Lo que le permite determinar el contador Geiger. Métodos y medios técnicos de registro de la radiación. Métodos de ionización de dosimetría. Medidores de descarga de gas

contador Geiger

Contador Geiger SI-8B (URSS) con ventana de mica para medir la radiación β suave. La ventana es transparente, debajo se puede ver un electrodo de alambre en espiral; el otro electrodo es el cuerpo del dispositivo;

Un circuito electrónico adicional proporciona energía al medidor (generalmente al menos 300), proporciona, si es necesario, cancelación de descarga y cuenta el número de descargas a través del contador.

Los contadores Geiger se dividen en autoextinguibles y no autoextinguibles (no requieren un circuito de terminación de descarga externo).

La sensibilidad del medidor está determinada por la composición del gas, su volumen, así como el material y el espesor de sus paredes.

Nota

Cabe señalar que, por razones históricas, ha habido una discrepancia entre las versiones rusa e inglesa de este y los términos siguientes:

Ver también

• contador coronario
• http://www.u-tube.ru/pages/video/38781 principio de funcionamiento

Fundación Wikimedia.

2010.

Vea qué es un “contador Geiger” en otros diccionarios: Contador Geiger-Müller

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Guía del traductor técnico

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Enciclopedia física Dispositivo de descarga de gas para detectar radiaciones ionizantes (partículas a y b, cuantos g, cuantos de luz y rayos X, partículas de radiación cósmica, etc.). Un contador Geiger-Müller es un tubo de vidrio sellado herméticamente...

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Un contador es un dispositivo para contar algo. Contador (electrónico) un dispositivo para contar el número de eventos que se suceden entre sí (por ejemplo, pulsos) mediante suma continua, o para determinar el grado de acumulación de los cuales ... ... Wikipedia

Nos guste o no, la radiación ha entrado firmemente en nuestras vidas y no va a desaparecer. Necesitamos aprender a vivir con este fenómeno, que es a la vez útil y peligroso. La radiación se manifiesta como emisiones invisibles e imperceptibles, y sin dispositivos especiales es imposible detectarlas.

Un poco de historia de la radiación.

Los rayos X fueron descubiertos en 1895. Un año más tarde se descubrió la radiactividad del uranio, también en relación con los rayos X. Los científicos se dieron cuenta de que se enfrentaban a fenómenos naturales completamente nuevos y nunca antes vistos. Curiosamente, el fenómeno de la radiación se notó varios años antes, pero no se le dio ninguna importancia, aunque Nikola Tesla y otros trabajadores del laboratorio Edison también sufrieron quemaduras por rayos X. Los daños a la salud se atribuían a cualquier cosa, pero no a los rayos, que los seres vivos nunca habían encontrado en tales dosis. A principios del siglo XX comenzaron a aparecer artículos sobre los efectos nocivos de la radiación en los animales. A esto tampoco se le dio importancia hasta la sensacional historia de las "chicas del radio", trabajadoras de una fábrica que producía relojes luminosos. Simplemente mojaron los pinceles con la punta de la lengua. El terrible destino de algunos de ellos ni siquiera se publicó, por razones éticas, y quedó sólo como una prueba para los fuertes nervios de los médicos.

En 1939, la física Lise Meitner, que junto con Otto Hahn y Fritz Strassmann pertenece al grupo de personas que fueron las primeras en dividir el núcleo de uranio en el mundo, sin darse cuenta dejó escapar la posibilidad de una reacción en cadena, y a partir de ese momento Comenzó una reacción en cadena de ideas sobre la creación de una bomba, es decir, una bomba, y nada de un "átomo pacífico", por lo que los políticos sedientos de sangre del siglo XX, por supuesto, no habrían dado ni un centavo. Aquellos que estaban “al tanto” ya sabían a qué conduciría esto y comenzó la carrera de armamentos atómicos.

¿Cómo surgió el contador Geiger-Müller?

El físico alemán Hans Geiger, que trabajaba en el laboratorio de Ernst Rutherford, propuso en 1908 el principio de funcionamiento de un contador de "partículas cargadas" como un desarrollo adicional de la ya conocida cámara de ionización, que era un condensador eléctrico lleno de gas a baja temperatura. presión. Fue utilizado por Pierre Curie en 1895 para estudiar las propiedades eléctricas de los gases. Geiger tuvo la idea de utilizarlo para detectar radiaciones ionizantes precisamente porque estas radiaciones tenían un efecto directo sobre el grado de ionización del gas.

