dhe 5 në Fig. 3 quhet "koha e rikuperimit të sensorit" (sinjali i grimcave 5 është 90% normal). Gjatë kësaj kohe, amplituda e sinjaleve të sensorëve zvogëlohet dhe ato mund të mos regjistrohen nga numëruesi i pulsit elektrik.

Koha e vdekur (0.01 - 1 ms) dhe koha e lëshimit (0.1 - 1 ms) janë parametra të rëndësishëm të numëruesit Geiger. Sa më të ulëta të jenë vlerat e këtyre parametrave, aq më e lartë është norma maksimale e dozës së regjistruar. Faktorët kryesorë që përcaktojnë parametrat janë presioni i gazit dhe vlera e rezistencës kufizuese. Me një ulje të presionit dhe vlerës së rezistencës, koha e vdekur dhe koha e rikuperimit zvogëlohen, pasi shkalla e largimit të joneve nga hendeku rritet dhe konstanta kohore e procesit të ngarkimit të kapacitetit ndërelektrod zvogëlohet.

3.2 Karakteristikat dozimetrike

Ndjeshmëria e një numëruesi Geiger është raporti i frekuencës së pulseve të gjeneruara nga sensori ndaj shkallës së dozës së rrezatimit, e matur në mikrosievert në orë (μSv/h; opsionet: Sv/s, mSv/s, μSv/s). Vlerat tipike të ndjeshmërisë: 0,1 - 1 puls për mikrosievert. Në intervalin e funksionimit, ndjeshmëria është një koeficient proporcionaliteti midis leximit të njehsorit (numri i pulseve për sekondë) dhe shpejtësisë së dozës. Jashtë intervalit, proporcionaliteti është shkelur, i cili reflektohet nga karakteristika dozimetrike e detektorit - varësia e leximeve nga shpejtësia e dozës (Fig. 4).

Oriz. Varësia e shkallës së numërimit nga shpejtësia e dozës së rrezatimit radioaktiv (karakteristikat dozimetrike) për dy numërues me presion të ndryshëm gaz (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)

Nga konsideratat fizike rezulton se leximet e sensorit me rritjen e shkallës së dozës nuk mund të kalojnë vlerën (1/), ku është koha e vdekur e sensorit (grimcat që vijnë pas një intervali kohor më të shkurtër se , nuk numërohen). Prandaj, seksioni linear i punës i karakteristikës dozimetrike kalon pa probleme në rajonin e rrezatimit intensiv në një vijë të drejtë horizontale në nivelin (1/).

Ndërsa koha e vdekur zvogëlohet, karakteristika dozimetrike e sensorit kthehet në një vijë të drejtë horizontale për më shumë nivel të lartë me më shumë fuqi të lartë rrezatimi, dhe kufiri i sipërm i matjes rritet. Kjo situatë vërehet kur presioni i gazit ulet (Fig. 4). Sidoqoftë, në të njëjtën kohë, ndjeshmëria e sensorit zvogëlohet (numri i grimcave që kalojnë hendekun e shkarkimit të gazit pa përplasje me molekulat rritet). Prandaj, me uljen e presionit, karakteristika dozimetrike bie. Matematikisht, karakteristika përshkruhet nga marrëdhënia e mëposhtme:

Ku N- shpejtësia e numërimit (leximet e sensorit - numri i pulseve për sekondë); - kundërndjeshmëria (pulse për sekondë për mikrosievert); R- norma e dozës së rrezatimit; - koha e vdekur e sensorit (në sekonda).

3.3 Karakteristika e numërimit të sensorit

Monitorimi i shkallës së dozës së rrezatimit më së shpeshti duhet të bëhet jashtë ose në terren, ku sensori furnizohet me energji nga bateritë ose burime të tjera galvanike. Tensioni i tyre ulet ndërsa punojnë. Në të njëjtën kohë, proceset e shkarkimit të gazit në sensor varen nga voltazhi në një masë shumë të fortë. Prandaj, varësia e leximeve të numëratorit Geiger nga voltazhi me një normë konstante të dozës së rrezatimit është një nga karakteristikat më të rëndësishme të sensorit. Varësia quhet karakteristikë e numërimit të sensorit (Fig. 5).

Në njërën nga varësitë e paraqitura (lakorja 2) janë shënuar pikat karakteristike A-D. Në tension të ulët (në të majtë të pikës A) Elektronet e krijuara në sensor kur një grimcë jonizuese i godet ato, nisin ortekët e elektroneve, por intensiteti i tyre është i pamjaftueshëm për të formuar një impuls aktual të amplitudës së kërkuar dhe leximet e numëruesit janë zero. Pika A korrespondon me "tensionin e numërimit të fillimit". Me rritjen e tensionit në zonë A - B Leximet e numëruesit rriten sepse rritet probabiliteti i hyrjes së elektroneve nga rajoni i bllokimit të grimcave në shtresën afër anodës me forcë të lartë të fushës. Në tension të ulët, elektronet rikombinohen me jonet gjatë lëvizjes së tyre në shtresë (ato së pari mund të "ngjiten" në molekulat e papastërtive të bromit për të formuar jone negative). Në pikën NË voltazhi është i mjaftueshëm për të lëvizur shpejt pothuajse të gjitha elektronet në shtresë, dhe intensiteti i rikombinimit është afër zeros. Sensori prodhon sinjale me amplitudë normale.

Në zonën e punës të karakteristikës së numërimit B - C(“rrafshnalta karakteristike”) leximet e numëratorit rriten pak me rritjen e tensionit, gjë që ka një rëndësi të madhe praktike dhe është një avantazh i numëruesit Geiger. Sa më e madhe të jetë gjatësia e pllajës (100-400 V) dhe sa më pak e pjerrët të jetë pjesa horizontale e karakteristikës së numërimit, aq më e lartë është cilësia e saj.

Oriz. 5. Varësia e shpejtësisë së numërimit nga tensioni (karakteristika e numërimit) në vlera të ndryshme të presionit të gazit dhe përmbajtjes së papastërtisë së bromit: 1 - 8 kPa, 0,5%; 2 - 16 kPa, 0,5%; 3 - 16 kPa, 0,1% për një normë doze rrezatimi prej 5 μSv/h. A, B, C, D- pikat karakteristike të kurbës 2

Pjerrësia (ose pjerrësia) e pllajës S karakterizohet nga ndryshimi në përqindje në leximet e njehsorit për njësi të tensionit:

, (2)

Ku N B Dhe N C - leximet e njehsorit në fillim dhe në fund të pllajës; U B Dhe U C- vlerat e tensionit në fillim dhe në fund të pllajës. Vlerat tipike të pjerrësisë janë 0,01 - 0,05%/V.

Stabiliteti relativ i leximeve në pllajën e karakteristikës së numërimit sigurohet nga një lloj specifik shkarkimi që ndodh në sensor me ardhjen e një grimce jonizuese. Një rritje e tensionit intensifikon zhvillimin e ortekëve të elektroneve, por kjo çon vetëm në një përshpejtim të përhapjes së shkarkimit përgjatë anodës, dhe aftësia e numëruesit për të gjeneruar një sinjal për grimcë pothuajse nuk është e dëmtuar.

