Jak krátce funguje Geigerův počítač. Metody a technické prostředky záznamu záření. Ionizační metody dozimetrie. Plynoměry

Geiger-Mullerův počítač

D K určení úrovně záření se používá speciální zařízení -. A pro taková domácí a nejprofesionálnější zařízení pro monitorování radiace, Geigerův počítač . Tato část radiometru umožňuje přesně určit úroveň radiace.

Historie Geigerova počítače

V první, zařízení pro stanovení rychlosti rozpadu radioaktivních materiálů, se zrodilo v roce 1908, vynalezli jej něm. fyzik Hans Geiger . O dvacet let později spolu s dalším fyzikem Walter Müller zařízení bylo vylepšeno a bylo pojmenováno na počest těchto dvou vědců.

V v období rozvoje a etablování jaderné fyziky v bývalém Sovětském svazu byla vytvořena i odpovídající zařízení široce používaná v ozbrojených silách, v jaderných elektrárnách a ve speciálních radiačních skupinách civilní obrany. Od sedmdesátých let minulého století mezi takové dozimetry patřilo počítadlo založené na Geigerových principech, tj. SBM-20 . Tento čítač je přesně jako jeho další analog STS-5 , se hojně používá dodnes, a je také součástí moderní prostředky radiační kontroly .

Obr.1. Počítadlo výtlaku plynu STS-5.

Obr.2. Plynoměr SBM-20.

Princip činnosti Geiger-Müllerova čítače

A Myšlenka registrace radioaktivních částic navržená Geigerem je poměrně jednoduchá. Je založen na principu vzniku elektrických impulsů v prostředí inertního plynu pod vlivem vysoce nabité radioaktivní částice nebo kvanta elektromagnetických oscilací. Abychom se podrobněji zabývali mechanismem činnosti čítače, zastavme se trochu u jeho konstrukce a procesů, které v něm probíhají, když radioaktivní částice prochází citlivým prvkem zařízení.

R Záznamové zařízení je utěsněný válec nebo nádoba, která je naplněna inertním plynem, může to být neon, argon atd. Taková nádoba může být vyrobena z kovu nebo skla a plyn v ní je pod nízkým tlakem, což se provádí speciálně pro zjednodušení procesu registrace nabité částice. Uvnitř nádoby jsou dvě elektrody (katoda a anoda), na které je přes speciální zatěžovací odpor přiváděno vysoké stejnosměrné napětí.

Obr.3. Zařízení a schéma zapojení pro zapnutí Geigerova čítače.

P Při aktivaci čítače v prostředí inertního plynu nedochází na elektrodách k žádnému výboji z důvodu vysokého odporu média, situace se však změní, pokud do komory citlivého prvku elektrod vnikne radioaktivní částice nebo kvantum elektromagnetických kmitů. zařízení. V tomto případě částice s nábojem dostatečně vysoké energie vyřadí z bezprostředního okolí určitý počet elektronů, tzn. z prvků pouzdra nebo fyzicky samotných elektrod. Takové elektrony, jakmile jsou v prostředí inertního plynu, pod vlivem vysokého napětí mezi katodou a anodou, se začnou pohybovat směrem k anodě a cestou ionizují molekuly tohoto plynu. V důsledku toho vyřazují sekundární elektrony z molekul plynu a tento proces roste v geometrickém měřítku, dokud nedojde k průrazu mezi elektrodami. Ve vybitém stavu se obvod na velmi krátkou dobu uzavře a to způsobí skok proudu v zatěžovacím rezistoru a právě tento skok umožňuje registrovat průchod částice nebo kvanta záznamovou komorou.

T Tento mechanismus umožňuje registrovat jednu částici, avšak v prostředí, kde je ionizující záření dosti intenzivní, je nutný rychlý návrat záznamové komory do původní polohy, aby bylo možné určit nové radioaktivní částice . Toho je dosaženo dvěma různými způsoby. Prvním z nich je na krátkou dobu přestat přivádět napětí do elektrod, v tomto případě se náhle zastaví ionizace inertního plynu a opětovné zapnutí testovací komory umožňuje začít nahrávat od úplného začátku. Tento typ čítače se nazývá nesamozhášecí dozimetry . Druhý typ zařízení, a to samozhášecí dozimetry, princip jejich fungování spočívá v přidávání speciálních přísad na bázi různých prvků, například bromu, jódu, chloru nebo alkoholu, do prostředí inertního plynu. V tomto případě jejich přítomnost automaticky vede k ukončení výboje. U této konstrukce zkušební komory se jako zatěžovací odpor používají odpory někdy několik desítek megaohmů. To umožňuje prudce snížit potenciálový rozdíl na koncích katody a anody při výboji, čímž se zastaví proces vedení proudu a komora se vrátí do původního stavu. Stojí za zmínku, že napětí na elektrodách nižší než 300 voltů automaticky přestane udržovat výboj.

Celý popsaný mechanismus umožňuje zaregistrovat obrovské množství radioaktivních částic v krátkém časovém úseku.

Druhy radioaktivního záření

H abyste pochopili, co přesně se zaznamenává Geiger–Muller kontruje , stojí za to se pozastavit nad tím, jaké druhy existují. Hned je třeba zmínit, že čítače plynových výbojů, které jsou součástí většiny moderních dozimetrů, jsou schopny zaznamenávat pouze počet radioaktivních nabitých částic nebo kvant, nemohou však určit ani jejich energetické charakteristiky, ani typ záření. Za tímto účelem jsou dozimetry více multifunkční a cílené, a aby bylo možné je správně porovnat, měly by být přesněji pochopeny jejich možnosti.

