Což umožňuje určit Geigerův čítač. Metody a technické prostředky záznamu záření. Ionizační metody dozimetrie. Plynoměry

Geigerův počítač

Geigerův počítač SI-8B (SSSR) se slídovým okénkem pro měření měkkého β-záření. Okénko je průhledné, pod ním je vidět spirálová drátěná elektroda, druhá elektroda je tělo přístroje.

Přídavný elektronický obvod dodává elektroměru napájení (obvykle minimálně 300), v případě potřeby zajišťuje zrušení výboje a počítá počet výbojů přes počítadlo.

Geigerovy čítače se dělí na nezhášecí a samozhášivé (nevyžadují vnější obvod pro ukončení výboje).

Citlivost měřiče je dána složením plynu, jeho objemem a také materiálem a tloušťkou jeho stěn.

Poznámka

Je třeba poznamenat, že z historických důvodů došlo k rozporu mezi ruskou a anglickou verzí tohoto a následujících výrazů:

viz také

• Koronární počítadlo
• http://www.u-tube.ru/pages/video/38781 princip fungování

Nadace Wikimedia. 2010.

Podívejte se, co je „Geigerův počítač“ v jiných slovnících:

Geiger-Mullerův počítač- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Geiger Müllerův čítač; Počítadlo Geiger Müller vok. Geiger Müller Zählrohr, n; GM Zählrohr, n rus. Geiger Mullerův čítač, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; trubice … Fizikos terminų žodynas

Geiger-Mullerův počítač bitů- - Témata ropný a plynárenský průmysl EN elektronický analyzátor výšky pulzu ... Technická příručka překladatele

- ... Wikipedie

- (Geiger-Müllerův čítač), detektor výboje plynu, který se spouští, když náboj projde jeho objemem. h c. Velikost signálu (proudový impuls) nezávisí na energii hc (zařízení pracuje v režimu samovybíjení). G. s. vynalezen v roce 1908 v Německu...... Fyzická encyklopedie

Plynová výbojka pro detekci ionizujícího záření (částice a – a b, g kvanta, světelná a rentgenová kvanta, částice kosmického záření atd.). Geiger-Müllerův pult je hermeticky uzavřená skleněná trubice... Encyklopedie techniky

Geigerův počítač- Geigerův počítač Geigerův počítač, detektor částic s plynovým výbojem. Spustí se, když částice nebo g kvantum vstoupí do jeho objemu. Vynalezen v roce 1908 německým fyzikem H. Geigerem a vylepšený jím spolu s německým fyzikem W. Mullerem. Geiger...... Ilustrovaný encyklopedický slovník

Geigerův počítač, detektor částic s plynovým výbojem. Spustí se, když částice nebo g kvantum vstoupí do jeho objemu. Vynalezen v roce 1908 německým fyzikem H. Geigerem a vylepšený jím spolu s německým fyzikem W. Mullerem. Byl použit Geigerův počítač...... Moderní encyklopedie

Plynové výbojové zařízení pro detekci a studium různých typů radioaktivního a jiného ionizujícího záření: částice α a β, paprsky γ, světelná a rentgenová kvanta, vysokoenergetické částice v kosmickém záření (viz Kosmické záření) a ... Velká sovětská encyklopedie

- [jménem Němec. fyzikové H. Geiger (H. Geiger; 1882 1945) a W. Muller (W. Muller; 1905 79)] detektor radioaktivního a jiného ionizujícího záření v plynovém výboji (částice a a beta, kvanta, světelná a rentgenová kvanta, kosmické částice ... ... Velký encyklopedický polytechnický slovník

Počítadlo je zařízení pro počítání něčeho. Čítač (elektronika) zařízení pro počítání počtu událostí po sobě následujících (například pulsů) pomocí průběžného sčítání, nebo pro určení stupně akumulace, z nichž ... ... Wikipedie

Ať se nám to líbí nebo ne, radiace pevně vstoupila do našich životů a nehodlá se vytratit. S tímto fenoménem, ​​který je užitečný i nebezpečný, se musíme naučit žít. Záření se projevuje jako neviditelné a nepostřehnutelné záření a bez speciálních přístrojů je nelze detekovat.

Trochu historie radiace

Rentgenové záření bylo objeveno v roce 1895. O rok později byla objevena radioaktivita uranu, také v souvislosti s rentgenovým zářením. Vědci si uvědomili, že jsou postaveni před zcela nové, dosud nevídané přírodní jevy. Je zajímavé, že fenomén radiace byl zaznamenán o několik let dříve, ale nepřikládal se mu žádný význam, ačkoli Nikola Tesla a další pracovníci Edisonovy laboratoře také obdrželi popáleniny od rentgenového záření. Škody na zdraví se připisovaly čemukoli, jen ne paprskům, se kterými se živí tvorové v takových dávkách nikdy nesetkali. Na samém počátku 20. století se začaly objevovat články o škodlivých účincích záření na zvířata. Tomu se také nepřikládal žádný význam až do senzačního příběhu s „radium girls“ – dělnicemi továrny, která vyráběla svítící hodinky. Prostě namočí štětce špičkou jazyka. Hrozný osud některých z nich nebyl z etických důvodů ani zveřejněn a zůstal zkouškou jen pro pevné nervy lékařů.

