Cómo funciona un contador Geiger brevemente. Métodos y medios técnicos de registro de la radiación. Métodos de ionización de dosimetría. Medidores de descarga de gas

Contador Geiger-Müller

D Para determinar el nivel de radiación, se utiliza un dispositivo especial. Y para estos dispositivos de monitoreo de radiación domésticos y la mayoría de los profesionales, contador Geiger . Esta parte del radiómetro le permite determinar con precisión el nivel de radiación.

La historia del contador Geiger.

EN El primero, un dispositivo para determinar la tasa de desintegración de materiales radiactivos, nació en 1908, fue inventado por el alemán. físico hans geiger . Veinte años después, junto con otro físico Walter Müller El dispositivo fue mejorado y recibió su nombre en honor a estos dos científicos.

EN Durante el período de desarrollo y establecimiento de la física nuclear en la antigua Unión Soviética, también se crearon los dispositivos correspondientes que fueron ampliamente utilizados en las fuerzas armadas, en las centrales nucleares y en grupos especiales de control de radiación de la defensa civil. A partir de los años setenta del siglo pasado, estos dosímetros incluían un contador basado en los principios de Geiger, a saber SBM-20 . Este contador es exactamente igual a su otro análogo. STS-5 , es muy utilizado hasta el día de hoy, y también forma parte de medios modernos de vigilancia de la radiación .

Fig.1. Contador de descarga de gas STS-5.

Fig.2. Medidor de descarga de gas SBM-20.

Principio de funcionamiento de un contador Geiger-Müller

Y La idea de registrar partículas radiactivas propuesta por Geiger es relativamente sencilla. Se basa en el principio de la aparición de impulsos eléctricos en un entorno de gas inerte bajo la influencia de una partícula radiactiva altamente cargada o un cuanto de oscilaciones electromagnéticas. Para profundizar más en el mecanismo de funcionamiento del contador, detengámonos un poco en su diseño y los procesos que ocurren en él cuando una partícula radiactiva pasa a través del elemento sensible del dispositivo.

R El dispositivo de registro es un cilindro o recipiente sellado que se llena con un gas inerte, puede ser neón, argón, etc. Un recipiente de este tipo puede estar hecho de metal o vidrio y el gas que contiene está a baja presión; esto se hace específicamente para simplificar el proceso de registro de una partícula cargada. Dentro del contenedor hay dos electrodos (cátodo y ánodo) a los que se suministra alto voltaje CC a través de una resistencia de carga especial.

Fig.3. Dispositivo y diagrama de circuito para encender un contador Geiger.

PAG Cuando el contador se activa en un ambiente de gas inerte, no se produce ninguna descarga en los electrodos debido a la alta resistencia del medio, sin embargo, la situación cambia si una partícula radiactiva o un cuanto de oscilaciones electromagnéticas ingresa a la cámara del elemento sensible del dispositivo. En este caso, una partícula que tiene una carga de energía suficientemente alta elimina un cierto número de electrones del entorno inmediato, es decir de los elementos de la carcasa o físicamente de los propios electrodos. Dichos electrones, una vez en un ambiente de gas inerte, bajo la influencia de un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo, comienzan a moverse hacia el ánodo, ionizando las moléculas de este gas en el camino. Como resultado, eliminan electrones secundarios de las moléculas de gas y este proceso crece en una escala geométrica hasta que se produce una ruptura entre los electrodos. En estado de descarga, el circuito se cierra por un período de tiempo muy corto, lo que provoca un salto de corriente en la resistencia de carga, y es este salto el que permite registrar el paso de una partícula o un cuanto a través de la cámara de grabación.

t Este mecanismo permite registrar una partícula, sin embargo, en un ambiente donde la radiación ionizante es bastante intensa, se requiere un rápido retorno de la cámara de registro a su posición original para poder determinar nueva partícula radiactiva . Esto se logra de dos maneras diferentes. El primero de ellos es dejar de suministrar voltaje a los electrodos por un corto período de tiempo; en este caso, la ionización del gas inerte se detiene abruptamente y el encendido nuevamente de la cámara de prueba permite comenzar a grabar desde el principio. Este tipo de contador se llama dosímetros no autoextinguibles . El segundo tipo de dispositivo, los dosímetros autoextinguibles, cuyo principio de funcionamiento consiste en añadir al entorno del gas inerte aditivos especiales a base de diversos elementos, por ejemplo, bromo, yodo, cloro o alcohol. En este caso, su presencia conlleva automáticamente la terminación de la descarga. En esta estructura de la cámara de prueba se utilizan como resistencia de carga resistencias a veces de varias decenas de megaohmios. Esto permite reducir drásticamente la diferencia de potencial en los extremos del cátodo y el ánodo durante la descarga, lo que detiene el proceso de conducción de corriente y la cámara vuelve a su estado original. Vale la pena señalar que un voltaje en los electrodos inferior a 300 voltios automáticamente deja de mantener la descarga.

Todo el mecanismo descrito permite registrar una gran cantidad de partículas radiactivas en un corto período de tiempo.

Tipos de radiación radiactiva

h para entender qué se está grabando exactamente Contadores Geiger-Müller , vale la pena detenerse en qué tipos existen. Vale la pena mencionar de inmediato que los contadores de descarga de gas, que forman parte de la mayoría de los dosímetros modernos, solo son capaces de registrar el número de partículas o cuantos cargados radiactivos, pero no pueden determinar ni sus características energéticas ni el tipo de radiación. Para ello, los dosímetros se hacen más multifuncionales y específicos, y para poder compararlos correctamente es necesario comprender con mayor precisión sus capacidades.