P Podle moderních koncepcí jaderné fyziky lze záření rozdělit na dva typy, první ve formě elektromagnetické pole , druhý ve formuláři tok částic (korpuskulární záření). První typ zahrnuje tok gama částic nebo rentgenové záření . Jejich hlavním znakem je schopnost šířit se ve formě vlny na velmi dlouhé vzdálenosti, přičemž celkem snadno procházejí různými předměty a snadno pronikají do nejrůznějších materiálů. Například, pokud se člověk potřebuje schovat před proudem gama paprsků kvůli jadernému výbuchu, pak tím, že se uchýlí do suterénu domu nebo protileteckého krytu, pokud je relativně hermeticky uzavřen, bude schopen se chránit od tohoto typu záření pouze o 50 procent.

Obr.4. Kvanta rentgenového a gama záření.

T Tento typ záření je pulzní povahy a vyznačuje se šířením v prostředí ve formě fotonů nebo kvant, tzn. krátké záblesky elektromagnetického záření. Takové záření může mít různé energetické a frekvenční charakteristiky, například rentgenové záření má frekvenci tisíckrát nižší než gama záření. Proto Gama paprsky jsou podstatně nebezpečnější pro lidské tělo a jejich dopad je mnohem ničivější.

A záření na korpuskulárním principu jsou částice alfa a beta (částice). Vznikají v důsledku jaderné reakce, při které se některé radioaktivní izotopy přeměňují na jiné, přičemž se uvolňuje obrovské množství energie. Částice beta v tomto případě představují proud elektronů a částice alfa jsou výrazně větší a stabilnější útvary, skládající se ze dvou neutronů a dvou protonů vázaných na sebe. Ve skutečnosti má jádro atomu helia tuto strukturu, takže lze tvrdit, že tok částic alfa je tokem jader helia.

Přijímá se následující klasifikace , částice alfa mají nejmenší pronikavou schopnost, aby se před nimi chránil, člověku stačí silný karton, aby se člověk chránil před proudem takového záření; kovová ochrana o tloušťce několika milimetrů (například hliníkový plech). Neexistuje prakticky žádná ochrana před gama kvanty a šíří se na značné vzdálenosti, slábnou, když se vzdalují od epicentra nebo zdroje, a řídí se zákony šíření elektromagnetických vln.

Obr.5. Radioaktivní částice typu alfa a beta.

NA Množství energie, kterou mají všechny tři typy záření, je také různé a tok alfa částic má největší z nich. Například, Energie, kterou mají částice alfa, je sedm tisíckrát větší než energie částic beta , tj. penetrační schopnost různých druhů záření je nepřímo úměrná jejich penetrační schopnosti.

D Pro lidské tělo je považován za nejnebezpečnější typ radioaktivního záření gama kvanta , kvůli vysoké penetrační síle, a pak v klesajícím pořadí beta částice a alfa částice. Proto je poměrně obtížné určit alfa částice, i když to není možné zjistit pomocí konvenčního počítadla Geiger-Muller, jelikož je pro ně překážkou téměř jakýkoli předmět, nemluvě o skleněné nebo kovové nádobě. Pomocí takového čítače je možné detekovat beta částice, ale pouze pokud je jejich energie dostatečná pro průchod materiálem nádoby čítače.

Pro nízkoenergetické beta částice je konvenční Geiger-Müllerův počítač neúčinný.

O Situace je podobná jako u gama záření, existuje možnost, že projdou nádobou bez spuštění ionizační reakce. K tomu je v čítačích instalována speciální clona (z hutné oceli nebo olova), která umožňuje snížit energii gama paprsků a tím aktivovat výboj v protikomoře.

Základní vlastnosti a rozdíly Geiger–Müllerových čítačů

S Za zmínku stojí také některé základní charakteristiky a rozdíly mezi různými vybavenými dozimetry výbojové Geiger-Mullerovy čítače. Chcete-li to provést, měli byste některé z nich porovnat.

Nejběžnější Geiger–Müllerovy čítače jsou vybaveny válcové nebo koncové senzory. Válcové jsou podobné podlouhlému válci ve formě trubky s malým poloměrem. Koncová ionizační komora má kulatý nebo obdélníkový tvar malé velikosti, ale s výraznou koncovou pracovní plochou. Někdy existují varianty koncových komor s podlouhlou válcovou trubkou s malým vstupním oknem na koncové straně. Různé konfigurace čítačů, konkrétně samotné kamery, jsou schopny registrovat různé druhy záření, případně jejich kombinace (například kombinace gama a beta paprsků, nebo celé spektrum alfa, beta a gama). To je možné díky speciálně navrženému designu pouzdra měřiče a také materiálu, ze kterého je vyroben.

E Další důležitou součástí pro zamýšlené použití měřidel je oblast vstupního citlivého prvku a pracovní oblast . Jinými slovy, toto je sektor, přes který proniknou a zaznamenají radioaktivní částice, které nás zajímají. Čím větší je tato oblast, tím více částic bude čítač schopen zachytit a tím větší bude jeho citlivost na záření. Údaje z pasu udávají plochu pracovní plochy, obvykle v centimetrech čtverečních.

E Dalším důležitým ukazatelem, který je uveden v charakteristice dozimetru, je velikost hluku (měřeno v pulzech za sekundu). Jinými slovy, tento ukazatel lze nazvat hodnotou vlastního pozadí. Lze ji určit v laboratorním prostředí umístěním zařízení do dobře chráněné místnosti nebo komory, obvykle se silnými olověnými stěnami, a zaznamenáváním úrovně záření, které zařízení samo vydává. Je jasné, že pokud je taková úroveň dostatečně významná, pak tyto indukované zvuky přímo ovlivní chyby měření.