V roce 1939 fyzička Lise Meitnerová, která spolu s Otto Hahnem a Fritzem Strassmannem patří k lidem, kteří jako první na světě rozdělili jádro uranu, bezděčně vyhrkla o možnosti řetězové reakce a od té chvíle začala řetězová reakce nápadů na vytvoření bomby, totiž bomby, a už vůbec ne „mírového atomu“, za kterou by krvežízniví politici 20. století samozřejmě nedali ani korunu. Ti, kteří byli „informovaní“, již věděli, k čemu to povede, a začaly závody v atomovém zbrojení.

Jak se objevil Geiger-Müllerův čítač?

Německý fyzik Hans Geiger, který pracoval v laboratoři Ernsta Rutherforda, navrhl v roce 1908 princip činnosti čítače „nabitých částic“ jako další vývoj již známé ionizační komory, což byl elektrický kondenzátor plněný plynem při nízké teplotě. tlak. Použil ho Pierre Curie v roce 1895 ke studiu elektrických vlastností plynů. Geigera napadlo jej použít k detekci ionizujícího záření právě proto, že tato záření měla přímý vliv na stupeň ionizace plynu.

V roce 1928 vytvořil Walter Müller pod vedením Geigera několik typů čítačů záření určených k registraci různých ionizujících částic. Vytvoření čítačů bylo velmi naléhavou potřebou, bez níž nebylo možné pokračovat ve studiu radioaktivních materiálů, protože fyzika jako experimentální věda je nemyslitelná bez měřicích přístrojů. Geiger a Müller cílevědomě pracovali na vytvoření čítačů, které byly citlivé na každý z typů záření, které byly objeveny: α, β a γ (neutrony byly objeveny až v roce 1932).

Geiger-Mullerův počítač se ukázal jako jednoduchý, spolehlivý, levný a praktický detektor záření. Přestože se nejedná o nejpřesnější přístroj pro studium konkrétních typů částic nebo záření, je mimořádně vhodný jako přístroj pro obecné měření intenzity ionizujícího záření. A v kombinaci s dalšími detektory jej používají fyzici k přesným měřením při experimentech.

Ionizující radiace

Pro lepší pochopení činnosti Geiger-Mullerova počítače je užitečné porozumět ionizujícímu záření obecně. Podle definice mezi ně patří vše, co může způsobit ionizaci látky v jejím normálním stavu. To vyžaduje určité množství energie. Například rádiové vlny nebo dokonce ultrafialové světlo nejsou ionizujícím zářením. Hranice začíná „tvrdým ultrafialovým zářením“, také známým jako „měkký rentgen“. Tento typ je fotonovým typem záření. Fotony s vysokou energií se obvykle nazývají gama kvanta.

Ernst Rutherford jako první rozdělil ionizující záření do tří typů. To bylo provedeno v experimentálním nastavení pomocí magnetického pole ve vakuu. Později se ukázalo, že toto:

α - jádra atomů helia
β - vysokoenergetické elektrony
γ - gama kvanta (fotony)

Později byly objeveny neutrony. Částice alfa jsou snadno blokovány i obyčejným papírem, částice beta mají o něco větší pronikavou sílu a gama záření má nejvyšší pronikavost. Nejnebezpečnější jsou neutrony (na vzdálenost až mnoha desítek metrů ve vzduchu!). Díky své elektrické neutralitě neinteragují s elektronovými obaly molekul látky. Jakmile se však dostanou do atomového jádra, jehož pravděpodobnost je poměrně vysoká, vedou k jeho nestabilitě a rozpadu, přičemž zpravidla vznikají radioaktivní izotopy. A ty, které se zase rozkládají, samy tvoří celou „kytici“ ionizujícího záření. Nejhorší je, že ozařovaný předmět nebo živý organismus se sám stává zdrojem záření na mnoho hodin a dní.

Konstrukce Geiger-Mullerova čítače a princip jeho činnosti

Geiger-Mullerův počítač plynových výbojů se obvykle vyrábí ve formě utěsněné trubice, skla nebo kovu, ze které je vzduch evakuován, a místo toho se pod nízkým tlakem přidává inertní plyn (neon nebo argon nebo směs obou). , s příměsí halogenů nebo alkoholu. Podél osy trubky je natažen tenký drát a koaxiálně s ním je umístěn kovový válec. Jak trubka, tak drát jsou elektrody: trubice je katoda a drát je anoda. Mínus ze zdroje konstantního napětí je připojen ke katodě a plus ze zdroje konstantního napětí je připojen k anodě přes velký konstantní odpor. Elektricky se získá dělič napětí, v jehož středním bodě (přechod odporu a anody elektroměru) se napětí téměř rovná napětí na zdroji. To je obvykle několik stovek voltů.