En 1928, Walter Müller, bajo la dirección de Geiger, creó varios tipos de contadores de radiación diseñados para registrar diversas partículas ionizantes. La creación de contadores era una necesidad muy urgente, sin la cual era imposible continuar el estudio de materiales radiactivos, ya que la física, como ciencia experimental, es impensable sin instrumentos de medida. Geiger y Müller trabajaron decididamente para crear contadores que fueran sensibles a cada uno de los tipos de radiación que se habían descubierto: α, β y γ (los neutrones se descubrieron recién en 1932).

El contador Geiger-Muller demostró ser un detector de radiación sencillo, fiable, económico y práctico. Aunque no es el instrumento más preciso para estudiar tipos específicos de partículas o radiación, es extremadamente adecuado como instrumento para la medición general de la intensidad de la radiación ionizante. Y en combinación con otros detectores, los físicos lo utilizan para realizar mediciones precisas durante los experimentos.

Radiación ionizante

Para comprender mejor el funcionamiento de un contador Geiger-Muller, es útil comprender la radiación ionizante en general. Por definición, estos incluyen cualquier cosa que pueda provocar la ionización de una sustancia en su estado normal. Esto requiere una cierta cantidad de energía. Por ejemplo, las ondas de radio o incluso la luz ultravioleta no son radiaciones ionizantes. La frontera comienza con el “ultravioleta duro”, también conocido como “rayos X blandos”. Este tipo es un tipo de radiación fotónica. Los fotones de alta energía suelen denominarse cuantos gamma.

Ernst Rutherford fue el primero en dividir las radiaciones ionizantes en tres tipos. Esto se hizo en una configuración experimental utilizando un campo magnético en el vacío. Más tarde resultó que esto es:

α - núcleos de átomos de helio
β - electrones de alta energía
γ - cuantos gamma (fotones)

Posteriormente se descubrieron los neutrones. Las partículas alfa se bloquean fácilmente incluso con papel normal, las partículas beta tienen un poder de penetración ligeramente mayor y los rayos gamma tienen el más alto. Los neutrones son los más peligrosos (¡a distancias de hasta muchas decenas de metros en el aire!). Debido a su neutralidad eléctrica, no interactúan con las capas electrónicas de las moléculas de la sustancia. Pero una vez que entran en el núcleo atómico, cuya probabilidad es bastante alta, provocan su inestabilidad y desintegración, con la formación, por regla general, de isótopos radiactivos. Y estos, a su vez, al descomponerse, forman ellos mismos todo el "ramo" de radiaciones ionizantes. Lo peor es que un objeto irradiado o un organismo vivo se convierte en fuente de radiación durante muchas horas y días.

El diseño de un contador Geiger-Muller y su principio de funcionamiento.

Un contador de descarga de gas Geiger-Müller suele fabricarse en forma de un tubo sellado, de vidrio o metal, del que se evacua el aire y, en su lugar, se añade un gas inerte (neón, argón o una mezcla de ambos) a baja presión. , con una mezcla de halógenos o alcohol. Se tira un cable delgado a lo largo del eje del tubo y se coloca un cilindro de metal coaxialmente con él. Tanto el tubo como el alambre son electrodos: el tubo es el cátodo y el alambre es el ánodo. Un menos de una fuente de voltaje constante está conectado al cátodo y un más de una fuente de voltaje constante está conectado al ánodo a través de una gran resistencia constante. Eléctricamente, se obtiene un divisor de voltaje, en cuyo punto medio (la unión de la resistencia y el ánodo del medidor) el voltaje es casi igual al voltaje en la fuente. Suele ser de varios cientos de voltios.

Cuando una partícula ionizante atraviesa el tubo, los átomos del gas inerte, que ya se encuentran en un campo eléctrico de alta intensidad, colisionan con esta partícula. La energía que desprende la partícula durante una colisión es suficiente para separar los electrones de los átomos del gas. Los electrones secundarios resultantes son ellos mismos capaces de formar nuevas colisiones y, así, se obtiene toda una avalancha de electrones e iones. Bajo la influencia de un campo eléctrico, los electrones se aceleran hacia el ánodo y los iones de gas cargados positivamente se aceleran hacia el cátodo del tubo. Así surge una corriente eléctrica. Pero como la energía de la partícula ya se ha gastado en colisiones, total o parcialmente (la partícula atravesó el tubo), también termina el suministro de átomos de gas ionizado, lo cual es deseable y está garantizado por algunas medidas adicionales, de las que hablaremos. sobre el análisis de los parámetros de los contadores.

Cuando una partícula cargada ingresa a un contador Geiger-Muller, debido a la corriente resultante, la resistencia del tubo cae y con ella el voltaje en el punto medio del divisor de voltaje, como se discutió anteriormente. Luego, la resistencia del tubo, debido a un aumento en su resistencia, se restablece y el voltaje vuelve a ser el mismo. Por tanto, obtenemos un pulso de voltaje negativo. Contando los impulsos, podemos estimar el número de partículas que pasan. La intensidad del campo eléctrico es especialmente alta cerca del ánodo debido a su pequeño tamaño, lo que hace que el contador sea más sensible.