Každý profesionál a záření má takovou charakteristiku, jako je citlivost na záření, také měřená v pulzech za sekundu (imp/s) nebo v pulzech na mikroröntgen (imp/μR). Tento parametr, respektive jeho použití, přímo závisí na zdroji ionizujícího záření, na který je čítač naladěn a proti kterému budou prováděna další měření. Často se ladění provádí pomocí zdrojů, které zahrnují radioaktivní materiály, jako je radium - 226, kobalt - 60, cesium - 137, uhlík - 14 a další.

E Dalším ukazatelem, podle kterého se vyplatí porovnávat dozimetry, je účinnost detekce iontového záření nebo radioaktivní částice. Existence tohoto kritéria je dána tím, že ne všechny radioaktivní částice procházející citlivým prvkem dozimetru budou registrovány. To se může stát v případě, kdy kvantum gama záření nezpůsobilo ionizaci v protikomoře, nebo počet částic, které prošly a způsobily ionizaci a výboj, je tak velký, že je zařízení adekvátně nepočítá, a z jiných důvodů . Aby bylo možné přesně určit tuto charakteristiku konkrétního dozimetru, je testován pomocí určitých radioaktivních zdrojů, například plutonia-239 (pro částice alfa) nebo thallia - 204, stroncia - 90, yttria - 90 (beta zářič), stejně jako další radioaktivní materiály.

S Dalším kritériem, na které je třeba se zaměřit, je rozsah zaznamenaných energií . Každá radioaktivní částice nebo kvantum záření má jinou energetickou charakteristiku. Dozimetry jsou proto konstruovány tak, aby měřily nejen konkrétní druh záření, ale i jejich odpovídající energetickou charakteristiku. Tento indikátor se měří v megaelektronvoltech nebo kiloelektronvoltech (MeV, KeV). Například, pokud beta částice nemají dostatečnou energii, pak nebudou schopny vyřadit elektron v protikomoře, a proto nebudou detekovány, nebo pouze vysokoenergetické částice alfa budou schopny prorazit materiál. pouzdra Geiger-Müllerova čítače a vyřaďte elektron.

A Na základě všeho výše uvedeného vyrábí moderní výrobci dozimetrů záření širokou škálu přístrojů pro různé účely a specifická odvětví. Proto stojí za zvážení konkrétní typy Geigerových čítačů.

Různé varianty Geiger–Mullerových čítačů

P První verze dozimetrů jsou zařízení určená k registraci a detekci gama fotonů a vysokofrekvenčního (tvrdého) beta záření. Pro tento rozsah měření jsou určeny téměř všechny dříve vyráběné a moderní, jak domácí např.: tak profesionální dozimetry záření např.: . Takové záření má dostatečnou energii a vysokou pronikavost, aby je kamera Geigerova počítače zaregistrovala. Takové částice a fotony snadno pronikají stěnami čítače a způsobují proces ionizace, což je snadno zaznamenáno odpovídajícím elektronickým plněním dozimetru.

D Populární čítače jako např SBM-20 , mající senzor ve formě válcové balónkové trubice s koaxiální drátěnou katodou a anodou. Stěny senzorové trubice navíc slouží jako katoda i pouzdro a jsou vyrobeny z nerezové oceli. Tento čítač má následující vlastnosti:

• plocha pracovní plochy citlivého prvku je 8 centimetrů čtverečních;
• radiační citlivost na gama záření je asi 280 pulsů/s nebo 70 pulsů/μR (testování bylo provedeno pro cesium - 137 při 4 μR/s);
• vlastní pozadí dozimetru je asi 1 puls/s;
• Senzor je navržen tak, aby registroval gama záření s energií v rozsahu od 0,05 MeV do 3 MeV a beta částice s energií 0,3 MeV na spodní hranici.

Obr.6. Geigerův počítač SBM-20.

U Docházelo k různým modifikacím tohoto čítače, např. SBM-20-1 nebo SBM-20U , které mají podobné vlastnosti, ale liší se základní konstrukcí kontaktních prvků a měřicího obvodu. Obdobné parametry mají i další modifikace tohoto Geiger-Müllerova čítače, a to SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, řada z nich se nachází v dozimetrech záření pro domácnost, které dnes najdete v obchodech .

S Další skupina radiačních dozimetrů je určena k registraci gama fotony a rentgenové záření . Pokud mluvíme o přesnosti takových zařízení, je třeba si uvědomit, že fotonové a gama záření jsou kvanta elektromagnetického záření, která se pohybují rychlostí světla (asi 300 000 km/s), takže registrace takového objektu se zdá být poměrně obtížná. úkol.

Provozní účinnost takových Geigerových čítačů je asi jedno procento.

H K jeho zvýšení je zapotřebí zvětšení povrchu katody. Záření gama je ve skutečnosti zaznamenáváno nepřímo, díky vyřazeným elektronům, které se následně podílejí na ionizaci inertního plynu. Pro co nejúčinnější podporu tohoto jevu se speciálně volí materiál a tloušťka stěn protikomory, stejně jako rozměry, tloušťka a materiál katody. Zde může velká tloušťka a hustota materiálu snížit citlivost záznamové komory a příliš malá umožní vysokofrekvenčnímu beta záření snadno proniknout do komory a také zvýší množství radiačního šumu přirozeného pro zařízení, které přehluší přesnost stanovení gama kvant. Přesné proporce samozřejmě volí výrobci. Ve skutečnosti se na tomto principu dozimetry vyrábějí na základě Geiger–Muller kontruje pro přímé stanovení gama záření na zemi, přičemž takové zařízení vylučuje možnost stanovení jakýchkoli jiných druhů záření a radioaktivního ozáření, což umožňuje přesně stanovit radiační kontaminaci a míru negativního dopadu na člověka pouze gama zářením.