Když trubicí proletí ionizující částice, atomy inertního plynu, již v elektrickém poli o vysoké intenzitě, zažívají srážky s touto částicí. Energie vydávaná částicí při srážce stačí k oddělení elektronů od atomů plynu. Výsledné sekundární elektrony jsou samy schopny tvořit nové srážky a tak se získá celá lavina elektronů a iontů. Vlivem elektrického pole jsou elektrony urychlovány směrem k anodě a kladně nabité ionty plynu jsou urychlovány směrem ke katodě elektronky. Vzniká tak elektrický proud. Ale protože energie částice již byla zcela nebo částečně vynaložena na srážky (částice proletěla trubicí), končí i přísun atomů ionizovaného plynu, což je žádoucí a je zajištěno některými dodatečnými opatřeními, o kterých si budeme povídat o při analýze parametrů čítačů.

Když nabitá částice vstoupí do Geiger-Mullerova čítače, vlivem výsledného proudu klesne odpor elektronky a s ním i napětí ve středu děliče napětí, o kterém jsme hovořili výše. Poté se odpor trubice v důsledku zvýšení jejího odporu obnoví a napětí se opět stane stejným. Získáme tak záporný napěťový impuls. Počítáním impulsů můžeme odhadnout počet procházejících částic. Síla elektrického pole je zvláště vysoká v blízkosti anody kvůli její malé velikosti, což činí čítač citlivějším.

Návrhy Geiger-Mullerových čítačů

Moderní Geiger-Mullerovy čítače jsou k dispozici ve dvou hlavních verzích: „klasické“ a ploché. Klasický pult je vyroben z tenkostěnné kovové trubky se zvlněním. Vlnitý povrch měřiče činí trubici tuhou, odolnou vůči vnějšímu atmosférickému tlaku a nedovolí, aby se pod jeho vlivem zmačkala. Na koncích trubky jsou těsnící izolátory ze skla nebo termosetového plastu. Obsahují také krytky svorek pro připojení k obvodu zařízení. Trubka je označena a potažena odolným izolačním lakem, samozřejmě nepočítám její koncovky. Je také vyznačena polarita svorek. Jedná se o univerzální čítač pro všechny typy ionizujícího záření, zejména beta a gama.

Čítače citlivé na měkké β-záření se vyrábějí odlišně. Kvůli krátkému dosahu beta částic je nutné je vyrobit ploché, se slídovým oknem, které slabě blokuje beta záření, je jednou z možností takového čítače radiační senzor BETA-2. Všechny ostatní vlastnosti měřidel jsou dány materiály, ze kterých jsou vyrobeny.

Čítače určené pro záznam gama záření obsahují katodu vyrobenou z kovů s vysokým nábojovým číslem, nebo jsou takovými kovy potaženy. Plyn je extrémně špatně ionizován gama fotony. Ale gama fotony jsou schopny vyřadit z katody mnoho sekundárních elektronů, pokud je vhodně zvolena. Geiger-Mullerovy počítače pro beta částice jsou vyrobeny s tenkými okny, aby lépe propouštěly částice, protože jsou to obyčejné elektrony, které právě přijaly více energie. Velmi dobře interagují s hmotou a tuto energii rychle ztrácejí.

V případě alfa částic je situace ještě horší. Takže i přes velmi slušnou energii, v řádu několika MeV, alfa částice velmi silně interagují s molekulami v jejich cestě a rychle ztrácejí energii. Pokud je hmota přirovnávána k lesu a elektron ke střele, pak alfa částice budou muset být přirovnány k tanku řítícímu se lesem. Konvenční čítač však dobře reaguje na α-záření, ale pouze na vzdálenost do několika centimetrů.

Pro objektivní posouzení úrovně ionizujícího záření dozimetry Univerzální měřiče jsou často vybaveny dvěma paralelně pracujícími počítadly. Jeden je citlivější na záření α a β a druhý na záření γ. Toto schéma použití dvou čítačů je implementováno v dozimetru RADEX RD1008 a v dozimetru-radiometru RADEKS MKS-1009, ve kterém je počítadlo instalováno BETA-2 A BETA-2M. Někdy je mezi pulty umístěna tyč nebo deska ze slitiny obsahující příměs kadmia. Při dopadu neutronů na takovou tyč vzniká γ-záření, které je zaznamenáno. To se provádí proto, aby bylo možné detekovat neutronové záření, na které jsou jednoduché Geigerovy počítače prakticky necitlivé. Další metodou je potažení krytu (katody) nečistotami, které mohou způsobit citlivost na neutrony.