Një rritje e lehtë e shpejtësisë së numërimit me rritjen e tensionit në pllajën e karakteristikës së numërimit shoqërohet me emetimin e elektroneve nga katoda nën veprimin e shkarkimit. Emetimi shkaktohet nga të ashtuquajturat procese, që nënkuptojnë nxjerrjen e elektroneve nga jonet, atomet e ngacmuar dhe fotonet. Koeficienti konsiderohet konvencionalisht i barabartë me numrin e elektroneve për jon (nënkuptohen atomet dhe fotonet e ngacmuara). Vlerat karakteristike të koeficientit janë 0,1 - 0,01 (10 - 100 jone nxjerrin një elektron në varësi të llojit të gazit dhe materialit katodë). Me vlera të tilla të koeficientit, numëruesi Geiger nuk funksionon, pasi elektronet që largohen nga katoda regjistrohen si grimca jonizuese (regjistrohen sinjalet "false").

Funksionimi normal i njehsorit sigurohet nga futja e avullit të bromit ose alkoolit në mbushjen e gazit ("shuarja e papastërtive"), gjë që ul ndjeshëm koeficientin (nën 10 -4). Në këtë rast, numri i sinjaleve të rreme gjithashtu zvogëlohet ndjeshëm, por mbetet i dukshëm (për shembull, disa përqind). Me rritjen e tensionit, proceset e shkarkimit intensifikohen, d.m.th. numri i joneve, atomeve të ngacmuara dhe fotoneve rritet dhe numri i sinjaleve false rritet në përputhje me rrethanat. Kjo shpjegon rritjen e lehtë të leximeve të sensorëve në pllajën e karakteristikës së numërimit (pjerrësia në rritje) dhe fundi i pllajës (kalimi në një seksion të pjerrët C- D). Me rritjen e përmbajtjes së papastërtive, koeficienti zvogëlohet në një masë më të madhe, gjë që zvogëlon pjerrësinë e pllajës dhe rrit gjatësinë e saj (lakoret 2 dhe 3 në figurën 5).

Mekanizmi fizik i veprimit të shuarjes së papastërtive është një rënie e mprehtë e furnizimit të joneve, atomeve të ngacmuara dhe fotoneve në katodë që mund të shkaktojë emetimin e elektroneve, si dhe një rritje të funksionit të punës së elektroneve nga katoda. Jonet e gazit kryesor (neoni ose argoni) në procesin e lëvizjes drejt katodës bëhen atome neutrale si rezultat i "shkëmbimit të ngarkesës" në përplasjet me molekulat e papastërtive, pasi potencialet jonizuese të neonit dhe argonit janë më të mëdha se ato të bromit. dhe alkool (përkatësisht: 21,5 V; 15, 7 V; 12,8 V; Energjia e çliruar në këtë rast shpenzohet në shkatërrimin e molekulave ose në formimin e fotoneve me energji të ulët që nuk janë në gjendje të shkaktojnë fotoemetim të elektroneve. Fotonet e tilla, për më tepër, absorbohen mirë nga molekulat e papastërtive.

Jonet e papastërtive të formuara gjatë shkëmbimit të ngarkimit hyjnë në katodë, por nuk shkaktojnë emetimin e elektroneve. Në rastin e bromit, kjo shpjegohet me faktin se energjia potenciale e jonit (12.8 eV) nuk është e mjaftueshme për të shkëputur dy elektrone nga katoda (njëri për të neutralizuar jonin dhe tjetri për të nisur një ortek elektroni). , meqenëse funksioni i punës së elektroneve që largohen nga katoda në prani të një papastërtie të bromit rritet në 7 eV. Në rastin e alkoolit, gjatë neutralizimit të joneve në katodë, energjia e lëshuar zakonisht shpenzohet në shpërbërjen e molekulës komplekse, dhe jo në nxjerrjen e elektroneve.

Atomet e ngacmuara jetëgjatë (metastabile) të gazit kryesor që lind në shkarkim, në parim, mund të bien në katodë dhe të shkaktojnë emetimin e elektroneve, pasi energjia e tyre potenciale është mjaft e lartë (për shembull, 16.6 eV për neonin). Sidoqoftë, probabiliteti i procesit rezulton të jetë shumë i ulët, pasi atomet, kur përplasen me molekulat e papastërtive, transferojnë energjinë e tyre tek ata - "shuaren". Energjia shpenzohet në ndarjen e molekulave të papastërtive ose në emetimin e fotoneve me energji të ulët, të cilat nuk shkaktojnë fotoemetim të elektroneve nga katoda dhe përthithen mirë nga molekulat e papastërtive.

Përafërsisht në të njëjtën mënyrë, fotonet me energji të lartë që vijnë nga shkarkimi, të aftë për të shkaktuar emetimin e elektroneve nga katoda, "shohen": ato absorbohen nga molekulat e papastërtive me konsumin e mëvonshëm të energjisë për shpërbërjen e molekulave dhe emetimin e fotone me energji të ulët.

Qëndrueshmëria e sporteleve me shtimin e bromit është shumë më e lartë (10 10 - 10 11 impulse), pasi nuk kufizohet nga dekompozimi i molekulave të papastërtisë shuarëse. Ulja e përqendrimit të bromit është për shkak të aktivitetit të tij kimik relativisht të lartë, i cili ndërlikon teknologjinë e prodhimit të sensorëve dhe vendos kufizime në zgjedhjen e materialit katodë (për shembull, përdoret çelik inox).

Karakteristika e numërimit varet nga presioni i gazit: me rritjen e tij, tensioni në fillim të numërimit rritet (pika A në figurën 5 zhvendoset djathtas), dhe niveli i pllajës rritet si rezultat i kapjes më efikase të grimcave jonizuese nga molekulat e gazit në sensor (lakoret 1 dhe 2 në Fig. 5). Rritja e tensionit të fillimit të numërimit shpjegohet me faktin se kushtet në sensor korrespondojnë me degën e djathtë të kurbës Paschen.

konkluzioni

Përdorimi i gjerë i numëruesit Geiger-Muller shpjegohet me ndjeshmërinë e tij të lartë, aftësinë për të zbuluar lloje të ndryshme të rrezatimit dhe thjeshtësinë krahasuese dhe koston e ulët të instalimit. Banaku u shpik në 1908 nga Geiger dhe u përmirësua nga Müller.

Një numërues cilindrik Geiger-Muller përbëhet nga tub metalik ose një tub qelqi i metalizuar nga brenda dhe një fije e hollë metalike e shtrirë përgjatë boshtit të cilindrit. Filli shërben si anodë, tubi si katodë. Tubi është i mbushur me gaz të rrallë, në shumicën e rasteve përdoren gazra fisnikë - argoni dhe neoni. Ndërmjet katodës dhe anodës krijohet një tension prej rreth 400 V Për shumicën e njehsorëve ekziston një e ashtuquajtur pllajë, e cila shtrihet përafërsisht nga 360 në 460 V, në këtë interval luhatjet e vogla të tensionit nuk ndikojnë në shpejtësinë e numërimit.