Diseños de contadores Geiger-Muller

Los mostradores Geiger-Muller modernos están disponibles en dos versiones principales: "clásica" y plana. El mostrador clásico está hecho de un tubo metálico de paredes delgadas con corrugaciones. La superficie ondulada del medidor hace que el tubo sea rígido, resistente a la presión atmosférica externa y no permite que se arrugue bajo su influencia. En los extremos del tubo se encuentran aisladores de sellado de vidrio o plástico termoendurecible. También contienen tapas de terminales para conectarse al circuito del dispositivo. El tubo está marcado y recubierto con un barniz aislante duradero, sin contar, por supuesto, sus terminales. También se indica la polaridad de los terminales. Se trata de un contador universal para todo tipo de radiaciones ionizantes, especialmente beta y gamma.

Los contadores sensibles a la radiación β suave se fabrican de forma diferente. Debido al corto alcance de las partículas beta, es necesario hacerlas planas, con una ventana de mica que bloquee débilmente la radiación beta. Una de las opciones para dicho contador es un sensor de radiación; BETA-2. Todas las demás propiedades de los contadores están determinadas por los materiales con los que están fabricados.

Los contadores diseñados para registrar la radiación gamma contienen un cátodo hecho de metales con un número de carga elevado o están recubiertos con dichos metales. El gas está muy mal ionizado por los fotones gamma. Pero los fotones gamma son capaces de eliminar muchos electrones secundarios del cátodo si se elige adecuadamente. Los contadores Geiger-Muller para partículas beta están hechos con ventanas delgadas para transmitir mejor las partículas, ya que son electrones ordinarios que acaban de recibir más energía. Interactúan muy bien con la materia y pierden rápidamente esta energía.

En el caso de las partículas alfa la situación es aún peor. Así, a pesar de una energía muy decente, del orden de varios MeV, las partículas alfa interactúan muy fuertemente con las moléculas que se encuentran en su camino y pierden energía rápidamente. Si se compara la materia con un bosque y un electrón con una bala, entonces las partículas alfa tendrán que compararse con un tanque que se estrella contra un bosque. Sin embargo, un contador convencional responde bien a la radiación α, pero sólo a una distancia de hasta varios centímetros.

Para una evaluación objetiva del nivel de radiación ionizante dosímetros Los medidores de uso general suelen estar equipados con dos contadores que funcionan en paralelo. Uno es más sensible a las radiaciones α y β, y el segundo a los rayos γ. Este esquema de uso de dos contadores se implementa en un dosímetro. RADEX RD1008 y en un dosímetro-radiómetro RADEKS MKS-1009, en el que está instalado el mostrador BETA-2 Y BETA-2M. A veces se coloca entre las encimeras una barra o placa de una aleación que contiene una mezcla de cadmio. Cuando los neutrones golpean una barra de este tipo, se genera radiación γ, que se registra. Esto se hace para poder detectar la radiación de neutrones, a la que los contadores Geiger simples son prácticamente insensibles. Otro método consiste en recubrir la carcasa (cátodo) con impurezas que puedan impartir sensibilidad a los neutrones.

Se añaden halógenos (cloro, bromo) al gas para extinguir rápidamente la descarga. El vapor de alcohol también sirve para el mismo propósito, aunque el alcohol en este caso es de corta duración (esta es generalmente una característica del alcohol) y el medidor "sobrio" comienza a "sonar" constantemente, es decir, no puede funcionar en el modo previsto. . Esto sucede en algún momento después de que se hayan detectado 1e9 pulsos (mil millones), lo cual no es tanto. Los medidores con halógenos son mucho más duraderos.

Parámetros y modos de funcionamiento de los contadores Geiger.

Sensibilidad de los contadores Geiger.

La sensibilidad del contador se estima mediante la relación entre el número de microroentgens de la fuente de referencia y el número de pulsos causados ​​por esta radiación. Dado que los contadores Geiger no están diseñados para medir la energía de las partículas, es difícil realizar una estimación precisa. Los contadores se calibran utilizando fuentes de isótopos de referencia. Cabe señalar que este parámetro puede variar mucho para diferentes tipos de contadores. A continuación se muestran los parámetros de los contadores Geiger-Muller más comunes:

Contador Geiger-Müller Beta-2- 160 ÷ 240 imp/μR

Contador Geiger-Müller Beta-1- 96 ÷ 144 imp/μR

Contador Geiger-Müller SBM-20- 60 ÷ 75 imp/μR

Contador Geiger-Müller SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp/μR

Contador Geiger-Müller SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp/μR

Zona de ventana de entrada o zona de trabajo.