Pro rychlé uhašení výboje se do plynu přidávají halogeny (chlór, brom). Alkoholové páry také slouží ke stejnému účelu, ačkoli alkohol je v tomto případě krátkodobý (toto je obecně vlastnost alkoholu) a „vystřízlivělý“ měřič neustále začíná „zvonit“, to znamená, že nemůže pracovat v zamýšleném režimu . To se děje někde po detekci 1e9 pulzů (miliarda), což není tolik. Elektroměry s halogeny jsou mnohem odolnější.

Parametry a provozní režimy Geigerových počítačů

Citlivost Geigerových počítačů.

Citlivost čítače se odhaduje poměrem počtu mikroroentgenů z referenčního zdroje k počtu pulzů způsobených tímto zářením. Protože Geigerovy počítače nejsou určeny k měření energie částic, je přesný odhad obtížný. Čítače jsou kalibrovány pomocí referenčních izotopových zdrojů. Je třeba poznamenat, že tento parametr se může u různých typů čítačů značně lišit. Níže jsou uvedeny parametry nejběžnějších Geiger-Mullerových čítačů:

Geiger-Mullerův počítač Beta-2- 160 ÷ 240 imp/µR

Geiger-Mullerův počítač Beta-1- 96 ÷ 144 imp/µR

Geiger-Mullerův počítač SBM-20- 60 ÷ 75 imp/µR

Geiger-Mullerův počítač SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp/µR

Geiger-Mullerův počítač SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp/μR

Oblast vstupního okna nebo pracovní oblast

Oblast radiačního senzoru, kterou prolétají radioaktivní částice. Tato charakteristika přímo souvisí s rozměry snímače. Čím větší plocha, tím více částic Geiger-Mullerův počítač zachytí. Tento parametr se obvykle uvádí v centimetrech čtverečních.

Geiger-Mullerův počítač Beta-2- 13,8 cm2

Geiger-Mullerův počítač Beta-1- 7 cm2

Toto napětí odpovídá přibližně středu provozní charakteristiky. Provozní charakteristika je plochá část závislosti počtu zaznamenaných pulzů na napětí, proto se jí také říká „plató“. V tomto okamžiku je dosaženo nejvyšší provozní rychlosti (horní mez měření). Typická hodnota je 400 V.

Šířka provozní charakteristiky čítače.

Jedná se o rozdíl mezi napětím průrazu jiskry a výstupním napětím na ploché části charakteristiky. Typická hodnota je 100 V.

Sklon provozní charakteristiky měřiče.

Sklon se měří jako procento pulzů na volt. Charakterizuje statistickou chybu měření (počítání počtu pulzů). Typická hodnota je 0,15 %.

Přípustná provozní teplota měřiče.

Pro běžné měřiče -50 ... +70 stupňů Celsia. Toto je velmi důležitý parametr, pokud měřič pracuje v komorách, kanálech a dalších místech složitého zařízení: urychlovače, reaktory atd.

Pracovní zdroj počítadla.

Celkový počet pulsů, které měřič zaregistruje, než začnou být jeho hodnoty nesprávné. U zařízení s organickými přísadami je samozhášivost obvykle 1e9 (deset až devátá mocnina nebo jedna miliarda). Zdroj se započítává pouze v případě, že je na elektroměr přivedeno provozní napětí. Pokud je počítadlo jednoduše uloženo, tento zdroj není spotřebován.

Počítat mrtvý čas.

Toto je doba (doba zotavení), během které čítač vede proud poté, co byl spuštěn procházející částicí. Existence takového času znamená, že existuje horní hranice frekvence pulzů a to omezuje rozsah měření. Typická hodnota je 1e-4 s, což je deset mikrosekund.

Je třeba poznamenat, že v důsledku mrtvého času může být senzor „mimo měřítko“ a zůstat tichý v nejnebezpečnějším okamžiku (například spontánní řetězová reakce ve výrobě). Takové případy se staly a pro boj s nimi se používají olověné obrazovky k zakrytí části senzorů nouzových poplachových systémů.

Vlastní počítadlo pozadí.

Měřeno v silnostěnných olověných komorách pro posouzení kvality měřidel. Typická hodnota je 1 ... 2 pulzy za minutu.

Praktická aplikace Geigerových počítačů

Sovětský a nyní ruský průmysl vyrábí mnoho typů Geiger-Mullerových čítačů. Zde jsou některé běžné značky: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, měřiče řady Gamma, koncové počítadla řady Beta"a je jich mnohem víc. Všechny se používají pro monitorování a měření radiace: v zařízeních jaderného průmyslu, ve vědeckých a vzdělávacích institucích, v civilní obraně, medicíně a dokonce i v každodenním životě. Po havárii v Černobylu, dozimetry pro domácnost, dříve neznámé obyvatelstvu ani podle jména, se staly velmi populární. Objevilo se mnoho značek domácích dozimetrů. Všechny používají Geiger-Mullerův počítač jako senzor záření. V dozimetrech pro domácnost jsou instalovány jedna až dvě trubice nebo koncové čítače.