Funksionimi i njehsorit bazohet në jonizimin e ndikimit të γ-kuanteve të emetuara nga një izotop radioaktiv, duke goditur muret e numëruesit, duke rrëzuar elektronet nga ai. Elektronet që lëvizin nëpër gaz dhe duke u përplasur me atomet e gazit nxjerrin elektronet nga atomet dhe krijojnë jone pozitive dhe elektrone të lira. Fusha elektrike midis katodës dhe anodës përshpejton elektronet drejt energjive në të cilat fillon jonizimi i ndikimit. Ndodh një ortek jonesh dhe rryma përmes numëruesit rritet ndjeshëm. Në këtë rast, një impuls i tensionit formohet në rezistencën R, i cili furnizohet në pajisjen e regjistrimit. Në mënyrë që numëruesi të regjistrojë grimcën tjetër që e godet atë, shkarkimi i ortekut duhet të shuhet. Kjo ndodh automatikisht. Në momentin që shfaqet pulsi aktual, ndodh një rënie e madhe e tensionit në rezistencën R, kështu që tensioni midis anodës dhe katodës zvogëlohet ndjeshëm - aq sa shkarkimi ndalon dhe njehsori është gati për funksionim përsëri.

Një karakteristikë e rëndësishme e njehsorit është efikasiteti i tij. Jo të gjithë-fotonet γ që godasin numëruesin do të japin elektrone dytësore dhe do të regjistrohen, pasi aktet e bashkëveprimit të rrezeve γ me lëndën janë relativisht të rralla, dhe disa nga elektronet dytësore thithen në muret e pajisjes pa arritur në gaz. vëllimi.

Efikasiteti i numëruesit varet nga trashësia e mureve të banakut, materiali i tyre dhe energjia e rrezatimit γ. Më efikasët janë numëruesit, muret e të cilëve janë bërë nga një material me numër të lartë atomik Z, pasi kjo rrit formimin e elektroneve dytësore. Përveç kësaj, muret e njehsorit duhet të jenë mjaft të trasha. Trashësia e murit kundër zgjidhet nga kushti që të jetë i barabartë me shtegun mesatar të lirë të elektroneve dytësore në materialin e murit. Nëse trashësia e murit është e madhe, elektronet dytësore nuk do të kalojnë në vëllimin e punës të numëruesit dhe nuk do të ndodhë një impuls aktual. Meqenëse rrezatimi γ ndërvepron dobët me materien, efikasiteti i numëruesve γ zakonisht është gjithashtu i ulët dhe arrin vetëm 1-2%. Një tjetër disavantazh i numëruesit Geiger-Muller është se ai nuk ofron aftësinë për të identifikuar grimcat dhe për të përcaktuar energjinë e tyre. Këto disavantazhe mungojnë në sportelet e scintilacionit.

Referencat

1 Acton D.R. Pajisjet e shkarkimit të gazit me katodë të ftohtë. M.; L.: Energjia, 1965.

2 Kaganov I.L. Pajisjet jonike. M.: Energjia, 1972.

3 Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Pajisjet elektronike me elektrovakum dhe shkarkimin e gazit: Manual. M.: Radio dhe komunikim, 1985.

4 Knoll M., Eichmeicher I. Elektronika teknike T. 2. M.: Energjia, 1971.

5 Sidorenko V.V. Detektorët e rrezatimit jonizues: Manual. L.: Ndërtimi i anijeve, 1989

Dizajni skematik i njehsorit të shkarkimit të gazit Geiger-Muller është paraqitur në Fig. 5.4. Banaku është bërë në formën e një cilindri metalik që shërben si katodë TE, diametri mm. Anoda A përdoret një tel i hollë çeliku me një diametër mm, i shtrirë përgjatë boshtit të cilindrit dhe i izoluar nga katoda me priza izoluese P. Cilindri është i mbushur me argon me presion të reduktuar ( 100 mmHg) me shtimin e një sasie të vogël ( 0,5 %) avujt e alkoolit etilik ose halogjeneve.

Në Fig. Figura 5.4 tregon një diagram qarku për lidhjen e njehsorit për të studiuar karakteristikat e tij të tensionit aktual. Një tension konstant furnizohet në elektroda nga një burim EMF e. Sasia e rrymës që kalon përmes gazit matet me rënien e tensionit në rezistencën matëse R.

Le të supozojmë se gazi është i ekspozuar ndaj rrezatimit me intensitet konstant (një jonizues). Si rezultat i veprimit të jonizuesit, gazi fiton një përçueshmëri elektrike dhe një rrymë rrjedh në qark, varësia e së cilës nga tensioni i aplikuar tregohet në
oriz. 5.5.

Në tensione të ulëta, rryma që kalon përmes pajisjes është e vogël. Është e mundur të regjistrohet vetëm rryma totale e shkaktuar nga kalimi numër i madh grimcat. Pajisjet që funksionojnë në këtë mënyrë quhen dhomat e jonizimit. Kjo mënyrë korrespondon me zonat I Dhe II.

Në faqe I rryma rritet në raport me tensionin, d.m.th. Ligji i Ohmit është i kënaqur. Në këtë zonë, njëkohësisht me procesin e jonizimit, procesi i kundërt– rikombinim (lidhja e joneve pozitive dhe elektroneve me njëri-tjetrin për të formuar grimca neutrale).

Me një rritje të mëtejshme të tensionit, rritja e rrymës ngadalësohet dhe ndalet plotësisht (seksioni II). Ndodh rryma e ngopjes. Rryma e ngopjes është vlera maksimale e rrymës kur të gjithë jonet dhe elektronet e krijuara nga jonizuesi i jashtëm për njësi të kohës arrijnë tek elektroda në të njëjtën kohë. Madhësia e rrymës së ngopjes përcaktohet nga fuqia e jonizuesit. Rryma e ngopjes është një masë e efektit jonizues të jonizuesit: nëse veprimi i jonizuesit ndalet, shkarkimi gjithashtu do të ndalet.

Me një rritje të mëtejshme të tensionit, rryma rritet mjaft ngadalë (seksioni III). Në tensione të larta, elektronet e krijuara nën veprimin e një jonizuesi të jashtëm, të përshpejtuar fuqishëm nga fusha elektrike, përplasen me molekulat e gazit neutral dhe i jonizojnë ato. Si rezultat, formohen elektrone sekondare dhe jone pozitive. Elektronet dytësore, të përshpejtuara në një fushë elektrike, mund të jonizojnë përsëri molekulat e gazit. Numri total elektronet dhe jonet do të rriten si një ortek ndërsa elektronet lëvizin drejt anodës (ky proces quhet jonizimi i ndikimit). Sportelet që operojnë në këtë zonë ( III), quhen proporcionale.

Numri i elektroneve që arrijnë në anodë, pjesëtuar me numrin e elektroneve parësore, quhet koeficienti i fitimit të gazit. Fitimi i gazit rritet me shpejtësi me rritjen e tensionit dhe në tensione të larta fillon të varet nga numri i elektroneve parësore. Në këtë rast, numëruesi kalon nga modaliteti proporcional në modalitet proporcionaliteti i kufizuar(komplot IV). Nuk ka asnjë kontabilist që punon në këtë fushë.