V V domácích dozimetrech, které jsou vybaveny cylindrickými snímači, jsou instalovány tyto typy: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 a mnoho dalších . U některých typů je navíc na vstupním, koncovém, citlivém okénku instalován speciální filtr, který specificky slouží k odříznutí částic alfa a beta a dále zvětšuje plochu katody pro efektivnější stanovení gama záření. Mezi takové senzory patří Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M a další.

H Abychom lépe pochopili princip jejich fungování, stojí za to se blíže podívat na jeden z těchto čítačů. Například koncové počítadlo se senzorem Beta – 2M , který má zaoblené pracovní okno o velikosti asi 14 centimetrů čtverečních. V tomto případě je radiační citlivost na kobalt-60 asi 240 pulzů/μR. Tento typ elektroměru má velmi nízkou vlastní hlučnost , což není více než 1 puls za sekundu. To je možné díky silnostěnné olověné komoře, která je zase navržena pro záznam fotonového záření s energiemi v rozsahu od 0,05 MeV do 3 MeV.

Obr.7. Koncový gama čítač Beta-2M.

Pro stanovení gama záření je docela dobře možné použít čítače pro gama-beta pulsy, které jsou určeny k registraci tvrdých (vysokofrekvenčních a vysokoenergetických) beta částic a gama kvant. Například model SBM - 20. Pokud chcete v tomto modelu dozimetru vyloučit registraci beta částic, pak k tomu stačí nainstalovat olověné síto, nebo stínění z jakéhokoli jiného kovového materiálu (olověné síto je efektivnější). Toto je nejběžnější metoda používaná většinou vývojářů při vytváření čítačů gama a rentgenových paprsků.

Registrace „měkkého“ beta záření.

NA Jak jsme již uvedli, registrace měkkého beta záření (záření s nízkou energetickou charakteristikou a relativně nízkou frekvencí) je poměrně obtížný úkol. K tomu je nutné zajistit možnost snadnějšího průniku do registrační komory. Pro tyto účely se vyrábí speciální tenké pracovní okénko, obvykle ze slídy nebo polymerního filmu, které prakticky nebrání průniku beta záření tohoto typu do ionizační komory. V tomto případě může tělo snímače fungovat jako katoda a anoda je systém lineárních elektrod, které jsou rovnoměrně rozmístěny a namontovány na izolátorech. Registrační okénko je provedeno v koncové verzi a beta částicím v tomto případě překáží pouze tenký slídový film. U dozimetrů s takovými počítadly se gama záření zaznamenává jako aplikace a vlastně jako doplňková funkce. A pokud se chcete zbavit registrace gama kvant, pak je nutné minimalizovat povrch katody.

Obr.8. Zařízení koncového Geigerova počítače.

S Stojí za zmínku, že čítače pro určování měkkých beta částic byly vytvořeny poměrně dávno a byly úspěšně používány ve druhé polovině minulého století. Mezi nimi byly nejčastější senzory jako SBT10 A SI8B , který měl tenkostěnná slídová pracovní okna. Modernější verze tohoto zařízení Beta-5 má pracovní plochu okna cca 37 m2/cm, obdélníkového tvaru ze slídového materiálu. Pro takové velikosti citlivého prvku je zařízení schopno zaregistrovat cca 500 pulzů/μR, pokud je měřeno kobaltem - 60. Přitom účinnost detekce částic je až 80 procent. Další indikátory tohoto zařízení jsou následující: vlastní šum je 2,2 pulsů/s, rozsah detekce energie je od 0,05 do 3 MeV, přičemž spodní práh pro stanovení měkkého beta záření je 0,1 MeV.

Obr.9. End beta-gama counter Beta-5.

A Přirozeně to stojí za zmínku Geiger–Muller kontruje, schopný detekovat částice alfa. Jestliže se registrace měkkého beta záření zdá být poměrně obtížným úkolem, pak je detekce alfa částice, dokonce i takové, která má indikátory vysoké energie, ještě obtížnější úkol. Tento problém lze vyřešit pouze odpovídajícím zmenšením tloušťky pracovního okna na tloušťku, která bude dostatečná pro průchod částice alfa do záznamové komory snímače, a také téměř úplným přiblížením vstupního okna zdroj záření alfa částic. Tato vzdálenost by měla být 1 mm. Je jasné, že takové zařízení bude automaticky detekovat jakýkoli jiný typ záření a to s poměrně vysokou účinností. Má to pozitivní i negativní stránku:

Pozitivní – takové zařízení lze použít pro nejširší rozsah analýzy radioaktivního záření

Negativní – v důsledku zvýšené citlivosti bude vznikat značné množství šumu, který bude komplikovat analýzu přijatých registračních dat.

NA Navíc příliš tenké slídové pracovní okénko, byť zvyšuje možnosti počítadla, je však na úkor mechanické pevnosti a těsnosti ionizační komory, zejména proto, že samotné okénko má dosti velkou pracovní plochu. Pro srovnání, u čítačů SBT10 a SI8B, které jsme zmínili výše, s plochou pracovního okna ​​asi 30 sq/cm, je tloušťka slídové vrstvy 13 - 17 mikronů a s požadovanou tloušťkou pro záznam alfa částice 4-5 mikronů, vstupní okno může být provedeno pouze ne více než 0,2 sq/cm, mluvíme o metru SBT9.