PAG Según los conceptos modernos de la física nuclear, la radiación se puede dividir en dos tipos, el primero en la forma campo electromagnético , el segundo en la forma flujo de partículas (radiación corpuscular). El primer tipo incluye flujo de partículas gamma o radiación de rayos x . Su característica principal es la capacidad de propagarse en forma de onda a distancias muy largas, mientras que atraviesan con bastante facilidad varios objetos y pueden penetrar fácilmente una amplia variedad de materiales. Por ejemplo, si una persona necesita esconderse de una corriente de rayos gamma debido a una explosión nuclear, al refugiarse en el sótano de una casa o refugio antiaéreo, siempre que esté relativamente sellado herméticamente, podrá protegerse. de este tipo de radiación en sólo un 50 por ciento.

Fig.4. Cuantos de rayos X y radiación gamma.

t Este tipo de radiación es de naturaleza pulsada y se caracteriza por propagarse en el medio ambiente en forma de fotones o cuantos, es decir. breves ráfagas de radiación electromagnética. Dicha radiación puede tener diferentes características de energía y frecuencia; por ejemplo, los rayos X tienen una frecuencia miles de veces menor que la de los rayos gamma. Es por eso Los rayos gamma son significativamente más peligrosos para el cuerpo humano y su impacto es mucho más destructivo.

Y La radiación basada en el principio corpuscular son partículas alfa y beta (corpúsculos). Surgen como resultado de una reacción nuclear en la que unos isótopos radiactivos se convierten en otros, liberando una cantidad colosal de energía. En este caso, las partículas beta representan una corriente de electrones, y las partículas alfa son formaciones significativamente más grandes y estables, que constan de dos neutrones y dos protones unidos entre sí. De hecho, el núcleo de un átomo de helio tiene esta estructura, por lo que se puede argumentar que el flujo de partículas alfa es un flujo de núcleos de helio.

Se acepta la siguiente clasificación , las partículas alfa tienen la menor capacidad de penetración; para protegerse de ellas, una persona necesita cartón grueso; las partículas beta tienen una mayor capacidad de penetración; para que una persona pueda protegerse del flujo de dicha radiación, necesitará; protección metálica de varios milímetros de espesor (por ejemplo, chapa de aluminio). Prácticamente no existe protección contra los cuantos gamma y se propagan a distancias considerables, desvaneciéndose a medida que se alejan del epicentro o fuente y obedeciendo las leyes de propagación de las ondas electromagnéticas.

Fig.5. Partículas radiactivas de tipo alfa y beta.

A La cantidad de energía que poseen los tres tipos de radiación también es diferente, y el flujo de partículas alfa es el mayor de ellos. Por ejemplo, La energía que poseen las partículas alfa es siete mil veces mayor que la energía de las partículas beta. , es decir. la capacidad de penetración de varios tipos de radiación es inversamente proporcional a su capacidad de penetración.

D Para el cuerpo humano, se considera el tipo de radiación radiactiva más peligrosa. cuantos gamma , debido al alto poder de penetración, y luego, en orden decreciente, las partículas beta y las partículas alfa. Por lo tanto, es bastante difícil determinar las partículas alfa, incluso si es imposible saberlo con un contador convencional. Geiger-Müller, ya que casi cualquier objeto supone un obstáculo para ellos, por no hablar de un recipiente de cristal o metal. Con un contador de este tipo es posible detectar partículas beta, pero sólo si su energía es suficiente para atravesar el material del contenedor del contador.

Para partículas beta de baja energía, un contador Geiger-Müller convencional es ineficaz.

ACERCA DE La situación es similar a la radiación gamma; existe la posibilidad de que atraviesen el recipiente sin iniciar la reacción de ionización. Para ello, se instala en los contadores una pantalla especial (de acero denso o plomo), que permite reducir la energía de los rayos gamma y así activar la descarga en la cámara del contador.

Características básicas y diferencias de los contadores Geiger-Müller.

CON También vale la pena destacar algunas características básicas y diferencias entre varios dosímetros equipados. Contadores Geiger-Muller de descarga de gas. Para hacer esto, debes comparar algunos de ellos.

Los contadores Geiger-Müller más comunes están equipados con cilíndrico o sensores finales. Los cilíndricos son similares a un cilindro oblongo en forma de tubo con un radio pequeño. La cámara de ionización final tiene una forma redonda o rectangular de tamaño pequeño, pero con una superficie de trabajo final significativa. A veces hay variedades de cámaras finales con un tubo cilíndrico alargado con una pequeña ventana de entrada en el lado final. Diferentes configuraciones de contadores, es decir, las propias cámaras, pueden registrar diferentes tipos de radiación o sus combinaciones (por ejemplo, combinaciones de rayos gamma y beta, o todo el espectro de rayos alfa, beta y gamma). Esto es posible gracias al diseño especialmente diseñado de la carcasa del medidor, así como al material del que está hecho.

mi Otro componente importante para el uso previsto de los medidores es área del elemento sensible de entrada y área de trabajo . Es decir, este es el sector por el que entrarán y quedarán registradas las partículas radiactivas que nos interesan. Cuanto mayor sea esta área, más partículas podrá capturar el contador y mayor será su sensibilidad a la radiación. Los datos del pasaporte indican el área de la superficie de trabajo, generalmente en centímetros cuadrados.

mi Otro indicador importante que se indica en las características del dosímetro es magnitud del ruido (medido en pulsos por segundo). En otras palabras, este indicador puede denominarse el valor de sus propios antecedentes. Se puede determinar en un laboratorio colocando el dispositivo en una habitación o cámara bien protegida, generalmente con paredes gruesas de plomo, y registrando el nivel de radiación que emite el propio dispositivo. Está claro que si dicho nivel es suficientemente significativo, estos ruidos inducidos afectarán directamente a los errores de medición.