Në një tension edhe më të lartë, shfaqja e të paktën një çifti jonesh çon në fillimin e një vetëshkarkimi (tensioni në të cilin ndodh një shkarkim i vetë-qëndrueshëm quhet tensioni i prishjes). Rryma pushon të varet nga numri i joneve të formuara fillimisht dhe energjia e grimcave të zbuluara. Numëruesi fillon të punojë në modalitetin Geiger (seksioni V). Një pajisje që punon në këtë zonë quhet Numëruesi Geiger-Muller. Pavarësia e fuqisë aktuale nga energjia e grimcave jonizuese i bën numëruesit Geiger-Muller të përshtatshëm për regjistrim b- grimcat që kanë një spektër të vazhdueshëm.

Një rritje e mëtejshme e tensionit çon në shfaqjen shkarkim i vazhdueshëm i gazit. Rryma në këtë rast rritet ndjeshëm (seksioni VI), dhe njehsori mund të dështojë.

Kështu, numëruesi Geiger-Muller punon në parimin e amplifikimit të brendshëm të gazit. Kur njehsori ushqehet tension të lartë, fusha pranë një filli të hollë (anodë) është jashtëzakonisht johomogjene. Për shkak të gradientit të madh potencial, një grimcë e ngarkuar që hyn në numërues përshpejtohet nga fusha në një energji prej më shumë se 30 eV. Në një energji të tillë të grimcave, mekanizmi i jonizimit të ndikimit fillon të funksionojë, për shkak të të cilit elektronet shumohen në numër në një ortek. Si rezultat, një impuls negativ formohet në rezistencën e ngarkesës së anodës. Një ortek elektronik mund të lindë nga një elektron i vetëm i bllokuar midis katodës dhe anodës.

Karakteristikat e numëratorit Geiger-Muller

Efikasiteti numëruesi është raporti i numrit të grimcave të regjistruara me numri i plotë grimcat që kalojnë nëpër të. Efikasiteti i kundërvlerësimit elektronik mund të arrijë 99,9 %. Regjistrimi g-rrezet kryhen nepermjet elektroneve te shpejta, te formuara gjate perthithjes ose shperndarjes g-kuantë në banak. Efikasiteti i njehsorëve për të g-kuanti është zakonisht në rendin e %.

Një karakteristikë e rëndësishme e njehsorit është sfond. sfond thirrni leximet e instrumentit në mungesë të burimeve të rrezatimit që studiohen. Sfondi i banakut është për shkak të: rrezatimit kozmik; prania e substancave radioaktive në mjedisi, duke përfshirë materialet nga të cilat është bërë njehsori; shkarkime spontane në banak (impulse false). Në mënyrë tipike, për numëruesit Geiger-Müller të dizajneve të ndryshme, sfondi luhatet brenda kufijve të pulseve/min. Duke përdorur metoda të veçanta, është e mundur të zvogëlohet sfondi me një renditje të madhësisë.

Një numërues Geiger-Muller mund të zbulojë vetëm një grimcë. Për të regjistruar grimcën tjetër, është e nevojshme që fillimisht të shuhet vetëshkarkimi. Kjo është arsyeja pse karakteristikë e rëndësishme kundër është koha e vdekur t– koha e mosaktivizimit të njehsorit, gjatë së cilës shuhet shkarkimi i gazit. Zakonisht koha e vdekur është në rendin e s.

Shuarja e shkarkimit të gazit në njehsor mund të bëhet në dy mënyra:

1) duke futur një përbërje organike komplekse në gaz. Shumë molekula komplekse janë të errëta ndaj rrezatimit ultravjollcë dhe parandalojnë kuantet përkatëse të arrijnë në katodë. Energjia e lëshuar nga jonet në katodë, në prani të substancave të tilla, nuk shpenzohet për nxjerrjen e elektroneve nga katoda, por për ndarjen e molekulave. Shfaqja e një shkarkimi të pavarur në kushte të tilla bëhet e pamundur;

2) duke përdorur rezistencë. Kjo metodë shpjegohet me faktin se ndërsa rryma e shkarkimit rrjedh përmes rezistencës, një rënie e madhe e tensionit ndodh në të. Si rezultat, vetëm një pjesë e tensionit të aplikuar bie në hendekun ndërelektrod, i cili rezulton të jetë i pamjaftueshëm për të ruajtur shkarkimin.

Koha e vdekur varet nga shumë faktorë: niveli i tensionit në njehsor; përbërja e gazit mbushës; metoda e shuarjes; jeta e shërbimit; temperatura, etj. Prandaj, është e vështirë të llogaritet.

Një nga metodat më të thjeshta përcaktim eksperimental koha e vdekur është metoda me dy burime.

Transformimet bërthamore dhe ndërveprimet e rrezatimit me lëndën janë të natyrës statistikore. Rrjedhimisht, ekziston një probabilitet i caktuar që dy ose më shumë grimca të godasin numëruesin gjatë kohës së vdekur t, e cila do të regjistrohet si një grimcë. Le të supozojmë se efikasiteti i numëruesit është 100 %. le - shpejtësi mesatare duke goditur numëruesin e grimcave. n– shpejtësia mesatare e numërimit (numri i grimcave të regjistruara për njësi të kohës). Gjatë kohës t grimcat do të regjistrohen. Koha totale e vdekur t do të jetë dhe numri i grimcave të panumëruara do të jetë i barabartë me . Do të supozojmë se numri i grimcave që hyjnë në numërues do të jetë i barabartë me shumën e grimcave të regjistruara dhe të panumëruara.

Duam apo jo, rrezatimi ka hyrë fort në jetën tonë dhe nuk do të largohet. Ne duhet të mësojmë të jetojmë me këtë fenomen, i cili është sa i dobishëm dhe i rrezikshëm. Rrezatimi manifestohet si rrezatim i padukshëm dhe i padukshëm, dhe pa pajisje speciale është e pamundur t'i zbuloni ato.

Pak histori e rrezatimit

Rrezet X u zbuluan në 1895. Një vit më vonë, radioaktiviteti i uraniumit u zbulua, gjithashtu në lidhje me rrezet X. Shkencëtarët e kuptuan se ishin përballur me fenomene natyrore krejtësisht të reja, të paparë deri tani. Është interesant fakti se fenomeni i rrezatimit është vërejtur disa vite më parë, por nuk iu kushtua rëndësi, megjithëse Nikola Tesla dhe punonjës të tjerë të laboratorit Edison morën djegie nga rrezet X. Dëmtimi i shëndetit i atribuohej asgjëje, por jo rrezeve, të cilat gjallesat nuk i kishin hasur kurrë në doza të tilla. Në fillim të shekullit të 20-të, filluan të shfaqen artikuj për efektet e dëmshme të rrezatimit te kafshët. As kësaj nuk iu kushtua asnjë rëndësi deri në historinë e bujshme me “vajzat e radiumit” – punonjëse të një fabrike që prodhonte ora me shkëlqim. Thjesht lagin furçat me majën e gjuhës. Fati i tmerrshëm i disa prej tyre as nuk u publikua, për arsye etike, dhe mbeti një provë vetëm për nervat e forta të mjekëve.