O Velká tloušťka registračního pracovního okna však může být kompenzována blízkostí k radioaktivnímu objektu a naopak, s relativně malou tloušťkou slídového okénka je možné zaregistrovat alfa částici na větší vzdálenost než 1 - 2 mm. Stojí za to uvést příklad: při tloušťce okna do 15 mikronů by měl být přístup ke zdroji alfa záření menší než 2 mm, zatímco zdrojem alfa částic se rozumí zářič plutonia-239 s energií záření. 5 MeV. Pokračujme, při tloušťce vstupního okénka do 10 mikronů je možné registrovat alfa částice na vzdálenost až 13 mm, pokud uděláme slídové okénko do tloušťky 5 mikronů, pak bude alfa záření registrováno na vzdálenost 24 mm atd. Dalším důležitým parametrem, který přímo ovlivňuje schopnost detekovat částice alfa, je jejich energetický indikátor. Pokud je energie částice alfa větší než 5 MeV, pak se registrační vzdálenost pro tloušťku pracovního okna jakéhokoli typu odpovídajícím způsobem zvětší, a pokud je energie menší, musí být vzdálenost snížena až do úplné nemožnosti. registrace měkkého alfa záření.

E Dalším důležitým bodem, který umožňuje zvýšit citlivost čítače alfa, je snížení registrační schopnosti pro gama záření. K tomu stačí minimalizovat geometrické rozměry katody a gama fotony projdou záznamovou komorou, aniž by došlo k ionizaci. Toto opatření umožňuje snížit vliv gama záření na ionizaci tisíckrát a dokonce desetitisíckrát. Vliv beta záření na záznamovou komoru již nelze eliminovat, ale z této situace existuje celkem jednoduché východisko. Nejprve se zaznamená alfa a beta záření celkového typu, poté se nainstaluje silný papírový filtr a provede se druhé měření, které bude registrovat pouze beta částice. Množství záření alfa se v tomto případě vypočítá jako rozdíl mezi celkovým zářením a samostatným ukazatelem výpočtu pro záření beta.

Například , stojí za to navrhnout charakteristiku moderního čítače Beta-1, který umožňuje registrovat záření alfa, beta a gama. Jsou to tyto ukazatele:

• plocha pracovní plochy citlivého prvku je 7 čtverečních / cm;
• tloušťka slídové vrstvy je 12 mikronů, (efektivní detekční vzdálenost alfa částic pro plutonium je 239, asi 9 mm. Pro kobalt - 60 je radiační citlivost dosahována řádově 144 pulsů/μR);
• účinnost měření záření pro částice alfa - 20 % (pro plutonium - 239), částice beta - 45 % (pro thalium -204) a gama kvanta - 60 % (pro složení stroncium - 90, yttrium - 90);
• vlastní pozadí dozimetru je asi 0,6 pulsu/s;
• Senzor je navržen tak, aby registroval gama záření s energií v rozsahu od 0,05 MeV do 3 MeV a beta částice s energií vyšší než 0,1 MeV na spodní hranici a alfa částice s energií 5 MeV a více.

Obr. 10 Alfa-beta-gama čítač Beta-1 namontovaný na konci.

NA Samozřejmostí je také poměrně široká nabídka měřidel, které jsou určeny pro specifičtější a profesionální použití. Taková zařízení mají řadu dalších nastavení a možností (elektrické, mechanické, radiometrické, klimatické atd.), které zahrnují mnoho speciálních termínů a možností. Na ně se však soustředit nebudeme. Přece pochopit základní principy jednání Geiger–Muller kontruje , výše popsané modely jsou zcela dostačující.

V Je také důležité zmínit, že existují speciální podtřídy Geigerovy počítače , které jsou speciálně navrženy pro detekci různých druhů jiného záření. Například pro stanovení množství ultrafialového záření, pro registraci a stanovení pomalých neutronů, které fungují na principu koronového výboje a další možnosti, které s tímto tématem přímo nesouvisejí, nebude uvažováno.

Princip činnosti zařízení pro záznam elementárních částic. Jakékoli zařízení, které detekuje elementární částice nebo pohybující se atomová jádra, je jako nabitá zbraň s nataženým kladivem. Malá síla při stisknutí spouště zbraně způsobí efekt, který není srovnatelný s vynaloženým úsilím – výstřel.

Záznamové zařízení je více či méně složitý makroskopický systém, který může být v nestabilním stavu. S malou poruchou způsobenou procházející částicí začíná proces přechodu systému do nového, stabilnějšího stavu. Tento proces umožňuje registrovat částici. V současnosti se používá mnoho různých metod detekce částic.

V závislosti na účelu experimentu a podmínkách, ve kterých se provádí, se používají určitá záznamová zařízení, která se od sebe liší svými hlavními charakteristikami.

Výbojový Geigerův počítač. Geigerův počítač je jedním z nejdůležitějších zařízení pro automatické počítání částic.

Čítač (obr. 13.1) se skládá ze skleněné trubice potažené zevnitř kovovou vrstvou (katodou) a tenkým kovovým závitem probíhajícím podél osy trubice (anoda). Trubice je naplněna plynem, obvykle argonem. Čítač funguje na bázi nárazové ionizace. Nabitá částice (elektron, -částice atd.), letící plynem, odstraňuje elektrony z atomů a vytváří kladné ionty a volné elektrony. Elektrické pole mezi anodou a katodou (je na ně aplikováno vysoké napětí) urychluje elektrony na energie, při kterých začíná nárazová ionizace. Nastane lavina iontů a proud přes čítač se prudce zvýší. V tomto případě je na zatěžovacím rezistoru R generován napěťový impuls, který je přiváděn do záznamového zařízení.