JEDNOTKY MĚŘENÍ MNOŽSTVÍ ZÁŘENÍ

Po dlouhou dobu byla běžná jednotka měření P (roentgen). Při přechodu na soustavu SI se však objevují další jednotky. Rentgen je jednotka expoziční dávky, „množství záření“, které se vyjadřuje jako počet iontů produkovaných v suchém vzduchu. Při dávce 1 R v 1 cm3 vzduchu se vytvoří 2,082e9 párů iontů (což odpovídá 1 jednotce náboje SGSE). V systému SI je expoziční dávka vyjádřena v coulombech na kilogram a u rentgenových paprsků to souvisí s rovnicí:

1 C/kg = 3876 R

Absorbovaná dávka záření se měří v joulech na kilogram a nazývá se Gray. Toto je náhrada za zastaralou jednotku rad. Absorbovaný dávkový příkon se měří v šedých odstínech za sekundu. Dávka expozice (EDR), dříve měřená v rentgenech za sekundu, se nyní měří v ampérech na kilogram. Ekvivalentní dávka záření, při které je absorbovaná dávka 1 Gy (šedá) a faktor kvality záření je 1, se nazývá Sievert. Rem (biologický ekvivalent rentgenového záření) je setina sievertu, který je nyní považován za zastaralý. Přesto jsou i dnes všechny zastaralé jednotky velmi aktivně využívány.

Hlavními pojmy při měření záření jsou dávka a výkon. Dávka je počet elementárních nábojů v procesu ionizace látky a výkon je rychlost tvorby dávky za jednotku času. A v jakých jednotkách je to vyjádřeno, je věcí vkusu a pohodlí.

I minimální dávka je nebezpečná z hlediska dlouhodobých následků pro organismus. Výpočet nebezpečí je celkem jednoduchý. Například váš dozimetr ukazuje 300 miliroentgenů za hodinu. Pokud na tomto místě zůstanete jeden den, dostanete dávku 24 * 0,3 = 7,2 rentgenů. Je to nebezpečné a musíte odtud co nejdříve odejít. Obecně platí, že pokud zaznamenáte i slabé záření, musíte se od něj vzdálit a zkontrolovat ho i na dálku. Pokud vás „následuje“, můžete si „gratulovat“, zasáhly vás neutrony. Ne každý dozimetr na ně ale dokáže reagovat.

Pro zdroje záření se používá veličina charakterizující počet rozpadů za jednotku času, nazývá se aktivita a měří se také mnoha různými jednotkami: curie, becquerel, rutherford a některé další. Množství aktivity měřené dvakrát s dostatečným časovým odstupem, pokud se snižuje, umožňuje podle zákona radioaktivního rozpadu vypočítat dobu, kdy se zdroj stane dostatečně bezpečným.

Zařízení schopné určování, vynalezené již v roce 1908 německým fyzikem Hansem Wilhelmem Geigerem, je dnes široce používáno. Důvodem je vysoká citlivost zařízení a jeho schopnost detekovat širokou škálu záření. Snadná obsluha a nízké náklady umožňují každému, kdo se rozhodne nezávisle měřit úroveň radiace, kdykoli a kdekoli zakoupit Geigerův počítač. Co je to za zařízení a jak funguje?

Princip činnosti Geigerova počítače

Jeho design je celkem jednoduchý. Plynová směs skládající se z neonu a argonu je čerpána do utěsněného válce se dvěma elektrodami, který se snadno ionizuje. Ten je přiváděn k elektrodám (asi 400V), což samo o sobě nezpůsobuje žádné výbojové jevy až do okamžiku, kdy v plynném prostředí zařízení začne proces ionizace. Vzhled částic přicházejících zvenčí vede k tomu, že primární elektrony, urychlené v odpovídajícím poli, začnou ionizovat další molekuly plynného média. V důsledku toho dochází vlivem elektrického pole k lavinové tvorbě nových elektronů a iontů, které prudce zvyšují vodivost elektron-iontového oblaku. V plynném prostředí Geigerova počítače dochází k výboji. Počet pulsů vyskytujících se v určitém časovém období je přímo úměrný počtu detekovaných částic. Toto je, obecně řečeno, princip činnosti Geigerova počítače.