El área del sensor de radiación a través de la cual vuelan las partículas radiactivas. Esta característica está directamente relacionada con las dimensiones del sensor. Cuanto mayor sea el área, más partículas atrapará el contador Geiger-Muller. Normalmente este parámetro se indica en centímetros cuadrados.

Contador Geiger-Müller Beta-2- 13,8cm2

Contador Geiger-Müller Beta-1- 7cm2

Este voltaje corresponde aproximadamente a la mitad de la característica de funcionamiento. La característica de funcionamiento es la parte plana de la dependencia del número de pulsos registrados con el voltaje, por lo que también se le llama "meseta". En este punto se alcanza la velocidad de funcionamiento más alta (límite de medición superior). El valor típico es 400 V.

Ancho de la característica de funcionamiento del contador.

Esta es la diferencia entre el voltaje de ruptura de la chispa y el voltaje de salida en la parte plana de la característica. El valor típico es 100 V.

Pendiente de la característica de funcionamiento del medidor.

La pendiente se mide como porcentaje de pulsos por voltio. Caracteriza el error estadístico de las mediciones (contando el número de pulsos). El valor típico es 0,15%.

Temperatura de funcionamiento permitida del medidor.

Para medidores de uso general -50 ... +70 grados Celsius. Este es un parámetro muy importante si el contador opera en cámaras, canales y otros lugares de equipos complejos: aceleradores, reactores, etc.

Recurso de trabajo del mostrador.

El número total de pulsos que registra el medidor antes de que sus lecturas comiencen a ser incorrectas. Para dispositivos con aditivos orgánicos, la autoextinción suele ser 1e9 (diez elevado a la novena potencia, o mil millones). El recurso se cuenta solo si se aplica voltaje de funcionamiento al medidor. Si el contador simplemente se almacena, este recurso no se consume.

Contador de tiempo muerto.

Este es el tiempo (tiempo de recuperación) durante el cual el contador conduce corriente después de haber sido activado por una partícula que pasa. La existencia de tal tiempo significa que existe un límite superior para la frecuencia del pulso y esto limita el rango de medición. Un valor típico es 1e-4 s, que son diez microsegundos.

Cabe señalar que debido al tiempo muerto, el sensor puede estar "fuera de escala" y permanecer en silencio en el momento más peligroso (por ejemplo, una reacción en cadena espontánea en producción). Casos de este tipo se han producido y, para combatirlos, se utilizan pantallas de plomo que cubren parte de los sensores de los sistemas de alarma de emergencia.

Fondo de mostrador personalizado.

Medido en cámaras de plomo de paredes gruesas para evaluar la calidad de los medidores. El valor típico es 1 ... 2 pulsos por minuto.

Aplicación práctica de los contadores Geiger.

La industria soviética y ahora rusa produce muchos tipos de contadores Geiger-Muller. A continuación se muestran algunas marcas comunes: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, medidores de la serie Gamma, contadores finales de la serie. Beta"y hay muchos más. Todos ellos se utilizan para monitorear y medir la radiación: en instalaciones de la industria nuclear, en instituciones científicas y educativas, en la defensa civil, en medicina e incluso en la vida cotidiana. Después del accidente de Chernóbil, dosímetros domésticos, antes desconocidos para la población incluso por su nombre, se han vuelto muy populares. Han aparecido muchas marcas de dosímetros domésticos. Todos ellos utilizan un contador Geiger-Muller como sensor de radiación. En los dosímetros domésticos se instalan de uno a dos tubos o contadores finales.

UNIDADES DE MEDIDA DE CANTIDADES DE RADIACIÓN

Durante mucho tiempo, la unidad de medida P (roentgen) fue común. Sin embargo, al pasar al sistema SI, aparecen otras unidades. Una radiografía es una unidad de dosis de exposición, una "cantidad de radiación", que se expresa como el número de iones producidos en el aire seco. A una dosis de 1 R en 1 cm3 de aire se forman 2,082e9 pares de iones (lo que corresponde a 1 unidad de carga del SGSE). En el sistema SI, la dosis de exposición se expresa en culombios por kilogramo y, en el caso de los rayos X, esto se relaciona con la ecuación:

1 unidad/kg = 3876 R

La dosis de radiación absorbida se mide en julios por kilogramo y se llama Gray. Este es un reemplazo para la unidad rad obsoleta. La tasa de dosis absorbida se mide en grises por segundo. La tasa de dosis de exposición (EDR), que antes se medía en roentgens por segundo, ahora se mide en amperios por kilogramo. La dosis de radiación equivalente a la que la dosis absorbida es 1 Gy (gris) y el factor de calidad de la radiación es 1 se llama Sievert. El rem (equivalente biológico de una radiografía) es una centésima de sievert, hoy considerado obsoleto. Sin embargo, incluso hoy en día, todas las unidades obsoletas se utilizan de forma muy activa.