Në vitin 1939, fizikantja Lise Meitner, e cila, së bashku me Otto Hahn dhe Fritz Strassmann, i përket njerëzve që ishin të parët në botë që ndanë bërthamën e uraniumit, padashur tregoi mundësinë e një reaksioni zinxhir, dhe që nga ai moment një Filloi reaksioni zinxhir i ideve për krijimin e një bombe, domethënë një bombë, dhe aspak "atom paqësor", për të cilin politikanët gjakatarë të shekullit të 20-të, natyrisht, nuk do të kishin dhënë asnjë qindarkë. Ata që ishin "në dijeni" tashmë e dinin se çfarë do të çonte kjo dhe filloi gara e armëve atomike.

Si u shfaq numëruesi Geiger-Müller?

Fizikani gjerman Hans Geiger, i cili punoi në laboratorin e Ernst Rutherford, në vitin 1908 propozoi parimin e funksionimit të një numëruesi të "grimcave të ngarkuara" si zhvillimin e mëtejshëm dhoma e jonizimit tashmë e njohur, e cila ishte një kondensator elektrik i mbushur me gaz në presion të ulët. Ai u përdor nga Pierre Curie në 1895 për të studiuar vetitë elektrike të gazeve. Geiger kishte idenë ta përdorte atë për të zbuluar rrezatimin jonizues pikërisht sepse këto rrezatime kishin një efekt të drejtpërdrejtë në shkallën e jonizimit të gazit.

Në vitin 1928, Walter Müller, nën udhëheqjen e Geiger, krijoi disa lloje të numëruesve të rrezatimit të dizajnuara për të regjistruar grimca të ndryshme jonizuese. Krijimi i numëruesve ishte një nevojë shumë urgjente, pa të cilën ishte e pamundur të vazhdohej studimi i materialeve radioaktive, pasi fizika, si shkencë eksperimentale, është e paimagjinueshme pa instrumente matëse. Geiger dhe Müller punuan me qëllim për të krijuar numërues që ishin të ndjeshëm ndaj secilit prej llojeve të rrezatimit që ishin zbuluar: α, β dhe γ (neutronet u zbuluan vetëm në 1932).

Numëruesi Geiger-Muller doli të ishte një detektor rrezatimi i thjeshtë, i besueshëm, i lirë dhe praktik. Edhe pse ai nuk është më instrument preciz për kërkime specie individuale grimcat ose rrezatimi, por është jashtëzakonisht i përshtatshëm si pajisje për dimensioni i përgjithshëm intensiteti i rrezatimit jonizues. Dhe në kombinim me detektorë të tjerë, ai përdoret nga fizikanët për matje të sakta gjatë eksperimenteve.

Rrezatimi jonizues

Për të kuptuar më mirë funksionimin e një numëruesi Geiger-Muller, është e dobishme të keni një kuptim të rrezatimit jonizues në përgjithësi. Sipas përkufizimit, këto përfshijnë çdo gjë që mund të shkaktojë jonizimin e një substance në gjendjen e saj normale. Kjo kërkon një sasi të caktuar energjie. Për shembull, valët e radios apo edhe drita ultravjollcë nuk janë rrezatim jonizues. Kufiri fillon me "Ultraviolet e fortë", e njohur gjithashtu si "rreze X e butë". Ky lloj është një lloj rrezatimi fotonik. Fotonet energji të lartë zakonisht quhen gama kuanta.

Ernst Rutherford ishte i pari që ndau rrezatimin jonizues në tre lloje. Kjo u bë në një konfigurim eksperimental duke përdorur fushë magnetike në vakum. Më vonë doli se kjo është:

α - bërthamat e atomeve të heliumit
β - elektrone me energji të lartë
γ - kuanta gama (fotone)

Më vonë u zbuluan neutronet. Grimcat alfa bllokohen lehtësisht edhe nga letra e zakonshme, grimcat beta kanë një fuqi depërtuese pak më të madhe dhe rrezet gama kanë fuqinë më të lartë depërtuese. Neutronet janë më të rrezikshmit (në një distancë deri në shumë dhjetëra metra në ajër!). Për shkak të neutralitetit të tyre elektrik, ato nuk ndërveprojnë me predha elektronike të molekulave të substancës. Por një herë në bërthama atomike, probabiliteti i të cilit është mjaft i lartë, çojnë në paqëndrueshmërinë dhe kalbjen e tij, me formimin, si rregull, të izotopeve radioaktive. Dhe ata, nga ana tjetër, që kalben dhe vetë formojnë të gjithë "buqetën" e rrezatimit jonizues. Gjëja më e keqe është se një objekt i rrezatuar ose një organizëm i gjallë vetë bëhet burim rrezatimi për shumë orë dhe ditë.

Dizajni i një numëruesi Geiger-Muller dhe parimi i funksionimit të tij

Një numërues i shkarkimit të gazit Geiger-Muller zakonisht bëhet në formën e një tubi të mbyllur, qelqi ose metali, nga i cili evakuohet ajri dhe në vend të kësaj shtohet një gaz inert (neoni ose argon ose një përzierje e të dyjave) nën presion të ulët. , me një përzierje halogjenesh ose alkooli. Një tel i hollë shtrihet përgjatë boshtit të tubit, dhe a cilindër metalik. Si tubi ashtu edhe teli janë elektroda: tubi është katodë dhe tela është anoda. Minusi nga burimi është i lidhur me katodën Tensioni DC, dhe në anodë - përmes një rezistence të madhe konstante - plus nga një burim i tensionit konstant. Elektrikisht fitohet një ndarës tensioni, në pikën e mesme të të cilit (bashkimi i rezistencës dhe anodës së njehsorit) voltazhi është pothuajse i barabartë me tensionin në burim. Zakonisht kjo është disa qindra volt.

Kur një grimcë jonizuese fluturon nëpër tub, atomet e gazit inert, tashmë në një fushë elektrike me intensitet të lartë, përjetojnë përplasje me këtë grimcë. Energjia e lëshuar nga grimca gjatë një përplasjeje është e mjaftueshme për të ndarë elektronet nga atomet e gazit. Elektronet dytësore që rezultojnë janë vetë të afta të formojnë përplasje të reja dhe, kështu, fitohet një ortek i tërë elektronesh dhe jonesh. Nën ndikimin e një fushe elektrike, elektronet përshpejtohen drejt anodës, dhe jonet e gazit të ngarkuar pozitivisht përshpejtohen drejt katodës së tubit. Kështu, lind rrymë elektrike. Por meqenëse energjia e grimcave tashmë është shpenzuar në përplasje, tërësisht ose pjesërisht (grimca fluturoi nëpër tub), atëherë furnizimi i atomeve të gazit të jonizuar përfundon, gjë që është e dëshirueshme dhe sigurohet nga disa masa shtesë, për të cilën do të flasim kur analizojmë parametrat e numëruesit.

Kur një grimcë e ngarkuar hyn në një numërues Geiger-Muller, për shkak të rrymës që rezulton, rezistenca e tubit bie dhe bashkë me të edhe tensioni në mes të ndarësit të tensionit, i cili u diskutua më lart. Pastaj rezistenca e tubit, për shkak të rritjes së rezistencës së tij, rikthehet dhe voltazhi përsëri bëhet i njëjtë. Kështu, marrim një impuls të tensionit negativ. Duke numëruar impulset, ne mund të vlerësojmë numrin e grimcave që kalojnë. Forca e fushës elektrike është veçanërisht e lartë pranë anodës për shkak të madhësisë së saj të vogël, gjë që e bën numëruesin më të ndjeshëm.