Zpětný proces, v jehož důsledku se plynné médium vrací do původního stavu, nastává sám od sebe. Vlivem halogenů (obvykle se používá brom nebo chlor) dochází v tomto prostředí k intenzivní rekombinaci náboje. Tento proces probíhá mnohem pomaleji, a proto je čas potřebný k obnovení citlivosti Geigerova počítače velmi důležitou pasovou charakteristikou zařízení.

Navzdory skutečnosti, že princip činnosti Geigerova počítače je poměrně jednoduchý, je schopen reagovat na ionizující záření široké škály typů. Jsou to α-, β-, γ-, dále rentgen, neutron a vše závisí na konstrukci zařízení. Vstupní okno Geigerova počítače, schopného detekovat α- a měkké β-záření, je tedy vyrobeno ze slídy o tloušťce 3 až 10 mikronů. Pro detekci je vyroben z berylia a ultrafialový je vyroben z křemene.

Kde se používá Geigerův počítač?

Princip činnosti Geigerova počítače je základem pro činnost většiny moderních dozimetrů. Tyto malé přístroje, které mají relativně nízkou cenu, jsou poměrně citlivé a jsou schopny zobrazovat výsledky ve snadno srozumitelných jednotkách měření. Snadné použití umožňuje používat tato zařízení i těm, kteří dozimetrii rozumí jen velmi málo.

V závislosti na jejich možnostech a přesnosti měření mohou být dozimetry profesionální nebo domácí. S jejich pomocí můžete včas a efektivně určit stávající zdroj ionizovaného záření jak na volném prostranství, tak v interiéru.

Tato zařízení, která při své činnosti využívají principu Geigerova čítače, dokážou pohotově hlásit nebezpečí pomocí vizuálních i zvukových či vibračních signálů. Vždy tak můžete kontrolovat jídlo, oblečení, zkoumat nábytek, vybavení, stavební materiály atd., abyste zajistili nepřítomnost záření škodlivého pro lidské tělo.

Účel počítadel

Geiger-Mullerův počítač je dvouelektrodové zařízení určené ke stanovení intenzity ionizujícího záření nebo jinými slovy k počítání ionizujících částic vznikajících při jaderných reakcích: ionty helia (- částice), elektrony (- částice), rentgenové záření. kvanta (- částice) a neutrony. Částice se šíří velmi vysokou rychlostí [až 2. 10 7 m/s pro ionty (energie do 10 MeV) a asi rychlost světla pro elektrony (energie 0,2 - 2 MeV)], díky čemuž pronikají dovnitř čítače. Úlohou čítače je generovat krátký (zlomky milisekundy) napěťový impuls (jednotky - desítky voltů), když částice vstoupí do objemu zařízení.

Ve srovnání s jinými detektory (senzory) ionizujícího záření (ionizační komora, proporcionální čítač) má Geiger-Mullerův čítač vysokou prahovou citlivost - umožňuje ovládat přirozené radioaktivní pozadí Země (1 částice na cm 2 v 10 - 100 sekund). Horní hranice měření je relativně nízká - až 10 4 částic na cm 2 za sekundu nebo až 10 Sievertů za hodinu (Sv/h). Zvláštností čítače je schopnost generovat identické výstupní napěťové impulsy bez ohledu na typ částic, jejich energii a počet ionizací produkovaných částicí v objemu senzoru.

Činnost Geigerova čítače je založena na nesamonosném pulzním výboji plynu mezi kovovými elektrodami, který je iniciován jedním nebo více elektrony, které jsou výsledkem ionizace plynné částice, částice - nebo -. Měřidla obvykle používají válcovou elektrodovou konstrukci a průměr vnitřního válce (anody) je mnohem menší (2 a více řádů) než vnějšího (katody), což má zásadní význam. Charakteristický průměr anody je 0,1 mm.

Částice vstupují do čítače přes vakuový plášť a katodu ve „válcovém“ provedení (obr. 2, A) nebo přes speciální ploché tenké okénko v „koncové“ verzi provedení (obr. 2 ,b). Druhá možnost slouží k registraci částic, které mají nízkou penetrační schopnost (zadržené např. listem papíru), ale jsou velmi biologicky nebezpečné, pokud se zdroj částic dostane do těla. Detektory se slídovými okny se také používají k počítání částic s relativně nízkou energií („měkké“ beta záření).

Rýže. 2. Schematické návrhy válcového ( A) a konec ( b) Geigerovy počítače. Označení: 1 - vakuová skořepina (sklo); 2 - anoda; 3 - katoda; 4 - okno (slída, celofán)

U válcového provedení čítače, určeného k registraci vysokoenergetických částic nebo měkkých rentgenových paprsků, je použit tenkostěnný vakuový plášť a katoda je vyrobena z tenké fólie nebo ve formě tenkého filmu z kovu (měď , hliník) nanesený na vnitřním povrchu pláště. V řadě provedení je prvkem vakuového pláště tenkostěnná kovová katoda (s výztuhami). Tvrdé rentgenové záření (částice) má zvýšenou pronikavost. Proto jej zaznamenávají detektory s dosti silnými stěnami vakuového pláště a masivní katodou. V neutronových čítačích je katoda potažena tenkou vrstvou kadmia nebo boru, ve které se neutronové záření přeměňuje na radioaktivní záření prostřednictvím jaderných reakcí.