Cada profesional y radiación tiene una característica como la sensibilidad a la radiación, que también se mide en pulsos por segundo (imp/s) o en pulsos por microroentgen (imp/μR). Este parámetro, o más bien su uso, depende directamente de la fuente de radiación ionizante a la que esté sintonizado el contador y con respecto a la cual se realizarán más mediciones. A menudo, la sintonización se realiza utilizando fuentes que incluyen materiales radiactivos como radio - 226, cobalto - 60, cesio - 137, carbono - 14 y otros.

mi Otro indicador por el cual vale la pena comparar dosímetros es eficiencia de detección de radiación iónica o partículas radiactivas. La existencia de este criterio se debe a que no se registrarán todas las partículas radiactivas que pasen por el elemento sensible del dosímetro. Esto puede suceder en el caso en que el cuanto de radiación gamma no causó ionización en la cámara contadora, o el número de partículas que pasaron y causaron ionización y descarga es tan grande que el dispositivo no las cuenta adecuadamente, y por alguna otra razón. . Para determinar con precisión esta característica de un dosímetro en particular, se prueba utilizando ciertas fuentes radiactivas, por ejemplo, plutonio-239 (para partículas alfa) o talio - 204, estroncio - 90, itrio - 90 (emisor beta), así como otros materiales radiactivos.

CON El siguiente criterio en el que centrarse es rango de energías registradas . Cualquier partícula radiactiva o cuanto de radiación tiene una característica energética diferente. Por tanto, los dosímetros están diseñados para medir no sólo un tipo específico de radiación, sino también su característica energética correspondiente. Este indicador se mide en megaelectronvoltios o kiloelectronvoltios (MeV, KeV). Por ejemplo, si las partículas beta no tienen suficiente energía, no podrán eliminar un electrón de la cámara contadora y, por lo tanto, no serán detectadas, o sólo las partículas alfa de alta energía podrán atravesar el material. de la carcasa del contador Geiger-Müller y elimina el electrón.

Y Sobre la base de todo lo anterior, los fabricantes modernos de dosímetros de radiación producen una amplia gama de dispositivos para diversos fines e industrias específicas. Por lo tanto, vale la pena considerar tipos específicos de contadores Geiger.

Varias variantes de contadores Geiger-Muller

PAG La primera versión de los dosímetros son dispositivos diseñados para registrar y detectar fotones gamma y radiación beta de alta frecuencia (dura). Casi todos los fabricados anteriormente y los modernos, tanto los domésticos, por ejemplo: como los dosímetros de radiación profesionales, por ejemplo: , están diseñados para este rango de medición. Estas radiaciones tienen suficiente energía y un alto poder de penetración para que la cámara del contador Geiger las registre. Estas partículas y fotones penetran fácilmente en las paredes del contador y provocan el proceso de ionización, que se registra fácilmente mediante el correspondiente llenado electrónico del dosímetro.

D Contadores populares como SBM-20 , que tiene un sensor en forma de tubo de globo cilíndrico con un cátodo y un ánodo de alambre coaxial. Además, las paredes del tubo sensor sirven a la vez de cátodo y de carcasa y están fabricadas de acero inoxidable. Este contador tiene las siguientes características:

• el área del área de trabajo del elemento sensible es de 8 centímetros cuadrados;
• la sensibilidad a la radiación gamma es de aproximadamente 280 pulsos/s, o 70 pulsos/μR (las pruebas se realizaron para cesio: 137 a 4 μR/s);
• el fondo del dosímetro es de aproximadamente 1 pulso/s;
• El sensor está diseñado para registrar radiación gamma con una energía en el rango de 0,05 MeV a 3 MeV y partículas beta con una energía de 0,3 MeV en el límite inferior.

Fig.6. Dispositivo contador Geiger SBM-20.

Ud. Hubo varias modificaciones de este contador, por ejemplo, SBM-20-1 o SBM-20U , que tienen características similares, pero difieren en el diseño fundamental de los elementos de contacto y del circuito de medición. Otras modificaciones de este contador Geiger-Müller, y estos son SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, también tienen parámetros similares, muchos de ellos se encuentran en dosímetros de radiación domésticos, que hoy se pueden encontrar en las tiendas. .

CON El siguiente grupo de dosímetros de radiación está diseñado para registrar fotones gamma y rayos x . Si hablamos de la precisión de estos dispositivos, hay que entender que los fotones y la radiación gamma son cuantos de radiación electromagnética que se mueven a la velocidad de la luz (unos 300.000 km/s), por lo que registrar un objeto de este tipo parece bastante difícil. tarea.

La eficiencia operativa de estos contadores Geiger es de aproximadamente el uno por ciento.

h Para aumentarlo se requiere un aumento de la superficie del cátodo. De hecho, los rayos gamma se registran indirectamente, gracias a los electrones que eliminan y que posteriormente participan en la ionización del gas inerte. Para favorecer este fenómeno de la forma más eficaz posible, se seleccionan especialmente el material y el espesor de las paredes de la contracámara, así como las dimensiones, el espesor y el material del cátodo. Aquí, un gran espesor y densidad del material puede reducir la sensibilidad de la cámara de grabación, y uno demasiado pequeño permitirá que la radiación beta de alta frecuencia ingrese fácilmente a la cámara y también aumentará la cantidad de ruido de radiación natural del dispositivo, que ahogará la precisión de la determinación de los cuantos gamma. Naturalmente, las proporciones exactas las seleccionan los fabricantes. De hecho, según este principio, los dosímetros se fabrican basándose en Contadores Geiger-Müller para la determinación directa de la radiación gamma en el suelo, mientras que dicho dispositivo excluye la posibilidad de determinar cualquier otro tipo de radiación y exposición radiactiva, lo que permite determinar con precisión la contaminación por radiación y el nivel de impacto negativo en los humanos solo por la radiación gamma.