Aby počítadlo zaregistrovalo další částici, která do něj narazí, musí být uhašen výboj laviny. To se děje automaticky. Protože v okamžiku, kdy se objeví proudový impuls, je úbytek napětí na zatěžovacím rezistoru R velký, napětí mezi anodou a katodou prudce klesá - natolik, že se zastaví výboj.

Geigerův počítač se používá především pro záznam elektronů a -kvant (vysokoenergetické fotony).

V současné době byly vytvořeny měřiče, které fungují na stejných principech.

Wilsonova komora.Čítače vám umožňují pouze zaregistrovat skutečnost, že jimi částice prochází, a zaznamenat některé její charakteristiky. V oblačné komoře, vytvořené v roce 1912, zanechává rychle nabitá částice stopu, kterou lze přímo pozorovat nebo fotografovat. Toto zařízení lze nazvat oknem do mikrosvěta, tedy světa elementárních částic a systémů z nich sestávajících.

Princip činnosti mlžné komory je založen na kondenzaci přesycené páry na iontech za vzniku vodních kapiček. Tyto ionty jsou vytvářeny podél své trajektorie pohybující se nabitou částicí.

Mlžná komora je hermeticky uzavřená nádoba naplněná vodou nebo alkoholovou parou blízkou nasycení (obr. 13.2). Při prudkém snížení pístu, způsobeném poklesem tlaku pod ním, se pára v komoře adiabaticky rozpíná. V důsledku toho dochází k ochlazování a dochází k přesycení páry. Jedná se o nestabilní stav páry: pokud se v nádobě objeví kondenzační centra, snadno kondenzuje. Střediska

kondenzací se stávají ionty, které jsou tvořeny v pracovním prostoru komory letící částicí. Pokud částice vstoupí do komory ihned po expanzi páry, objeví se na její cestě kapky vody. Tyto kapky tvoří viditelnou stopu po letící částici – stopu (obr. 13.3). Komora se poté vrátí do původního stavu a ionty jsou odstraněny elektrickým polem. V závislosti na velikosti fotoaparátu se doba obnovení provozního režimu pohybuje od několika sekund až po desítky minut.

Informace, které poskytují stopy v cloudové komoře, jsou mnohem bohatší, než jaké mohou poskytnout čítače. Z délky dráhy můžete určit energii částice a z počtu kapiček na jednotku délky dráhy její rychlost. Čím delší je dráha částice, tím větší je její energie. A čím více vodních kapiček se tvoří na jednotku délky dráhy, tím nižší je její rychlost. Částice s vyšším nábojem zanechávají tlustší stopu. Sovětští fyzici P. L. Kapitsa a D. V. Skobeltsyn navrhli umístit mlžnou komoru do jednotného magnetického pole.

Magnetické pole působí na pohybující se nabitou částici určitou silou (Lorentzova síla). Tato síla ohýbá trajektorii částice bez změny modulu její rychlosti. Čím větší je náboj částice a čím nižší je její hmotnost, tím větší je zakřivení dráhy. Ze zakřivení dráhy lze určit poměr náboje částice k její hmotnosti. Pokud je známa jedna z těchto veličin, lze vypočítat druhou. Například z náboje částice a zakřivení její dráhy lze zjistit hmotnost částice.

Bublinová komora. V roce 1952 americký vědec D. Glaser navrhl použití přehřáté kapaliny k detekci stop částic. V takové kapalině se na iontech (centrech odpařování) vzniklých během pohybu rychle nabité částice objevují bublinky páry, které dávají viditelnou stopu. Komory tohoto typu se nazývaly bublinové komory.

V počátečním stavu je kapalina v komoře pod vysokým tlakem, což brání jejímu varu, a to i přesto, že teplota kapaliny je o něco vyšší než bod varu při atmosférickém tlaku. Při prudkém poklesu tlaku se kapalina přehřeje a na krátkou dobu bude v nestabilním stavu. Nabité částice létající v tomto konkrétním čase způsobují vznik stop tvořených bublinkami páry (obr. 1.4.4). A používané kapaliny jsou hlavně kapalný vodík a propan. Pracovní cyklus bublinkové komory je krátký - cca 0,1s.

Výhoda bublinkové komory oproti Wilsonově komoře je dána vyšší hustotou pracovní látky. V důsledku toho se dráhy částic ukáží jako poměrně krátké a částice dokonce vysokých energií uvíznou v komoře. To umožňuje pozorovat řadu po sobě jdoucích přeměn částice a reakcí, které způsobuje.

Dráhy oblačné komory a bublinkové komory jsou jedním z hlavních zdrojů informací o chování a vlastnostech částic.

Pozorování stop elementárních částic vytváří silný dojem a vytváří pocit přímého kontaktu s mikrokosmem.

ČERENKOVSKÝ PULT detektor pro záznam náboje. ch-ts, ve kterých se využívá záření Čerenkov-Vavilov. Při pohybu nabíjejte. částice v prostředí s rychlostí v přesahující fázovou rychlost světla c/n v daném prostředí (n je index lomu prostředí), částice vyzařuje ve směru svírajícím se svou trajektorií úhel q. Úhel q souvisí s rychlostí v a indexem lomu prostředí vztahem: cosq=c/vn=1/bn, b=v/c. (1) Intenzita W Čerenkovova záření na 1 cm nabíjecí dráhy. h-tsy v rozsahu vlnových délek od l1 do l2 vyjadřuje vztah:

Související informace.