Objem zařízení je obvykle naplněn argonem nebo neonem s malou (do 1%) příměsí argonu při tlaku blízkém atmosférickému (10 -50 kPa). Pro eliminaci nežádoucích jevů dofukování se do plynové náplně zavádí příměs par bromu nebo alkoholu (až 1 %).

Schopnost Geigerova počítače registrovat částice bez ohledu na jejich typ a energii (vygenerovat jeden napěťový impulz bez ohledu na počet elektronů generovaných částicí) je dána skutečností, že díky velmi malému průměru anody téměř veškeré napětí aplikované na elektrody je soustředěno v úzké vrstvě blízké anodě. Vně vrstvy je „oblast zachycování částic“, ve které ionizují molekuly plynu. Elektrony odtržené částicí od molekul jsou urychlovány směrem k anodě, ale plyn je slabě ionizován kvůli nízké intenzitě elektrického pole. Ionizace prudce vzroste poté, co elektrony vstoupí do vrstvy blízké anody s vysokou intenzitou pole, kde se vyvinou elektronové laviny (jedna nebo několik) s velmi vysokým stupněm zmnožení elektronů (až 10 7). Proud z toho vyplývající však ještě nedosahuje hodnoty odpovídající vytvoření signálu snímače.

Další zvýšení proudu na provozní hodnotu je způsobeno tím, že v lavinách současně s ionizací vznikají ultrafialové fotony s energií cca 15 eV, postačující k ionizaci molekul nečistot v plynové náplni (např. potenciál molekul bromu je 12,8 V). Elektrony vzniklé fotoionizací molekul mimo vrstvu jsou urychlovány směrem k anodě, ale zde se nevyvíjejí laviny kvůli nízké intenzitě pole a proces má malý vliv na vývoj výboje. Ve vrstvě je situace jiná: vzniklé fotoelektrony vlivem vysokého napětí iniciují intenzivní laviny, ve kterých se generují nové fotony. Jejich počet převyšuje počáteční a proces ve vrstvě podle schématu „fotony - elektronové laviny - fotony“ rychle (několik mikrosekund) narůstá (přechází do „spouštěcího režimu“). V tomto případě se výboj z místa prvních lavin iniciovaný částicí šíří po anodě („příčný zážeh“), prudce se zvyšuje anodový proud a vzniká náběžná hrana signálu snímače.

Sestupná hrana signálu (pokles proudu) je způsobena dvěma důvody: poklesem anodového potenciálu v důsledku poklesu napětí z proudu přes rezistor (na náběžné hraně je potenciál udržován mezielektrodovou kapacitou) a poklesem v intenzitě elektrického pole ve vrstvě vlivem prostorového náboje iontů po odchodu elektronů z anody (náboj zvyšuje potenciály bodů, v důsledku čehož klesá úbytek napětí na vrstvě a v oblasti zachycování částic zvyšuje). Oba důvody snižují intenzitu rozvoje laviny a proces podle schématu „lavina - fotony - lavina“ odeznívá a proud senzorem klesá. Po skončení proudového impulsu se anodový potenciál zvýší na počáteční úroveň (s určitým zpožděním v důsledku nabití mezielektrodové kapacity přes anodový rezistor), rozložení potenciálu v mezeře mezi elektrodami se vrátí do původní podoby jako výsledkem odchodu iontů na katodu a počítadlo obnoví schopnost registrovat příchod nových částic.

Vyrábějí se desítky typů detektorů ionizujícího záření. K jejich označení se používá několik systémů. Například STS-2, STS-4 - samozhášivé koncové čítače, nebo MS-4 - čítač s měděnou katodou (B - s wolframem, G - s grafitem), nebo SAT-7 - čítač koncových částic, SBM- 10 - čítač - kovové částice, SNM-42 - kovový čítač neutronů, SRM-1 - čítač pro rentgenové záření atd.

Struktura a princip činnosti Geiger-Müllerova čítače

V V poslední době se pozornost radiační bezpečnosti ze strany běžných občanů u nás stále více zvyšuje. A to souvisí nejen s tragickými událostmi v jaderné elektrárně v Černobylu a jejich dalšími důsledky, ale také s různými typy incidentů, které se na tom či onom místě planety periodicky stávají. V tomto ohledu se na konci minulého století začala objevovat zařízení dozimetrické monitorování radiace pro domácí účely. A taková zařízení zachránila mnoha lidem nejen jejich zdraví, ale někdy i životy, a to nejen v oblastech sousedících s uzavřenou zónou. Proto jsou otázky radiační bezpečnosti aktuální kdekoli u nás dodnes.