EN En los dosímetros domésticos equipados con sensores cilíndricos, se instalan los siguientes tipos: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 y muchos otros. . Además, en algunos tipos, se instala un filtro especial en la ventana sensible de entrada, en el extremo, que sirve específicamente para cortar las partículas alfa y beta, y aumenta aún más el área del cátodo para una determinación más eficiente de los rayos gamma. Dichos sensores incluyen Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M y otros.

h Para entender más claramente el principio de su funcionamiento, merece la pena echar un vistazo más de cerca a uno de estos contadores. Por ejemplo, un contador final con un sensor. Beta – 2M , que tiene una ventana de trabajo redondeada de unos 14 centímetros cuadrados. En este caso, la sensibilidad a la radiación al cobalto-60 es de aproximadamente 240 pulsos/μR. Este tipo de medidor tiene muy bajo ruido propio. , que no es más de 1 pulso por segundo. Esto es posible gracias a la cámara de plomo de paredes gruesas, que a su vez está diseñada para registrar la radiación de fotones con energías en el rango de 0,05 MeV a 3 MeV.

Fig.7. Fin del contador gamma Beta-2M.

Para determinar la radiación gamma, es muy posible utilizar contadores de pulsos gamma-beta, que están diseñados para registrar partículas beta duras (de alta frecuencia y alta energía) y cuantos gamma. Por ejemplo, modelo SBM - 20. Si en este modelo de dosímetro desea excluir el registro de partículas beta, para ello basta con instalar una pantalla de plomo o una pantalla de cualquier otro material metálico (una pantalla de plomo es más eficaz). Este es el método más común utilizado por la mayoría de los desarrolladores al crear contadores gamma y de rayos X.

Registro de radiación beta “suave”.

A Como ya hemos mencionado, registrar la radiación beta suave (radiación con características de baja energía y una frecuencia relativamente baja) es una tarea bastante difícil. Para hacer esto, es necesario garantizar la posibilidad de una penetración más fácil en la cámara de registro. Para estos fines, se fabrica una ventana de trabajo delgada especial, generalmente de mica o película de polímero, que prácticamente no crea obstáculos para la penetración de este tipo de radiación beta en la cámara de ionización. En este caso, el propio cuerpo del sensor puede actuar como cátodo y el ánodo es un sistema de electrodos lineales distribuidos uniformemente y montados sobre aisladores. La ventana de registro está hecha en la versión final y en este caso sólo una fina película de mica interfiere con las partículas beta. En los dosímetros con tales contadores, la radiación gamma se registra como una aplicación y, de hecho, como una característica adicional. Y si desea deshacerse del registro de cuantos gamma, entonces es necesario minimizar la superficie del cátodo.

Fig.8. Dispositivo de un contador Geiger montado en el extremo.

CON Vale la pena señalar que los contadores para determinar las partículas beta blandas se crearon hace mucho tiempo y se utilizaron con éxito en la segunda mitad del siglo pasado. Entre ellos, los más comunes fueron sensores como SBT10 Y SI8B , que tenía ventanas de mica de paredes delgadas. Una versión más moderna de este dispositivo. Beta-5 tiene un área de ventana de trabajo de aproximadamente 37 m2/cm, de forma rectangular hecha de material de mica. Para tales tamaños del elemento sensible, el dispositivo es capaz de registrar alrededor de 500 pulsos/μR, si se mide en cobalto - 60. Al mismo tiempo, la eficiencia de detección de partículas es de hasta el 80 por ciento. Otros indicadores de este dispositivo son los siguientes: su propio ruido es de 2,2 pulsos/s, el rango de detección de energía es de 0,05 a 3 MeV, mientras que el umbral inferior para determinar la radiación beta suave es de 0,1 MeV.

Fig.9. Fin del contador beta-gamma Beta-5.

Y Naturalmente, cabe mencionar Contadores Geiger-Müller, capaz de detectar partículas alfa. Si registrar la radiación beta suave parece una tarea bastante difícil, entonces detectar una partícula alfa, incluso una con altos indicadores de energía, es una tarea aún más difícil. Este problema sólo puede resolverse reduciendo correspondientemente el espesor de la ventana de trabajo a un espesor que sea suficiente para el paso de una partícula alfa a la cámara de grabación del sensor, así como acercando casi por completo la ventana de entrada a la fuente de radiación de partículas alfa. Esta distancia debe ser de 1 mm. Está claro que un dispositivo de este tipo detectará automáticamente cualquier otro tipo de radiación y con una eficacia bastante alta. Esto tiene un lado positivo y otro negativo:

Positivo – un dispositivo de este tipo se puede utilizar para la más amplia gama de análisis de radiación radiactiva

Negativo – debido al aumento de la sensibilidad, surgirá una cantidad significativa de ruido, lo que complicará el análisis de los datos de registro recibidos.

A Además, una ventana de trabajo de mica demasiado delgada, aunque aumenta las capacidades del contador, va en detrimento de la resistencia mecánica y la estanqueidad de la cámara de ionización, especialmente porque la propia ventana tiene una superficie de trabajo bastante grande. A modo de comparación, en los contadores SBT10 y SI8B, que mencionamos anteriormente, con un área de ventana de trabajo de aproximadamente 30 m2/cm, el espesor de la capa de mica es de 13 a 17 micrones, y con el espesor requerido para grabar partículas alfa de 4-5 micrones, la entrada a la ventana solo se puede hacer con un tamaño de no más de 0,2 m2/cm, estamos hablando del medidor SBT9.