Geigerův počítač je hlavním senzorem pro měření záření. Detekuje záření gama, alfa, beta a rentgenové záření. Má nejvyšší citlivost ve srovnání s jinými metodami detekce záření, například ionizačními komorami. To je hlavní důvod jeho širokého použití. Ostatní senzory pro měření záření se používají velmi zřídka. Téměř všechna zařízení pro monitorování radiace jsou založena na Geigerových počítačích. Jsou sériově vyráběny a existují zařízení různých úrovní: od vojenských dozimetrů až po čínské spotřební zboží. V dnešní době není problém pořídit jakýkoliv přístroj na měření záření.

Není to tak dávno, co neexistovala žádná rozšířená distribuce dozimetrických přístrojů. Takže v roce 1986, během černobylské havárie, se ukázalo, že obyvatelstvo prostě nemělo žádná zařízení na průzkum radiace, což mimochodem ještě zhoršilo následky katastrofy. Navzdory rozšíření radioamatérských a kroužků technické tvořivosti se Geigerovy počítače v obchodech neprodávaly, takže výroba domácích dozimetrů byla nemožná.

Jak fungují Geigerovy počítače

Jedná se o elektrické vakuové zařízení s extrémně jednoduchým principem činnosti. Senzor radioaktivního záření je kovová nebo skleněná komora s pokovením, naplněná vypouštěným inertním plynem. Do středu komory je umístěna elektroda. Vnější stěny komory jsou napojeny na zdroj vysokého napětí (obvykle 400 voltů). Vnitřní elektroda je připojena k citlivému zesilovači. Ionizující záření (záření) je proud částic. Doslova přenášejí elektrony z vysokonapěťové katody na vlákna anody. Jednoduše se na ní indukuje napětí, které už lze měřit připojením k zesilovači.

Vysoká citlivost Geigerova počítače je způsobena lavinový efekt. Energie, kterou zesilovač detekuje na výstupu, není energií zdroje ionizujícího záření. Jedná se o energii vysokonapěťového napájecího zdroje samotného dozimetru. Pronikající částice pouze přenáší elektron (energetický náboj, který se změní na proud, který je detekován měřičem). Mezi elektrody je zavedena směs plynů sestávající z vzácných plynů: argon, neon. Je určen k hašení vysokonapěťových výbojů. Pokud k takovému výboji dojde, bude se jednat o falešnou operaci počítadla. Následující měřicí obvod takové emise ignoruje. Navíc před nimi musí být chráněn i vysokonapěťový zdroj.

Výkonový obvod v Geigerově čítači poskytuje výstupní proud několika mikroampérů při výstupním napětí 400 voltů. Přesná hodnota napájecího napětí je stanovena pro každou značku elektroměru podle její technické specifikace.

Možnosti Geigerova počítače, citlivost, zaznamenané záření

Pomocí Geigerova počítače lze s vysokou přesností detekovat a měřit záření gama a beta. Bohužel nelze druh záření přímo rozpoznat. To se provádí nepřímo instalací bariér mezi snímač a zkoumaný objekt nebo terén. Gama paprsky jsou vysoce transparentní a jejich pozadí se nemění. Pokud dozimetr detekoval beta záření, pak instalace oddělovací bariéry, dokonce i tenkého plechu, téměř úplně zablokuje tok beta částic.

Soupravy osobních dozimetrů DP-22 a DP-24, které byly v minulosti běžné, Geigerovy počítače nepoužívaly. Místo toho byl použit snímač ionizační komory, takže citlivost byla velmi nízká. Moderní dozimetrické přístroje využívající Geigerův počítač jsou tisíckrát citlivější. Lze je použít k záznamu přirozených změn slunečního záření na pozadí.

Pozoruhodnou vlastností Geigerova počítače je jeho citlivost, desítky a stovkykrát vyšší než požadovaná úroveň. Pokud zapnete počítadlo ve zcela chráněné olověné komoře, ukáže obrovské přirozené radiační pozadí. Tyto odečty nejsou konstrukční vadou samotného měřiče, což bylo ověřeno četnými laboratorními testy. Taková data jsou důsledkem přirozeného radiačního pozadí ve vesmíru. Experiment pouze ukazuje, jak citlivý je Geigerův počítač.

Speciálně pro měření tohoto parametru je v technických specifikacích uvedena hodnota „citlivosti čítače mikrosekund imp“ (pulzy za mikrosekundu). Čím více těchto impulsů, tím větší citlivost.

Měření záření Geigerovým počítačem, obvod dozimetru

Obvod dozimetru lze rozdělit na dva funkční moduly: vysokonapěťový zdroj a měřicí obvod. Vysokonapěťový zdroj - analogový obvod. Měřicí modul na digitálních dozimetrech je vždy digitální. Jedná se o čítač pulsů, který zobrazuje odpovídající hodnotu ve formě čísel na stupnici přístroje. Pro měření dávky záření je nutné počítat pulzy za minutu, 10, 15 sekund nebo jiné hodnoty. Mikrokontrolér převádí počet impulsů na konkrétní hodnotu na stupnici dozimetru ve standardních jednotkách záření. Zde jsou ty nejběžnější:

• X-ray (obvykle se používá mikro-X-ray);
• Sievert (microsievert - mSv);
• Grayi, to mě těší
• hustota toku v mikrowattech/m2.

Sievert je nejoblíbenější jednotkou měření radiace. Vztahují se na to všechny normy; Rem je jednotka pro stanovení účinku záření na biologické objekty.

Porovnání Geigerova čítače s plynovým výbojem s polovodičovým senzorem záření

Geigerův počítač je výbojové zařízení a moderním trendem v mikroelektronice je všude se jich zbavovat. Byly vyvinuty desítky verzí polovodičových senzorů záření. Úroveň radiace pozadí, kterou zaznamenávají, je výrazně vyšší než u Geigerových počítačů. Citlivost polovodičového snímače je horší, ale má další výhodu - účinnost. Polovodiče nevyžadují vysokonapěťové napájení. Dobře se hodí pro bateriově napájené přenosné dozimetry. Další výhodou je registrace alfa částic. Objem plynu měřiče je výrazně větší než u polovodičového snímače, ale jeho rozměry jsou stále přijatelné i pro přenosná zařízení.