Dizenjot e banakut Geiger-Muller

Sportelet moderne Geiger-Muller janë në dispozicion në dy versione kryesore: "klasike" dhe të sheshta. Banaku klasik është bërë nga një tub metalik me mure të hollë me valëzim. Sipërfaqja e valëzuar e njehsorit e bën tubin të ngurtë dhe rezistent ndaj jashtme presioni atmosferik dhe nuk e lejon atë të thërrmohet nën ndikimin e tij. Në skajet e tubit ka izolues izolues të bërë nga qelqi ose plastika termofikse. Ato përmbajnë gjithashtu kapakë terminale për t'u lidhur me qarkun e pajisjes. Tubi është i shënuar dhe i veshur me një llak izolues të qëndrueshëm, pa llogaritur, natyrisht, terminalet e tij. Tregohet gjithashtu polariteti i terminaleve. Ky është një numërues universal për të gjitha llojet e rrezatimit jonizues, veçanërisht beta dhe gama.

Numëruesit e ndjeshëm ndaj rrezatimit të butë β janë bërë ndryshe. Për shkak të gamës së shkurtër të grimcave beta, ato duhet të bëhen të sheshta, me një dritare mike që bllokon dobët rrezatimin beta, një nga opsionet për një numërues të tillë është një sensor rrezatimi BETA-2. Të gjitha vetitë e tjera të njehsorëve përcaktohen nga materialet nga të cilat janë bërë.

Numëruesit e projektuar për të regjistruar rrezatimin gama përmbajnë një katodë të bërë nga metale me një numër të lartë ngarkese, ose janë të veshur me metale të tilla. Gazi jonizohet jashtëzakonisht dobët nga fotonet gama. Por fotonet gama janë të afta të rrëzojnë shumë elektrone dytësore nga katoda nëse zgjidhet siç duhet. Numëruesit Geiger-Muller për grimcat beta janë bërë me dritare të holla për përshkueshmëri më të mirë të grimcave, pasi ato janë elektrone të zakonshme që sapo kanë marrë më shumë energji. Ata ndërveprojnë me materien shumë mirë dhe shpejt e humbin këtë energji.

Në rastin e grimcave alfa situata është edhe më e keqe. Pra, pavarësisht nga një energji shumë e mirë, në rendin e disa MeV, grimcat alfa ndërveprojnë shumë fuqishëm me molekulat në rrugën e tyre dhe shpejt humbasin energjinë. Nëse materia krahasohet me një pyll dhe një elektron krahasohet me një plumb, atëherë grimcat alfa do të duhet të krahasohen me një rezervuar që përplaset në një pyll. Sidoqoftë, një numërues konvencional i përgjigjet mirë rrezatimit α, por vetëm në një distancë deri në disa centimetra.

Për një vlerësim objektiv të nivelit të rrezatimit jonizues dozimetra në sportele përdorim të përgjithshëm shpesh të pajisur me dy sportele që funksionojnë paralelisht. Njëra është më e ndjeshme ndaj rrezatimit α dhe β, dhe e dyta ndaj rrezeve γ. Kjo skemë e përdorimit të dy numëruesve zbatohet në një dozimetër RADEX RD1008 dhe në një dozimetër-radiometër RADEKS MKS-1009, në të cilin është instaluar sporteli BETA-2 Dhe BETA-2 M. Ndonjëherë një shufër ose pjatë e një aliazhi që përmban një përzierje kadmiumi vendoset midis banakut. Kur neutronet godasin një shirit të tillë, gjenerohet rrezatimi γ, i cili regjistrohet. Kjo është bërë për të qenë në gjendje të përcaktojë rrezatimin neutron në cilin sportele të thjeshta Geiger është praktikisht i pandjeshëm. Një metodë tjetër është veshja e strehës (katodës) me papastërti që mund të shkaktojnë ndjeshmëri ndaj neutroneve.

Halogjenet (klor, brom) i shtohen gazit për të shuar shpejt shkarkimin. Avulli i alkoolit shërben gjithashtu për të njëjtin qëllim, megjithëse alkooli në këtë rast është jetëshkurtër (kjo është përgjithësisht një veçori e alkoolit) dhe njehsori "i kthjellët" vazhdimisht fillon të "tingëllojë", domethënë nuk mund të funksionojë në modalitetin e synuar. . Kjo ndodh diku pasi janë zbuluar 1e9 impulse (një miliard), që nuk është aq shumë. Matësit me halogjenë janë shumë më të qëndrueshëm.

Parametrat dhe mënyrat e funksionimit të numëruesve Geiger

Ndjeshmëria e numëruesve Geiger.

Ndjeshmëria e numëruesit vlerësohet nga raporti i numrit të mikroroentgjeneve nga burimi i referencës me numrin e pulseve të shkaktuara nga ky rrezatim. Meqenëse numëruesit Geiger nuk janë krijuar për të matur energjinë e grimcave, vlerësimi i saktë është i vështirë. Numëruesit janë të kalibruar duke përdorur burime izotopike referuese. Duhet të theksohet se ky parametër është lloje të ndryshme numëruesit mund të ndryshojnë shumë, më poshtë janë parametrat e numëruesve më të zakonshëm Geiger-Müller:

Numëruesi Geiger-Muller Beta-2- 160 ÷ 240 imp/µR

Numëruesi Geiger-Muller Beta-1- 96 ÷ 144 imp/µR

Numëruesi Geiger-Muller SBM-20- 60 ÷ 75 imp/µR

Numëruesi Geiger-Muller SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp/µR

Numëruesi Geiger-Muller SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp/μR

Zona e dritares së hyrjes ose zona e punës

Zona e sensorit të rrezatimit përmes së cilës fluturojnë grimcat radioaktive. Kjo karakteristikë lidhet drejtpërdrejt me dimensionet e sensorit. Si sipërfaqe më të madhe, aq më shumë grimca do të kapë numëruesi Geiger-Muller. Zakonisht ky parametër tregohet në centimetra katrorë.

Numëruesi Geiger-Muller Beta-2- 13,8 cm 2

Numëruesi Geiger-Muller Beta-1- 7 cm 2

Ky tension korrespondon afërsisht me mes karakteristikat e performancës. Karakteristika e funksionimit është pjesa e sheshtë e varësisë së numrit të pulseve të regjistruara nga tensioni, prandaj quhet edhe "pllajë". Në këtë pikë arrihet shpejtësia më e lartë e funksionimit (kufiri i sipërm i matjes). Vlera tipike është 400 V.

Gjerësia e karakteristikës së funksionimit të banakut.

Ky është ndryshimi midis tensionit të prishjes së shkëndijës dhe tensionit të daljes në pjesën e sheshtë të karakteristikës. Vlera tipike është 100 V.

Pjerrësia e karakteristikave të funksionimit të njehsorit.

Pjerrësia matet si përqindje e pulseve për volt. Karakterizon gabimin statistikor të matjeve (numërimi i numrit të pulseve). Vlera tipike është 0.15%.

Temperatura e lejuar e funksionimit të njehsorit.