Los conceptos principales en las mediciones de radiación son la dosis y la potencia. La dosis es el número de cargas elementales en el proceso de ionización de una sustancia y la potencia es la tasa de formación de dosis por unidad de tiempo. Y en qué unidades se expresa esto es una cuestión de gusto y conveniencia.

Incluso una dosis mínima es peligrosa en términos de consecuencias a largo plazo para el organismo. El cálculo del peligro es bastante sencillo. Por ejemplo, su dosímetro muestra 300 miliroentgen por hora. Si permaneces en este lugar por un día, recibirás una dosis de 24 * 0,3 = 7,2 roentgens. Esto es peligroso y debes salir de aquí lo antes posible. En general, si detecta incluso una radiación débil, debe alejarse de ella y comprobarla incluso desde la distancia. Si ella “te sigue”, te pueden “felicitar”, te han alcanzado los neutrones. Pero no todos los dosímetros pueden responder a ellos.

Para las fuentes de radiación se utiliza una cantidad que caracteriza el número de desintegraciones por unidad de tiempo; se llama actividad y también se mide en muchas unidades diferentes: curie, becquerel, rutherford y algunas otras. La cantidad de actividad, medida dos veces con una separación temporal suficiente, si disminuye, permite calcular el tiempo, según la ley de desintegración radiactiva, en que la fuente se vuelve suficientemente segura.

Inventado en 1908 por el físico alemán Hans Wilhelm Geiger, un dispositivo capaz de determinar se utiliza ampliamente en la actualidad. La razón de esto es la alta sensibilidad del dispositivo y su capacidad para detectar una amplia variedad de radiaciones. La facilidad de operación y el bajo costo permiten a cualquiera que decida medir de forma independiente el nivel de radiación comprar un contador Geiger en cualquier momento y en cualquier lugar. ¿Qué tipo de dispositivo es este y cómo funciona?

Principio de funcionamiento de un contador Geiger

Su diseño es bastante sencillo. Se bombea una mezcla de gases compuesta de neón y argón a un cilindro sellado con dos electrodos, que se ioniza fácilmente. Se suministra a los electrodos (aproximadamente 400 V), lo que por sí solo no provoca ningún fenómeno de descarga hasta el mismo momento en que comienza el proceso de ionización en el ambiente gaseoso del dispositivo. La aparición de partículas procedentes del exterior provoca que los electrones primarios, acelerados en el campo correspondiente, comiencen a ionizar otras moléculas del medio gaseoso. Como resultado, bajo la influencia de un campo eléctrico, se produce una creación similar a una avalancha de nuevos electrones e iones, que aumentan drásticamente la conductividad de la nube de iones de electrones. Se produce una descarga en el entorno gaseoso del contador Geiger. La cantidad de pulsos que ocurren durante un cierto período de tiempo es directamente proporcional a la cantidad de partículas detectadas. Este es, en términos generales, el principio de funcionamiento de un contador Geiger.

El proceso inverso, como resultado del cual el medio gaseoso vuelve a su estado original, ocurre por sí solo. Bajo la influencia de halógenos (normalmente se utiliza bromo o cloro), se produce una intensa recombinación de cargas en este entorno. Este proceso ocurre mucho más lentamente y, por lo tanto, el tiempo necesario para restaurar la sensibilidad del contador Geiger es una característica de pasaporte muy importante del dispositivo.

A pesar de que el principio de funcionamiento de un contador Geiger es bastante simple, es capaz de responder a radiaciones ionizantes de varios tipos. Estos son α-, β-, γ-, así como rayos X, neutrones y todo depende del diseño del dispositivo. Así, la ventana de entrada de un contador Geiger, capaz de detectar radiación α y β suave, está hecha de mica con un espesor de 3 a 10 micrones. Para la detección está hecho de berilio y el ultravioleta está hecho de cuarzo.

¿Dónde se utiliza un contador Geiger?

El principio de funcionamiento de un contador Geiger es la base del funcionamiento de la mayoría de los dosímetros modernos. Estos pequeños dispositivos, que tienen un coste relativamente bajo, son bastante sensibles y pueden mostrar resultados en unidades de medida fáciles de entender. La facilidad de uso permite que estos dispositivos sean utilizados incluso por aquellos que tienen muy pocos conocimientos de dosimetría.