ACERCA DE Sin embargo, el gran espesor de la ventana de trabajo de registro se puede compensar con la proximidad al objeto radiactivo y viceversa, con un espesor relativamente pequeño de la ventana de mica, es posible registrar una partícula alfa a una distancia mayor que 1 - 2mm. Vale la pena dar un ejemplo: con un espesor de ventana de hasta 15 micrones, la aproximación a la fuente de radiación alfa debe ser inferior a 2 mm, mientras que la fuente de partículas alfa se entiende como un emisor de plutonio-239 con energía de radiación. de 5MeV. Sigamos, con un espesor de ventana de entrada de hasta 10 micrones, es posible registrar partículas alfa a una distancia de hasta 13 mm, si hacemos una ventana de mica de hasta 5 micrones de espesor, entonces la radiación alfa se registrará en una distancia de 24 mm, etc. Otro parámetro importante que afecta directamente la capacidad de detectar partículas alfa es su indicador de energía. Si la energía de una partícula alfa es superior a 5 MeV, entonces la distancia de registro para el espesor de la ventana de trabajo de cualquier tipo aumentará correspondientemente, y si la energía es menor, entonces la distancia deberá reducirse, hasta la total imposibilidad. de registrar radiación alfa suave.

mi Otro punto importante que permite aumentar la sensibilidad de un contador alfa es reducir la capacidad de registro de radiación gamma. Para ello, basta con minimizar las dimensiones geométricas del cátodo y los fotones gamma atravesarán la cámara de grabación sin provocar ionización. Esta medida permite reducir la influencia de los rayos gamma sobre la ionización miles e incluso decenas de miles de veces. Ya no es posible eliminar la influencia de la radiación beta en la cámara de grabación, pero existe una forma bastante sencilla de solucionar esta situación. Primero se registra la radiación alfa y beta de tipo total, luego se instala un filtro de papel grueso y se realiza una segunda medición, que registrará solo partículas beta. La cantidad de radiación alfa en este caso se calcula como la diferencia entre la radiación total y un indicador de cálculo separado para la radiación beta.

Por ejemplo , vale la pena proponer las características del moderno contador Beta-1, que permite registrar las radiaciones alfa, beta y gamma. Estos son los indicadores:

• el área del área de trabajo del elemento sensible es de 7 m2/cm;
• el espesor de la capa de mica es de 12 micrones (la distancia efectiva de detección de partículas alfa para el plutonio es de 239, aproximadamente 9 mm. Para el cobalto - 60, la sensibilidad a la radiación se logra del orden de 144 pulsos/μR);
• eficiencia de medición de radiación para partículas alfa - 20% (para plutonio - 239), partículas beta - 45% (para talio -204) y cuantos gamma - 60% (para composición estroncio - 90, itrio - 90);
• el fondo propio del dosímetro es de aproximadamente 0,6 impulsos/s;
• El sensor está diseñado para registrar radiación gamma con una energía en el rango de 0,05 MeV a 3 MeV, partículas beta con una energía de más de 0,1 MeV en el límite inferior y partículas alfa con una energía de 5 MeV o más.

Figura 10. Contador alfa-beta-gamma Beta-1 montado en el extremo.

A Por supuesto, también existe una gama bastante amplia de medidores que están destinados a un uso más específico y profesional. Dichos dispositivos tienen una serie de configuraciones y opciones adicionales (eléctricas, mecánicas, radiométricas, climáticas, etc.), que incluyen muchas condiciones y capacidades especiales. Sin embargo, no nos concentraremos en ellos. Después de todo, comprender los principios básicos de acción. Contadores Geiger-Müller , los modelos descritos anteriormente son más que suficientes.

EN También es importante mencionar que existen subclases especiales. contadores geiger , que están especialmente diseñados para detectar varios tipos de otras radiaciones. Por ejemplo, no se considerarán determinar la cantidad de radiación ultravioleta, registrar y determinar neutrones lentos que funcionan según el principio de descarga de corona, y otras opciones que no estén directamente relacionadas con este tema.

El principio de funcionamiento de los dispositivos para registrar partículas elementales. Cualquier dispositivo que detecte partículas elementales o núcleos atómicos en movimiento es como un arma cargada con el martillo amartillado. Una pequeña cantidad de fuerza al presionar el gatillo de un arma provoca un efecto que no es comparable al esfuerzo realizado: un disparo.

Un dispositivo de grabación es un sistema macroscópico más o menos complejo que puede encontrarse en un estado inestable. Con una pequeña perturbación provocada por el paso de una partícula, comienza el proceso de transición del sistema a un estado nuevo y más estable. Este proceso permite registrar una partícula. Actualmente se utilizan muchos métodos diferentes de detección de partículas.

Dependiendo de los objetivos del experimento y de las condiciones en las que se lleva a cabo, se utilizan determinados dispositivos de grabación, que se diferencian entre sí por sus principales características.

Contador Geiger de descarga de gas. El contador Geiger es uno de los dispositivos más importantes para el recuento automático de partículas.

El contador (Fig. 13.1) consta de un tubo de vidrio recubierto por dentro con una capa de metal (cátodo) y un fino hilo metálico que discurre a lo largo del eje del tubo (ánodo). El tubo se llena de gas, normalmente argón. El contador funciona según la ionización de impacto. Una partícula cargada (electrón, partícula -, etc.), que vuela a través de un gas, elimina electrones de los átomos y crea iones positivos y electrones libres. El campo eléctrico entre el ánodo y el cátodo (se les aplica alto voltaje) acelera los electrones a energías en las que comienza la ionización por impacto. Se produce una avalancha de iones y la corriente que pasa por el contador aumenta considerablemente. En este caso, se genera un pulso de voltaje a través de la resistencia de carga R, que se alimenta al dispositivo de registro.