Měření záření alfa, beta a gama

Nejjednodušeji se měří gama záření. Jedná se o elektromagnetické záření, což je proud fotonů (světlo je také proud fotonů). Na rozdíl od světla má mnohem vyšší frekvenci a velmi krátkou vlnovou délku. To mu umožňuje pronikat přes atomy. V civilní obraně je gama záření pronikající záření. Proniká zdmi domů, aut, různých konstrukcí a je zadržen pouze několikametrovou vrstvou zeminy nebo betonu. Registrace gama kvant se provádí kalibrací dozimetru podle přirozeného gama záření slunce. Nejsou potřeba žádné zdroje záření. S beta a alfa zářením je to úplně něco jiného.

Pokud ionizující záření α (alfa záření) pochází z vnějších objektů, pak je téměř neškodné a představuje proud jader atomů helia. Dosah a propustnost těchto částic je malá - několik mikrometrů (maximálně milimetrů) - v závislosti na propustnosti média. Díky této vlastnosti jej Geigerův počítač téměř neregistruje. Zároveň je důležitý záznam alfa záření, protože tyto částice jsou extrémně nebezpečné, když proniknou do těla vzduchem, jídlem nebo vodou. K jejich detekci se v omezené míře používají Geigerovy počítače. Častější jsou speciální polovodičové snímače.

Beta záření je dokonale detekováno Geigerovým počítačem, protože beta částice je elektron. V atmosféře může létat stovky metrů, ale je dobře absorbován kovovými povrchy. V tomto ohledu musí mít Geigerův čítač slídové okno. Kovová komora je vyrobena s malou tloušťkou stěny. Složení vnitřního plynu se volí tak, aby byl zajištěn malý pokles tlaku. Detektor beta záření je umístěn na vzdálené sondě. Takové dozimetry nejsou v běžném životě příliš běžné. Jedná se především o vojenské výrobky.

Osobní dozimetr s Geigerovým počítačem

Tato třída zařízení je vysoce citlivá, na rozdíl od zastaralých modelů s ionizačními komorami. Spolehlivé modely nabízí mnoho domácích výrobců: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Všechno jsou to samostatná zařízení s údaji zobrazenými na obrazovce ve standardních měrných jednotkách. K dispozici je režim pro zobrazení akumulované dávky záření a okamžité úrovně pozadí.

Slibným směrem je domácí dozimetr-nástavba na chytrý telefon. Taková zařízení vyrábí zahraniční výrobci. Mají bohaté technické možnosti, mají funkci ukládání naměřených hodnot, počítání, přepočítávání a sčítání záření za dny, týdny a měsíce. Vzhledem k nízkým objemům výroby jsou zatím náklady na tato zařízení poměrně vysoké.

Domácí dozimetry, proč jsou potřeba?

Geigerův počítač je specifický prvek dozimetru, pro samovýrobu zcela nepřístupný. Kromě toho se nachází pouze v dozimetrech nebo se prodává samostatně v obchodech s rádiem. Pokud je tento snímač k dispozici, lze všechny ostatní součásti dozimetru sestavit nezávisle na částech různé spotřební elektroniky: televizory, základní desky atd. Na amatérských rádiových stránkách a fórech je nyní nabízeno asi tucet provedení. Vyplatí se je shromáždit, protože se jedná o nejosvědčenější možnosti, které mají podrobné pokyny pro nastavení a uvedení do provozu.

Spínací obvod Geigerova čítače vždy předpokládá přítomnost zdroje vysokého napětí. Typické provozní napětí měřiče je 400 voltů. Získává se pomocí obvodu blokovacího generátoru, což je nejsložitější prvek obvodu dozimetru. Výstup čítače lze připojit k nízkofrekvenčnímu zesilovači a počítat kliknutí v reproduktoru. Takový dozimetr se montuje v nouzových případech, kdy prakticky není čas na výrobu. Teoreticky lze výstup Geigerova počítače propojit se zvukovým vstupem domácího vybavení, jako je počítač.

Domácí dozimetry, vhodné pro přesná měření, jsou všechny sestaveny na mikrokontrolérech. Programovací dovednosti zde nejsou potřeba, protože program je napsán jako hotový z volného přístupu. Potíže jsou zde typické pro domácí výrobu elektroniky: získání desky s plošnými spoji, pájení rádiových součástek, výroba pouzdra. To vše se řeší v malé dílně. Domácí dozimetry z počítadel Geiger se vyrábějí v případech, kdy:

• není možné zakoupit hotový dozimetr;
• potřebujete zařízení se speciálními vlastnostmi;
• Je nutné prostudovat proces konstrukce a nastavení dozimetru.

Domácí dozimetr je kalibrován proti přirozenému pozadí pomocí jiného dozimetru. Tím je stavební proces dokončen.

Pokud máte nějaké dotazy, zanechte je v komentářích pod článkem. My nebo naši návštěvníci je rádi zodpovíme

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 neznatelné emise 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 záření

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 termosetu. 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 k detekci 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 pulzů, které měřič zaregistruje, než se jeho hodnoty začnou stávat nesprávnými. 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.

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 termínů:

ruština	angličtina
Geigerův počítač	Geigerův senzor
Geigerova trubice	Geigerova trubice
radiometr	Geigerův počítač
dozimetr	dozimetr

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

- (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