Për matësa për qëllime të përgjithshme -50 ... +70 gradë Celsius. Ky është një parametër shumë i rëndësishëm nëse numëruesi funksionon në dhoma, kanale dhe vende të tjera të pajisjeve komplekse: përshpejtues, reaktorë, etj.

Burimi i punës së banakut.

Numri i përgjithshëm i pulseve që njehsori regjistron përpara se leximet e tij të fillojnë të bëhet i pasaktë. Për pajisjet me aditivë organikë, vetë-shuarja është zakonisht 1e9 (dhjetë deri në fuqinë e nëntë, ose një miliard). Burimi llogaritet vetëm nëse voltazhi i funksionimit aplikohet në njehsor. Nëse numëruesi thjesht ruhet, ky burim nuk konsumohet.

Kundër kohës së vdekur.

Kjo është koha (koha e rikuperimit) gjatë së cilës numëruesi kryen rrymë pasi nxitet nga një grimcë që kalon. Ekzistenca e një kohe të tillë do të thotë se ekziston një kufi i sipërm i frekuencës së pulsit dhe kjo kufizon diapazonin e matjes. Një vlerë tipike është 1e-4 s, që është dhjetë mikrosekonda.

Duhet të theksohet se për shkak të kohës së vdekur, sensori mund të jetë "jashtë shkallës" dhe të qëndrojë i heshtur në momentin më të rrezikshëm (për shembull, një reaksion zinxhir spontan në prodhim). Raste të tilla kanë ndodhur dhe për t'i luftuar ato përdoren ekrane plumbi për të mbuluar një pjesë të sensorëve të sistemeve të alarmit emergjent.

Sfondi i personalizuar kundër.

Matur në dhomat e plumbit me mure të trasha për të vlerësuar cilësinë e njehsorëve. Vlera tipike është 1 ... 2 impulse në minutë.

Zbatimi praktik i numëruesve Geiger

Industria sovjetike dhe tani ruse prodhon shumë lloje të sporteleve Geiger-Muller. Këtu janë disa marka të zakonshme: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, metra e serisë Gamma, numërues fundor të serisë Beta“dhe ka shumë të tjera. Të gjitha ato përdoren për monitorimin dhe matjen e rrezatimit: në objektet e industrisë bërthamore, në institucionet shkencore dhe arsimore, në mbrojtjen civile, mjekësinë dhe madje edhe në jetën e përditshme. Pas Aksidenti i Çernobilit, dozimetrat shtëpiake, të panjohura më parë për popullatën edhe me emër, janë bërë shumë të njohura. Janë shfaqur shumë marka të dozimetrave shtëpiake. Të gjithë ata përdorin një numërues Geiger-Muller si sensor rrezatimi. Në dozimetrat shtëpiake, instalohen një deri në dy tuba ose numërues fundorë.

NJËSITË MATESË TË SASISËVE TË RREZATIMIT

Për një kohë të gjatë, njësia e matjes P (roentgen) ishte e zakonshme. Sidoqoftë, kur kaloni në sistemin SI, shfaqen njësi të tjera. Një rreze x është një njësi e dozës së ekspozimit, një "sasi rrezatimi", e cila shprehet si numri i joneve të prodhuara në ajrin e thatë. Në një dozë prej 1 R, 2,082e9 çifte jonesh formohen në 1 cm3 ajër (që korrespondon me 1 njësi ngarkese të SGSE). Në sistemin SI, doza e ekspozimit shprehet në kulonë për kilogram, dhe me rrezet x kjo lidhet me ekuacionin:

1 C/kg = 3876 R

Doza e absorbuar e rrezatimit matet në xhaul për kilogram dhe quhet Gri. Ky është një zëvendësim për njësinë rad të vjetëruar. Shpejtësia e dozës së absorbuar matet në gri për sekondë. Shkalla e dozës së ekspozimit (EDR), e matur më parë në rentgen për sekondë, tani matet në amper për kilogram. Doza ekuivalente e rrezatimit në të cilën doza e përthithur është 1 Gy (gri) dhe faktori i cilësisë së rrezatimit është 1 quhet Sievert. Rem (ekuivalenti biologjik i një rreze x) është një e qindta e sievertit, tani konsiderohet e vjetëruar. Sidoqoftë, edhe sot të gjitha njësitë e vjetruara përdoren në mënyrë shumë aktive.

Konceptet kryesore në matjet e rrezatimit janë doza dhe fuqia. Doza është numri i ngarkesave elementare në procesin e jonizimit të një substance, dhe fuqia është shkalla e formimit të dozës për njësi të kohës. Dhe në cilat njësi shprehet kjo është çështje shije dhe komoditeti.

Edhe një dozë minimale është e rrezikshme për sa i përket pasojave afatgjata për organizmin. Llogaritja e rrezikut është mjaft e thjeshtë. Për shembull, dozimetri juaj tregon 300 miliroentgen në orë. Nëse qëndroni në këtë vend për një ditë, do të merrni një dozë prej 24 * 0.3 = 7.2 rentgen. Kjo është e rrezikshme dhe ju duhet të largoheni nga këtu sa më shpejt të jetë e mundur. Në përgjithësi, nëse zbuloni edhe rrezatim të dobët, duhet të largoheni prej tij dhe ta kontrolloni atë edhe nga një distancë. Nëse ajo "ju ndjek", ju mund të "përgëzoheni", ju jeni goditur nga neutronet. Por jo çdo dozimetër mund t'u përgjigjet atyre.

Për burimet e rrezatimit, përdoret një sasi që karakterizon numrin e zbërthimeve për njësi të kohës, ajo quhet aktivitet dhe matet gjithashtu nga shumë njësi të ndryshme: curie, becquerel, rutherford dhe disa të tjera. Sasia e aktivitetit, e matur dy herë me një ndarje të mjaftueshme në kohë, nëse zvogëlohet, na lejon të llogarisim kohën, sipas ligjit të zbërthimit radioaktiv, kur burimi bëhet mjaft i sigurt.

E shpikur në vitin 1908 nga fizikani gjerman Hans Wilhelm Geiger, një pajisje e aftë për të përcaktuar përdoret gjerësisht sot. Arsyeja për këtë është ndjeshmëria e lartë e pajisjes dhe aftësia e saj për të zbuluar një shumëllojshmëri të gjerë të rrezatimit. Lehtësia e funksionimit dhe kostoja e ulët lejojnë këdo që vendos të masë në mënyrë të pavarur nivelin e rrezatimit për të blerë një numërues Geiger në çdo kohë dhe kudo. Çfarë lloj pajisjeje është kjo dhe si funksionon?

Parimi i funksionimit të një numëruesi Geiger

Dizajni i tij është mjaft i thjeshtë. Një përzierje gazi e përbërë nga neoni dhe argoni pompohet në një cilindër të mbyllur me dy elektroda, i cili jonizohet lehtësisht. Furnizohet në elektroda (rreth 400 V), e cila në vetvete nuk shkakton asnjë fenomen shkarkimi deri në momentin kur fillon procesi i jonizimit në mjedisin e gaztë të pajisjes. Shfaqja e grimcave që vijnë nga jashtë çon në faktin se elektronet primare, të përshpejtuara në fushën përkatëse, fillojnë të jonizojnë molekulat e tjera të mediumit të gaztë. Si rezultat, nën ndikimin e një fushe elektrike, ndodh një krijim në formë orteku i elektroneve dhe joneve të reja, të cilat rrisin ndjeshëm përçueshmërinë e resë elektron-jonike. Një shkarkim ndodh në mjedisin e gazit të numëruesit Geiger. Numri i pulseve që ndodhin brenda një periudhe të caktuar kohore është drejtpërdrejt proporcional me numrin e grimcave të zbuluara. E tillë është skicë e përgjithshme Parimi i funksionimit të një numëruesi Geiger.