Para que el contador registre la siguiente partícula que lo golpee, es necesario extinguir la descarga de la avalancha. Esto sucede automáticamente. Dado que en el momento en que aparece el pulso de corriente, la caída de voltaje a través de la resistencia de carga R es grande, el voltaje entre el ánodo y el cátodo disminuye drásticamente, hasta el punto de que la descarga se detiene.

El contador Geiger se utiliza principalmente para registrar electrones y cuantos (fotones de alta energía).

Actualmente, se han creado contadores que funcionan según los mismos principios.

Cámara Wilson. Los contadores solo permiten registrar el hecho de que una partícula pasa a través de ellos y registrar algunas de sus características. En una cámara de niebla creada en 1912, una partícula cargada rápidamente deja un rastro que puede observarse directamente o fotografiarse. Este dispositivo se puede llamar una ventana al micromundo, es decir, al mundo de las partículas elementales y los sistemas que las componen.

El principio de funcionamiento de una cámara de niebla se basa en la condensación de vapor sobresaturado sobre iones para formar gotas de agua. Estos iones son creados a lo largo de su trayectoria por una partícula cargada en movimiento.

Una cámara de niebla es un recipiente herméticamente cerrado lleno de vapor de agua o alcohol cercano a la saturación (Fig. 13.2). Cuando el pistón desciende bruscamente, debido a una disminución de la presión debajo de él, el vapor de la cámara se expande adiabáticamente. Como resultado, se produce un enfriamiento y el vapor se sobresatura. Este es un estado inestable del vapor: se condensa fácilmente si aparecen centros de condensación en el recipiente. Centros

La condensación se convierte en iones, que se forman en el espacio de trabajo de la cámara mediante una partícula voladora. Si una partícula ingresa a la cámara inmediatamente después de que el vapor se expande, aparecen gotas de agua en su camino. Estas gotas forman un rastro visible de la partícula voladora: una huella (Fig. 13.3). Luego, la cámara vuelve a su estado original y los iones son eliminados mediante un campo eléctrico. Dependiendo del tamaño de la cámara, el tiempo para restablecer el modo de funcionamiento varía desde varios segundos hasta decenas de minutos.

La información que proporcionan las huellas en una cámara de niebla es mucho más rica que la que pueden proporcionar los contadores. A partir de la longitud de la pista, se puede determinar la energía de la partícula y, a partir del número de gotas por unidad de longitud de la pista, su velocidad. Cuanto más larga sea la trayectoria de la partícula, mayor será su energía. Y cuantas más gotas de agua se forman por unidad de longitud de la pista, menor es su velocidad. Las partículas con mayor carga dejan una huella más gruesa. Los físicos soviéticos P. L. Kapitsa y D. V. Skobeltsyn propusieron colocar una cámara de niebla en un campo magnético uniforme.

Un campo magnético actúa sobre una partícula cargada en movimiento con una determinada fuerza (fuerza de Lorentz). Esta fuerza dobla la trayectoria de la partícula sin cambiar el módulo de su velocidad. Cuanto mayor es la carga de la partícula y menor su masa, mayor es la curvatura de la pista. A partir de la curvatura de la pista, se puede determinar la relación entre la carga de la partícula y su masa. Si se conoce una de estas cantidades, se puede calcular la otra. Por ejemplo, a partir de la carga de una partícula y la curvatura de su trayectoria, se puede encontrar la masa de la partícula.

Cámara de burbujas. En 1952, el científico estadounidense D. Glaser propuso utilizar líquido sobrecalentado para detectar huellas de partículas. En dicho líquido, aparecen burbujas de vapor sobre los iones (centros de vaporización) formados durante el movimiento de una partícula cargada rápidamente, dando una pista visible. Las cámaras de este tipo se denominaban cámaras de burbujas.

En el estado inicial, el líquido en la cámara está bajo alta presión, lo que evita que hierva, a pesar de que la temperatura del líquido es ligeramente superior al punto de ebullición a presión atmosférica. Con una fuerte disminución de la presión, el líquido se sobrecalienta y durante un corto tiempo estará en un estado inestable. Las partículas cargadas que vuelan en este momento provocan la aparición de huellas formadas por burbujas de vapor (Fig. 1.4.4). Y los líquidos utilizados son principalmente hidrógeno líquido y propano. El ciclo de funcionamiento de la cámara de burbujas es corto: aproximadamente 0,1 s.

La ventaja de la cámara de burbujas sobre la cámara Wilson se debe a la mayor densidad de la sustancia de trabajo. Como resultado, los caminos de las partículas resultan ser bastante cortos e incluso partículas de energías altas quedan atrapadas en la cámara. Esto permite observar una serie de transformaciones sucesivas de una partícula y las reacciones que provoca.

Las huellas de las cámaras de niebla y de las cámaras de burbujas son una de las principales fuentes de información sobre el comportamiento y las propiedades de las partículas.

La observación de rastros de partículas elementales produce una fuerte impresión y crea una sensación de contacto directo con el microcosmos.

CONTADOR CERENKOV Detector de carga de grabación. ch-ts, en los que se utiliza la radiación Cherenkov-Vavilov. Cuando se mueva, cargue. Partículas en un medio con una velocidad v superior a la velocidad de fase de la luz c/n en un medio dado (n es el índice de refracción del medio), la partícula emite en una dirección que forma un ángulo q con su trayectoria. El ángulo q está relacionado con la velocidad v y el índice de refracción del medio por la relación: cosq=c/vn=1/bn, b=v/c. (1) Intensidad W de la radiación de Cherenkov por 1 cm de trayectoria de carga. h-tsy en el rango de longitud de onda de l1 a l2 se expresa mediante la relación:

Información relacionada.