Dependiendo de sus capacidades y precisión de medición, los dosímetros pueden usarse para uso profesional o doméstico. Con su ayuda, es posible determinar de manera oportuna y efectiva la fuente existente de radiación ionizada tanto en áreas abiertas como en interiores.

Estos dispositivos, que utilizan el principio de un contador Geiger en su funcionamiento, pueden señalar rápidamente el peligro mediante señales visuales, sonoras o de vibración. Así, siempre podrás comprobar la comida, la ropa, examinar muebles, equipos, materiales de construcción, etc. para asegurar la ausencia de radiaciones nocivas para el cuerpo humano.

Propósito de los contadores

Un contador Geiger-Muller es un dispositivo de dos electrodos diseñado para determinar la intensidad de la radiación ionizante o, en otras palabras, para contar las partículas ionizantes que surgen durante las reacciones nucleares: iones de helio (partículas), electrones (partículas), rayos X. cuantos (- partículas) y neutrones. Las partículas se propagan a velocidades muy altas [hasta 2. 10 7 m/s para los iones (energía hasta 10 MeV) y aproximadamente la velocidad de la luz para los electrones (energía 0,2 - 2 MeV)], por lo que penetran en el interior del contador. La función del contador es generar un pulso de voltaje corto (fracciones de milisegundos) (unidades - decenas de voltios) cuando una partícula ingresa al volumen del dispositivo.

En comparación con otros detectores (sensores) de radiación ionizante (cámara de ionización, contador proporcional), el contador Geiger-Muller tiene un umbral de sensibilidad alto: le permite controlar el fondo radiactivo natural de la Tierra (1 partícula por cm 2 en 10 - 100 segundos). El límite superior de medición es relativamente bajo: hasta 10 4 partículas por cm 2 por segundo o hasta 10 Sieverts por hora (Sv/h). Una característica especial del contador es la capacidad de generar pulsos de voltaje de salida idénticos independientemente del tipo de partículas, su energía y el número de ionizaciones producidas por la partícula en el volumen del sensor.

El funcionamiento de un contador Geiger se basa en una descarga de gas pulsada no autosostenida entre electrodos metálicos, que se inicia mediante uno o más electrones resultantes de la ionización de un gas -, - o - partícula. Los medidores suelen utilizar un diseño cilíndrico de electrodos, y el diámetro del cilindro interior (ánodo) es mucho menor (2 o más órdenes de magnitud) que el exterior (cátodo), lo cual es de fundamental importancia. El diámetro característico del ánodo es de 0,1 mm.

Las partículas ingresan al contador a través de una carcasa de vacío y un cátodo en un diseño "cilíndrico" (Fig. 2, A) o a través de una ventana delgada y plana especial en la versión "final" del diseño (Fig. 2 ,b). La última opción se utiliza para registrar partículas que tienen una baja capacidad de penetración (retenidas, por ejemplo, en una hoja de papel), pero que son muy peligrosas biológicamente si la fuente de las partículas ingresa al cuerpo. Los detectores con ventanas de mica también se utilizan para contar partículas de energía relativamente baja (radiación beta "suave").

Arroz. 2. Diseños esquemáticos de un cilindro ( A) y final ( b) Contadores Geiger. Designaciones: 1 - carcasa de vacío (vidrio); 2 - ánodo; 3 - cátodo; 4 - ventana (mica, celofán)

En la versión cilíndrica del contador, diseñada para registrar partículas de alta energía o rayos X suaves, se utiliza una carcasa de vacío de paredes delgadas y el cátodo está hecho de una lámina delgada o en forma de una película delgada de metal (cobre). , aluminio) depositado en la superficie interior de la carcasa. En varios diseños, un cátodo metálico de paredes delgadas (con refuerzos) es un elemento de la carcasa de vacío. La radiación dura de rayos X (partículas) tiene un mayor poder de penetración. Por lo tanto, se registra mediante detectores con paredes de carcasa de vacío bastante gruesas y un cátodo masivo. En los contadores de neutrones, el cátodo está recubierto con una fina capa de cadmio o boro, en la que la radiación de neutrones se convierte en radiación radiactiva mediante reacciones nucleares.

El volumen del dispositivo generalmente se llena con argón o neón con una pequeña mezcla (hasta 1%) de argón a una presión cercana a la atmosférica (10 -50 kPa). Para eliminar fenómenos indeseables después de la descarga, se introduce una mezcla de bromo o vapor de alcohol (hasta un 1%) en el relleno de gas.