Procesi i kundërt, si rezultat i të cilit mediumi i gaztë kthehet në gjendjen e tij origjinale, ndodh vetvetiu. Nën ndikimin e halogjenëve (zakonisht përdoret brom ose klor), në këtë mjedis ndodh një rikombinim intensiv i ngarkesës. Ky proces ndodh shumë më ngadalë, dhe për këtë arsye koha e nevojshme për të rivendosur ndjeshmërinë e numëruesit Geiger është një karakteristikë shumë e rëndësishme e pasaportës së pajisjes.

Përkundër faktit se parimi i funksionimit të një numëruesi Geiger është mjaft i thjeshtë, ai është në gjendje t'i përgjigjet më së shumti rrezatimit jonizues. lloje të ndryshme. Këto janë α-, β-, γ-, si dhe rreze x, neutron dhe gjithçka varet nga dizajni i pajisjes. Kështu, dritarja hyrëse e një numëruesi Geiger, e aftë për të zbuluar rrezatimin α- dhe të butë β, është bërë nga mikë me trashësi 3 deri në 10 mikron. Për zbulim është bërë nga beriliumi, dhe ultravjollcë është bërë nga kuarci.

Ku përdoret një numërues Geiger?

Parimi i funksionimit të një numëruesi Geiger është baza për funksionimin e shumicës së dozimetrave moderne. Këto instrumente të vogla, të cilat kanë një kosto relativisht të ulët, janë mjaft të ndjeshme dhe janë në gjendje të shfaqin rezultate në njësi matëse lehtësisht të kuptueshme. Lehtësia e përdorimit lejon që këto pajisje të përdoren edhe nga ata që kanë shumë pak njohuri nga dozimetria.

Në varësi të aftësive të tyre dhe saktësisë së matjes, dozimetrat mund të jenë profesionistë ose shtëpiak. Me ndihmën e tyre, ju mund të përcaktoni në kohë dhe në mënyrë efektive burimin ekzistues rrezatimi jonizues si jashtë ashtu edhe brenda.

Këto pajisje, të cilat përdorin parimin e një numëruesi Geiger në funksionimin e tyre, mund të japin menjëherë një sinjal rreziku duke përdorur sinjale vizuale dhe audio ose dridhje. Kështu, gjithmonë mund të kontrolloni ushqimin, veshjet, të ekzaminoni mobiljet, pajisjet, materialet e ndërtimit, etj. për të siguruar mungesën e rrezatimit të dëmshëm për trupin e njeriut.

Numëruesi Geiger

Numëruesi Geiger SI-8B (BRSS) me një dritare mike për matjen e rrezatimit β të butë. Dritarja është transparente, nën të mund të shihni një elektrodë me tela spirale, elektroda tjetër është trupi i pajisjes.

Një qark elektronik shtesë i siguron njehsorit energji (zakonisht të paktën 300), siguron, nëse është e nevojshme, anulimin e shkarkimit dhe numëron numrin e shkarkimeve përmes banakut.

Numëruesit Geiger ndahen në jo-vetë-shuarës dhe vetë-shuarës (që nuk kërkojnë qark i jashtëm ndërprerja e shkarkimit).

Ndjeshmëria e njehsorit përcaktohet nga përbërja e gazit, vëllimi i tij, si dhe nga materiali dhe trashësia e mureve të tij.

Shënim

Duhet të theksohet se, për arsye historike, ka pasur një mospërputhje midis versioneve ruse dhe angleze të kësaj dhe termave pasues:

Shihni gjithashtu

Fondacioni Wikimedia.

2010.

Shihni se çfarë është një "counter Geiger" në fjalorë të tjerë: Numëruesi Geiger-Muller

- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. banak Geiger Müller; Tube kundër Geiger Müller vok. Geiger Müller Zählrohr, n; GM Zählrohr, n rus. Geiger Muller counter, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; tub … Fizikos terminų žodynas Bit counter Geiger-Muller - - Temat industria e naftës dhe gazit EN analizues elektronik i lartësisë së pulsit ...

Udhëzues teknik i përkthyesit

- (Numëruesi Geiger-Müller), një detektor i shkarkimit të gazit që ndizet kur një ngarkesë kalon nëpër vëllimin e saj. h c. Madhësia e sinjalit (pulsi aktual) nuk varet nga energjia e hc (pajisja funksionon në modalitetin e vetë-shkarkimit). G. s. u shpik në vitin 1908 në Gjermani... ... Enciklopedi fizike

Pajisja e shkarkimit të gazit për zbulimin e rrezatimit jonizues (grimca a – dhe b, g kuanta, kuantë të dritës dhe rreze x, grimca të rrezatimit kozmik, etj.). Një banak Geiger-Müller është një tub qelqi i mbyllur hermetikisht... Enciklopedia e teknologjisë

Numëruesi Geiger- Numëruesi Geiger Numëruesi Geiger, detektor i grimcave të shkarkimit të gazit. Shkaktohet kur një grimcë ose g kuantike hyn në vëllimin e saj. E shpikur në vitin 1908 nga fizikani gjerman H. Geiger dhe i përmirësuar prej tij së bashku me fizikanin gjerman W. Muller. Geiger...... Fjalor Enciklopedik i Ilustruar

Numërues Geiger, detektor i grimcave të shkarkimit të gazit. Shkaktohet kur një grimcë ose g kuantike hyn në vëllimin e saj. E shpikur në vitin 1908 nga fizikani gjerman H. Geiger dhe i përmirësuar prej tij së bashku me fizikanin gjerman W. Muller. U aplikua numëruesi Geiger... ... Enciklopedia moderne

Pajisja e shkarkimit të gazit për zbulimin dhe studimin e llojeve të ndryshme të rrezatimeve radioaktive dhe të tjera jonizuese: grimcat α dhe β, rrezet γ, kuantet e dritës dhe rrezet X, grimcat me energji të lartë në rrezet kozmike (Shih rrezet kozmike) dhe ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

- [me emër gjerman. fizikanët H. Geiger (H. Geiger; 1882 1945) dhe W. Muller (W. Muller; 1905 79)] detektor i shkarkimit të gazit të rrezatimit radioaktiv dhe rrezatimeve të tjera jonizuese (grimcat a dhe beta, kuantet, kuantet e dritës dhe rrezeve x, grimcat kozmike. Fjalori i madh enciklopedik politeknik

Një numërues është një pajisje për të numëruar diçka. Numërues (elektronikë) një pajisje për numërimin e numrit të ngjarjeve, shoku i radhës pas njëri-tjetrit (për shembull, pulset) duke përdorur përmbledhje të vazhdueshme, ose për të përcaktuar shkallën e akumulimit të të cilave ... ... Wikipedia