El contador Geiger es el principal sensor para medir la radiación. Detecta radiaciones gamma, alfa, beta y rayos X. Tiene la mayor sensibilidad en comparación con otros métodos de detección de radiación, por ejemplo, las cámaras de ionización. Ésta es la razón principal de su uso generalizado. Rara vez se utilizan otros sensores para medir la radiación. Casi todos los dispositivos de monitorización de la radiación se basan en contadores Geiger. Se producen en masa y hay dispositivos de varios niveles: desde dosímetros de grado militar hasta bienes de consumo chinos. Hoy en día adquirir cualquier dispositivo para medir la radiación no es un problema.

Hasta hace poco no existía una distribución generalizada de instrumentos dosimétricos. Entonces, en 1986, durante el accidente de Chernobyl, resultó que la población simplemente no tenía ningún dispositivo de medición de la radiación, lo que, dicho sea de paso, agravó aún más las consecuencias del desastre. Al mismo tiempo, a pesar de la difusión de los círculos de radioaficionados y creatividad técnica, los contadores Geiger no se vendían en las tiendas, por lo que era imposible fabricar dosímetros caseros.

Cómo funcionan los contadores Geiger

Se trata de un dispositivo de vacío eléctrico con un principio de funcionamiento extremadamente sencillo. Un sensor de radiación radiactiva es una cámara de metal o vidrio metalizada llena de un gas inerte descargado. Se coloca un electrodo en el centro de la cámara. Las paredes exteriores de la cámara están conectadas a una fuente de alto voltaje (generalmente 400 voltios). El electrodo interno está conectado al amplificador sensible. La radiación ionizante (radiación) es una corriente de partículas. Literalmente transfieren electrones desde el cátodo de alto voltaje a los filamentos del ánodo. Simplemente se le induce una tensión que ya se puede medir conectándola a un amplificador.

La alta sensibilidad del contador Geiger se debe al efecto avalancha. La energía que detecta el amplificador en la salida no es la energía de la fuente de radiación ionizante. Esta es la energía de la fuente de alimentación de alto voltaje del propio dosímetro. La partícula penetrante solo transfiere un electrón (una carga de energía que se convierte en corriente que detecta el medidor). Entre los electrodos se introduce una mezcla de gases compuesta por gases nobles: argón, neón. Está diseñado para extinguir descargas de alto voltaje. Si se produce tal descarga, será un funcionamiento incorrecto del contador. El circuito de medición posterior ignora dichas emisiones. Además, también debe protegerse de ellos la fuente de alimentación de alto voltaje.

El circuito de alimentación de un contador Geiger proporciona una corriente de salida de varios microamperios a un voltaje de salida de 400 voltios. El valor exacto de la tensión de alimentación se establece para cada marca de contador según sus especificaciones técnicas.

Capacidades del contador Geiger, sensibilidad, radiación registrada.

Con un contador Geiger se pueden detectar y medir las radiaciones gamma y beta con gran precisión. Desafortunadamente, el tipo de radiación no se puede reconocer directamente. Esto se hace indirectamente instalando barreras entre el sensor y el objeto o terreno que se está examinando. Los rayos gamma son muy transparentes y su fondo no cambia. Si el dosímetro ha detectado radiación beta, la instalación de una barrera separadora, incluso una fina lámina de metal, bloqueará casi por completo el flujo de partículas beta.

Los conjuntos de dosímetros personales DP-22 y DP-24, que eran comunes en el pasado, no utilizaban contadores Geiger. En su lugar, se utilizó un sensor de cámara de ionización, por lo que la sensibilidad era muy baja. Los instrumentos dosimétricos modernos que utilizan contadores Geiger son miles de veces más sensibles. Se pueden utilizar para registrar cambios naturales en la radiación solar de fondo.

Una característica notable del contador Geiger es su sensibilidad, decenas y cientos de veces mayor que el nivel requerido. Si enciende el contador en una cámara de plomo completamente protegida, mostrará un enorme fondo de radiación natural. Estas lecturas no son un defecto de diseño del medidor en sí, que ha sido verificado mediante numerosas pruebas de laboratorio. Estos datos son consecuencia del fondo de radiación natural en el espacio. El experimento sólo muestra cuán sensible es el contador Geiger.

Especialmente para medir este parámetro, las especificaciones técnicas indican el valor de “sensibilidad del contador de microsegundos imp” (pulsos por microsegundo). Cuantos más impulsos haya, mayor será la sensibilidad.

Medición de radiación con contador Geiger, circuito dosimétrico.

El circuito dosímetro se puede dividir en dos módulos funcionales: una fuente de alimentación de alto voltaje y un circuito de medición. Fuente de alimentación de alto voltaje - circuito analógico. El módulo de medición de los dosímetros digitales es siempre digital. Este es un contador de pulso que muestra el valor correspondiente en forma de números en la escala del instrumento. Para medir la dosis de radiación es necesario contar los pulsos por minuto, 10, 15 segundos u otros valores. El microcontrolador convierte el número de pulsos en un valor específico en la escala dosimétrica en unidades de radiación estándar. Éstos son los más comunes:

• Radiografía (generalmente se utilizan micro-rayos X);
• Sievert (microsievert - mSv);
• gris me alegro
• Densidad de flujo en microvatios/m2.

El sievert es la unidad de medida más popular para la radiación. Todas las normas están relacionadas con él; no se requieren nuevos cálculos. El rem es una unidad para determinar el efecto de la radiación sobre objetos biológicos.

Comparación de un contador Geiger de descarga de gas con un sensor de radiación semiconductor

El contador Geiger es un dispositivo de descarga de gas y la tendencia moderna en microelectrónica es deshacerse de ellos en todas partes. Se han desarrollado decenas de versiones de sensores de radiación semiconductores. El nivel de radiación ambiental que registran es significativamente mayor que el de los contadores Geiger. La sensibilidad de un sensor semiconductor es peor, pero tiene otra ventaja: la eficiencia. Los semiconductores no requieren energía de alto voltaje. Son muy adecuados para dosímetros portátiles que funcionan con baterías. Otra ventaja es el registro de partículas alfa. El volumen de gas del medidor es significativamente mayor que el del sensor semiconductor, pero sus dimensiones siguen siendo aceptables incluso para equipos portátiles.