V Všechny domácí a téměř všechny profesionální moderní dozimetry jsou vybaveny . Jiným způsobem jej lze nazvat citlivým prvkem dozimetru. Toto zařízení vynalezl v roce 1908 německý fyzik Hans Geiger a o dvacet let později tento vývoj zdokonalil další fyzik Walter Muller a právě princip tohoto zařízení se používá dodnes.

N Některé moderní dozimetry mají čtyři čítače najednou, což umožňuje zvýšit přesnost měření a citlivost přístroje a také zkrátit dobu měření. Většina Geiger-Mullerových počítačů je schopna detekovat gama záření, vysokoenergetické beta záření a rentgenové záření. Existuje však speciální vývoj pro určování vysokoenergetických částic alfa. Aby byl dozimetr konfigurován tak, aby detekoval pouze gama záření, nejnebezpečnější ze tří typů záření, je citlivá komora pokryta speciálním pláštěm z olova nebo jiné oceli, který umožňuje omezit pronikání beta částic do čelit.

V V moderních dozimetrech pro domácí i profesionální použití jsou široce používány senzory jako SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1. Liší se celkovými rozměry fotoaparátu a dalšími parametry 20. řada snímačů má rozměry: délka 110 mm, průměr 11 mm, u 21. modelu délka 20-22 mm s průměrem 6 mm. Je důležité pochopit, že čím větší kamera, tím větší počet radioaktivních prvků, které jí proletí, a tím větší citlivost a přesnost má. Takže u 20. řady snímačů jsou rozměry 8-10x větší než u 21. a budeme mít rozdíl v citlivosti přibližně ve stejných proporcích.

NA Návrh Geigerova počítače lze schematicky popsat následovně. Senzor sestávající z válcové nádoby, do které je čerpán inertní plyn (například argon, neon nebo jejich směsi) pod minimálním tlakem, aby se usnadnil výskyt elektrického výboje mezi katodou a anodou. Katodou je nejčastěji celé kovové tělo citlivého senzoru a anodou je malý drátek umístěný na izolátorech. Někdy je katoda dodatečně zabalena do ochranného krytu vyrobeného z nerezové oceli nebo olova, což se provádí za účelem konfigurace čítače tak, aby detekoval pouze gama kvanta.

D Pro domácí použití se v současnosti nejčastěji používají koncové snímače (například Beta-1, Beta-2). Takové čítače jsou navrženy tak, aby byly schopny detekovat a registrovat i částice alfa. Takovým čítačem je plochý válec s elektrodami umístěnými uvnitř a vstupním (pracovním) okénkem ze slídového filmu o tloušťce pouhých 12 mikronů. Tento design umožňuje detekovat (na blízkou vzdálenost) vysokoenergetické částice alfa a nízkoenergetické částice beta. V tomto případě je plocha pracovního okna čítačů Beta-1 a Beta 1-1 7 cm2. Oblast slídového pracovního okna pro zařízení Beta-2 je 2krát větší než u zařízení Beta-1, lze ji použít k určení atd.

E Pokud mluvíme o principu činnosti Geigerovy komory, lze jej stručně popsat následovně. Při aktivaci je na katodu a anodu přes zatěžovací odpor přivedeno vysoké napětí (asi 350 - 475 voltů), ale nedochází mezi nimi k výboji kvůli inertnímu plynu sloužícímu jako dielektrikum. Při vstupu do komory stačí jeho energie k vyražení volného elektronu z materiálu tělesa komory nebo katody tento elektron jako lavina začne vyrážet volné elektrony z okolního inertního plynu a dojde k jeho ionizaci, což se projeví jako lavina. nakonec vede k výboji mezi elektrodami. Obvod je uzavřen a tuto skutečnost lze registrovat pomocí mikroobvodu zařízení, což je skutečnost, že detekuje buď gama kvantové nebo rentgenové záření. Kamera se poté resetuje a umožní detekci další částice.

H Pro zastavení procesu výboje v komoře a přípravu komory pro záznam další částice existují dva způsoby, jeden z nich je založen na skutečnosti, že se na velmi krátkou dobu zastaví přívod napětí do elektrod, čímž se zastaví proces ionizace plynu. Druhý způsob je založen na přidání další látky do inertního plynu, např. jódu, alkoholu a dalších látek, a ty vedou ke snížení napětí na elektrodách, čímž se také zastaví proces další ionizace a kamera se stane schopnou k detekci dalšího radioaktivního prvku. Tato metoda využívá vysokokapacitní zatěžovací odpor.

P počet výbojů v komoře měřiče a lze posoudit úroveň radiace v měřené oblasti nebo z konkrétního objektu.