La capacidad de un contador Geiger para registrar partículas independientemente de su tipo y energía (para generar un pulso de voltaje independientemente del número de electrones generados por la partícula) está determinada por el hecho de que, debido al diámetro muy pequeño del ánodo, casi Todo el voltaje aplicado a los electrodos se concentra en una capa estrecha cercana al ánodo. Fuera de la capa hay una “región de captura de partículas” en la que ionizan las moléculas de gas. Los electrones arrancados por las partículas de las moléculas son acelerados hacia el ánodo, pero el gas está débilmente ionizado debido a la baja intensidad del campo eléctrico. La ionización aumenta drásticamente después de que los electrones ingresan a la capa cercana al ánodo con una alta intensidad de campo, donde se desarrollan avalanchas de electrones (una o varias) con un grado muy alto de multiplicación de electrones (hasta 10 7). Sin embargo, la corriente resultante todavía no alcanza un valor correspondiente a la formación de la señal del sensor.

Un aumento adicional de la corriente al valor operativo se debe al hecho de que en las avalanchas, simultáneamente con la ionización, se generan fotones ultravioleta con una energía de aproximadamente 15 eV, suficiente para ionizar las moléculas de impureza en el relleno de gas (por ejemplo, la ionización El potencial de las moléculas de bromo es de 12,8 V). Los electrones resultantes de la fotoionización de moléculas fuera de la capa se aceleran hacia el ánodo, pero aquí no se desarrollan avalanchas debido a la baja intensidad del campo y el proceso tiene poco efecto sobre el desarrollo de la descarga. En la capa la situación es diferente: los fotoelectrones resultantes, debido al alto voltaje, inician intensas avalanchas en las que se generan nuevos fotones. Su número excede el inicial y el proceso en la capa según el esquema "fotones - avalanchas de electrones - fotones" aumenta rápidamente (varios microsegundos) (entra en el "modo de activación"). En este caso, la descarga desde el lugar de las primeras avalanchas iniciadas por la partícula se propaga a lo largo del ánodo (“ignición transversal”), la corriente del ánodo aumenta bruscamente y se forma el borde de ataque de la señal del sensor.

El flanco de salida de la señal (disminución de corriente) se debe a dos razones: una disminución en el potencial del ánodo debido a la caída de voltaje de la corriente a través de la resistencia (en el borde de entrada el potencial es mantenido por la capacitancia entre electrodos) y una disminución en la intensidad del campo eléctrico en la capa bajo la influencia de la carga espacial de los iones después de que los electrones abandonan el ánodo (la carga aumenta los potenciales de los puntos, como resultado de lo cual la caída de voltaje a través de la capa disminuye, y en el área de captura de partículas aumenta). Ambas razones reducen la intensidad del desarrollo de la avalancha y el proceso según el esquema "avalancha - fotones - avalancha" se desvanece y la corriente a través del sensor disminuye. Después del final del pulso de corriente, el potencial del ánodo aumenta al nivel inicial (con cierto retraso debido a la carga de la capacitancia entre electrodos a través de la resistencia del ánodo), la distribución de potencial en el espacio entre los electrodos vuelve a su forma original como resultado de la salida de iones al cátodo, y el contador recupera la capacidad de registrar la llegada de nuevas partículas.

Se fabrican decenas de tipos de detectores de radiación ionizante. Se utilizan varios sistemas para designarlos. Por ejemplo, STS-2, STS-4 - contadores finales autoextinguibles, o MS-4 - contador con cátodo de cobre (B - con tungsteno, G - con grafito), o SAT-7 - contador final de partículas, SBM- 10 - contador - partículas metálicas, SNM-42 - contador de neutrones metálicos, SRM-1 - contador de rayos X, etc.

Estructura y principio de funcionamiento de un contador Geiger-Müller

EN Recientemente, la atención a la seguridad radiológica por parte de los ciudadanos comunes de nuestro país ha ido aumentando cada vez más. Y esto está relacionado no sólo con los trágicos acontecimientos ocurridos en la central nuclear de Chernobyl y sus consecuencias ulteriores, sino también con varios tipos de incidentes que ocurren periódicamente en un lugar u otro del planeta. En este sentido, a finales del siglo pasado comenzaron a aparecer dispositivos. Vigilancia dosimétrica de la radiación para fines domésticos.. Y estos dispositivos han salvado a muchas personas no sólo su salud, sino a veces sus vidas, y esto se aplica no sólo a los territorios adyacentes a la zona de exclusión. Por lo tanto, las cuestiones de seguridad radiológica siguen siendo relevantes en cualquier lugar de nuestro país hasta el día de hoy.