Medición de radiación alfa, beta y gamma.

La radiación gamma es la más fácil de medir. Se trata de radiación electromagnética, que es una corriente de fotones (la luz también es una corriente de fotones). A diferencia de la luz, tiene una frecuencia mucho mayor y una longitud de onda muy corta. Esto le permite penetrar a través de los átomos. En la defensa civil, la radiación gamma es una radiación penetrante. Penetra a través de las paredes de casas, automóviles, estructuras diversas y es retenido únicamente por una capa de tierra u hormigón de varios metros. El registro de cuantos gamma se realiza calibrando el dosímetro según la radiación gamma natural del sol. No se requieren fuentes de radiación. Es un asunto completamente diferente con la radiación beta y alfa.

Si la radiación ionizante α (radiación alfa) proviene de objetos externos, entonces es casi inofensiva y representa una corriente de núcleos de átomos de helio. El alcance y la permeabilidad de estas partículas es pequeño (unos pocos micrómetros (milímetros como máximo)) dependiendo de la permeabilidad del medio. Debido a esta característica, casi no es registrado por un contador Geiger. Al mismo tiempo, es importante registrar la radiación alfa, ya que estas partículas son extremadamente peligrosas cuando penetran en el cuerpo con aire, alimentos o agua. Los contadores Geiger se utilizan de forma limitada para su detección. Los sensores semiconductores especiales son más comunes.

La radiación beta se detecta perfectamente con un contador Geiger porque una partícula beta es un electrón. Puede volar cientos de metros en la atmósfera, pero las superficies metálicas lo absorben bien. En este sentido, el contador Geiger debe tener una ventana de mica. La cámara de metal está fabricada con un espesor de pared pequeño. La composición del gas interno se selecciona de tal manera que garantice una pequeña caída de presión. El detector de radiación beta se coloca en la sonda remota. Estos dosímetros no son muy comunes en la vida cotidiana. Se trata principalmente de productos militares.

Dosímetro personal con contador Geiger

Esta clase de dispositivos es muy sensible, a diferencia de los modelos obsoletos con cámaras de ionización. Muchos fabricantes nacionales ofrecen modelos confiables: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Todos estos son dispositivos independientes con datos que se muestran en la pantalla en unidades de medida estándar. Hay un modo para mostrar la dosis de radiación acumulada y el nivel de fondo instantáneo.

Una dirección prometedora es un dosímetro doméstico conectado a un teléfono inteligente. Estos dispositivos son producidos por fabricantes extranjeros. Tienen ricas capacidades técnicas; tienen la función de almacenar lecturas, calcular, recalcular y sumar la radiación durante días, semanas y meses. Hasta ahora, debido a los bajos volúmenes de producción, el coste de estos dispositivos es bastante elevado.

Dosímetros caseros, ¿por qué son necesarios?

El contador Geiger es un elemento específico del dosímetro, completamente inaccesible para la fabricación propia. Además, se encuentra únicamente en dosímetros o se vende por separado en las tiendas de radio. Si este sensor está disponible, todos los demás componentes del dosímetro se pueden ensamblar independientemente de partes de diversos productos electrónicos de consumo: televisores, placas base, etc. Actualmente se ofrecen alrededor de una docena de diseños en foros y sitios de radioaficionados. Vale la pena recopilarlos, ya que son las opciones más probadas, que tienen instrucciones detalladas para la instalación y puesta en servicio.

El circuito de conmutación del contador Geiger siempre implica la presencia de una fuente de alto voltaje. El voltaje de funcionamiento típico del medidor es de 400 voltios. Se obtiene mediante un circuito generador de bloqueo, y este es el elemento más complejo del circuito dosímetro. La salida del contador se puede conectar a un amplificador de baja frecuencia y contar los clics en el altavoz. Dicho dosímetro se ensambla en casos de emergencia, cuando prácticamente no hay tiempo para la producción. En teoría, la salida de un contador Geiger se puede conectar a la entrada de audio de un equipo doméstico, como un ordenador.

Los dosímetros caseros, adecuados para mediciones precisas, están todos ensamblados en microcontroladores. Aquí no se necesitan habilidades de programación, ya que el programa está escrito y listo para usar de forma gratuita. Las dificultades aquí son típicas de la producción electrónica doméstica: obtener una placa de circuito impreso, soldar componentes de radio, fabricar una carcasa. Todo esto se soluciona en un pequeño taller. Los dosímetros caseros de los contadores Geiger se fabrican en los casos en que:

• no es posible comprar un dosímetro ya preparado;
• necesitas un dispositivo con características especiales;
• Es necesario estudiar el proceso de construcción y montaje de un dosímetro.

Un dosímetro casero se calibra con respecto al fondo natural utilizando otro dosímetro. Esto completa el proceso de construcción.

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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. Es interesante que el fenómeno de la radiación se haya notado varios años antes, pero no se le dio ninguna importancia, aunque Nikola Tesla y otros trabajadores del laboratorio de 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. Quienes 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 tener conocimientos sobre las radiaciones ionizantes 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 poder de penetración 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, deben hacerse 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 detectar 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-Müller de partículas beta están fabricados con ventanas finas 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 medidor 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.

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 posteriores:

ruso	Inglés
contador Geiger	sensor Geiger
tubo Geiger	tubo Geiger
radiómetro	contador Geiger
dosímetro	dosímetro

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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