EN Todos los dosímetros domésticos y casi todos los profesionales modernos están equipados con . De otra forma, se le puede llamar el elemento sensible del dosímetro. Este dispositivo fue inventado en 1908 por el físico alemán Hans Geiger, y veinte años después, este desarrollo fue mejorado por otro físico, Walter Müller, y es el principio de este dispositivo el que se utiliza hasta el día de hoy.

norte Algunos dosímetros modernos tienen cuatro contadores a la vez, lo que permite aumentar la precisión de la medición y la sensibilidad del dispositivo, así como reducir el tiempo de medición. La mayoría de los contadores Geiger-Muller son capaces de detectar radiación gamma, radiación beta de alta energía y rayos X. Sin embargo, existen desarrollos especiales para la determinación de partículas alfa de alta energía. Para configurar el dosímetro para que detecte únicamente la radiación gamma, la más peligrosa de los tres tipos de radiación, la cámara sensible se cubre con una carcasa especial hecha de plomo u otro acero, que permite cortar la penetración de partículas beta en el encimera.

EN En los dosímetros modernos para uso doméstico y profesional, se utilizan ampliamente sensores como SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1. Se diferencian en las dimensiones generales de la cámara y otros parámetros; la vigésima línea de sensores tiene las siguientes dimensiones: longitud 110 mm, diámetro 11 mm, y para el modelo 21, longitud 20-22 mm con un diámetro de 6 mm. Es importante entender que cuanto más grande sea la cámara, mayor será la cantidad de elementos radiactivos que volarán a través de ella, y mayor sensibilidad y precisión tendrá. Entonces, para la serie 20 de sensores, las dimensiones son de 8 a 10 veces mayores que para la 21, y tendremos una diferencia de sensibilidad en aproximadamente las mismas proporciones.

A El diseño de un contador Geiger se puede describir esquemáticamente de la siguiente manera. Sensor que consta de un recipiente cilíndrico al que se bombea un gas inerte (por ejemplo, argón, neón o mezclas de los mismos) a una presión mínima para facilitar la aparición de una descarga eléctrica entre el cátodo y el ánodo. El cátodo, en la mayoría de los casos, es todo el cuerpo metálico del sensor sensible y el ánodo es un pequeño cable colocado sobre aisladores. A veces, el cátodo se envuelve adicionalmente en una carcasa protectora hecha de acero inoxidable o plomo, esto se hace para configurar el contador para que detecte solo cuantos gamma;

D Para uso doméstico, actualmente, los sensores finales se utilizan con mayor frecuencia (por ejemplo, Beta-1, Beta-2). Estos contadores están diseñados de tal manera que son capaces de detectar y registrar incluso partículas alfa. Dicho contador es un cilindro plano con electrodos ubicados en el interior y una ventana de entrada (de trabajo) hecha de una película de mica de solo 12 micrones de espesor. Este diseño permite detectar (a corta distancia) partículas alfa de alta energía y partículas beta de baja energía. En este caso, el área de la ventana de trabajo de los contadores Beta-1 y Beta 1-1 es de 7 cm cuadrados. El área de la ventana de trabajo de mica del dispositivo Beta-2 es 2 veces mayor que la del Beta-1, se puede utilizar para determinar, etc.

mi Si hablamos del principio de funcionamiento de la cámara del contador Geiger, se puede describir brevemente de la siguiente manera. Cuando se activa, se aplica un alto voltaje (alrededor de 350 a 475 voltios) al cátodo y al ánodo a través de una resistencia de carga, pero no se produce ninguna descarga entre ellos debido al gas inerte que actúa como dieléctrico. Cuando ingresa a la cámara, su energía es suficiente para eliminar un electrón libre del material del cuerpo de la cámara o del cátodo. Este electrón, como una avalancha, comienza a eliminar electrones libres del gas inerte circundante y se produce su ionización, lo que provoca su ionización. finalmente conduce a una descarga entre los electrodos. El circuito está cerrado y este hecho se puede registrar mediante el microcircuito del dispositivo, que es el hecho de detectar radiación cuántica gamma o rayos X. Luego, la cámara se reinicia, permitiendo detectar la siguiente partícula.

h Para detener el proceso de descarga en la cámara y preparar la cámara para registrar la siguiente partícula, existen dos formas, una de ellas se basa en que se detiene el suministro de voltaje a los electrodos durante un período de tiempo muy corto, lo que se detiene. el proceso de ionización de gases. El segundo método se basa en agregar otra sustancia al gas inerte, por ejemplo, yodo, alcohol y otras sustancias, lo que conduce a una disminución del voltaje en los electrodos, lo que también detiene el proceso de ionización adicional y la cámara se vuelve capaz. para detectar el siguiente elemento radiactivo. Este método utiliza una resistencia de carga de alta capacidad.

PAG el número de descargas en la contracámara y se puede juzgar el nivel de radiación en el área medida o de un objeto específico.