Geigerov brojač: varijacije uređaja i domaćinstva. Metode posmatranja i registracije elementarnih čestica

Geiger-Muller brojač

D Za određivanje nivoa zračenja koristi se poseban uređaj -. A za takve uređaje za domaćinstvo i većinu profesionalnih uređaja za dozimetrijsku kontrolu koristi se kao osjetljivi element Geigerov brojač . Ovaj dio radiometra vam omogućava da precizno odredite nivo zračenja.

Istorija Geigerovog brojača

AT prvo, uređaj za određivanje intenziteta raspada radioaktivnih materijala rođen je 1908. godine, izumio ga je Nijemac fizičar Hans Geiger . Dvadeset godina kasnije, zajedno sa još jednim fizičarem Walter Müller uređaj je poboljšan, te je u čast ova dva naučnika dobio ime.

AT U periodu razvoja i formiranja nuklearne fizike u bivšem Sovjetskom Savezu stvoreni su i odgovarajući uređaji koji su se široko koristili u oružanim snagama, u nuklearnim elektranama i u posebnim grupama za praćenje zračenja civilne odbrane. Od sedamdesetih godina prošlog veka takvi dozimetri su uključivali brojač zasnovan na Geigerovim principima, tj. SBM-20 . Ovaj brojač, baš kao još jedan od njegovih analoga STS-5 , se široko koristi do danas, a također je dio savremena sredstva za dozimetrijsku kontrolu .

Fig.1. Brojač gasnih pražnjenja STS-5.

Fig.2. Brojač gasnih pražnjenja SBM-20.

Princip rada Geiger-Muller brojača

I Ideja registracije radioaktivnih čestica koju je predložio Geiger relativno je jednostavna. Zasnovan je na principu pojave električnih impulsa u mediju inertnog plina pod djelovanjem visoko nabijene radioaktivne čestice ili kvanta elektromagnetnih oscilacija. Da bismo se detaljnije zadržali na mehanizmu djelovanja brojača, zadržimo se malo na njegovom dizajnu i procesima koji se u njemu odvijaju, kada radioaktivna čestica prođe kroz osjetljivi element uređaja.

R Registracijski uređaj je zatvoreni cilindar ili posuda koja je napunjena inertnim plinom, može biti neon, argon itd. Takav kontejner može biti napravljen od metala ili stakla, a plin u njemu je pod niskim pritiskom, to je učinjeno namjerno kako bi se pojednostavio proces detekcije nabijene čestice. Unutar posude nalaze se dvije elektrode (katoda i anoda) na koje se preko posebnog otpornika opterećenja dovodi visoki jednosmjerni napon.

Fig.3. Uređaj i sklop za uključivanje Geigerovog brojača.

P Kada se mjerač aktivira u mediju inertnog plina, ne dolazi do pražnjenja na elektrodama zbog velikog otpora medija, ali se situacija mijenja ako radioaktivna čestica ili kvant elektromagnetskih oscilacija uđu u komoru osjetljivog elementa uređaja. . U ovom slučaju, čestica sa dovoljno visokim energetskim nabojem izbacuje određeni broj elektrona iz najbližeg okruženja, tj. iz tjelesnih elemenata ili samih fizičkih elektroda. Takvi elektroni, nalazeći se u okruženju inertnog plina, pod djelovanjem visokog napona između katode i anode, počinju se kretati prema anodi, ionizirajući usput molekule ovog plina. Kao rezultat, oni izbacuju sekundarne elektrone iz molekula plina, a ovaj proces raste u geometrijskoj skali sve dok ne dođe do sloma između elektroda. U stanju pražnjenja, krug se zatvara na vrlo kratko vrijeme, a to uzrokuje strujni skok u otporniku opterećenja, a upravo taj skok vam omogućava da registrirate prolazak čestice ili kvanta kroz komoru za registraciju.

T Ovaj mehanizam omogućava registraciju jedne čestice, međutim, u okruženju u kojem je jonizujuće zračenje dovoljno intenzivno, potreban je brz povratak komore za registraciju u prvobitni položaj kako bi se moglo odrediti nova radioaktivna čestica . To se postiže na dva različita načina. Prvi od njih je zaustavljanje dovoda napona na elektrode na kratko vrijeme, u kom slučaju ionizacija inertnog plina naglo prestaje, a novo uključivanje ispitne komore omogućava vam da započnete snimanje od samog početka. Ova vrsta brojača se zove nesamogasivi dozimetri . Druga vrsta uređaja, odnosno samogasivi dozimetri, princip njihovog rada je dodavanje posebnih aditiva na bazi različitih elemenata u okolinu inertnog plina, na primjer, brom, jod, klor ili alkohol. U tom slučaju, njihovo prisustvo automatski dovodi do prestanka pražnjenja. S takvom strukturom ispitne komore, otpori ponekad od nekoliko desetina megaoma koriste se kao otpornik opterećenja. Ovo omogućava da se tokom pražnjenja naglo smanji razlika potencijala na krajevima katode i anode, čime se zaustavlja provodni proces i komora se vraća u prvobitno stanje. Treba napomenuti da napon na elektrodama manji od 300 volti automatski prestaje održavati pražnjenje.

Cijeli opisani mehanizam omogućava registraciju ogromnog broja radioaktivnih čestica u kratkom vremenskom periodu.

Vrste radioaktivnog zračenja

H da razume šta je registrovano Geiger-Muller brojači , vrijedi se zadržati na tome koje vrste postoje. Vrijedi odmah napomenuti da brojači plinskog pražnjenja, koji su dio većine modernih dozimetara, mogu samo registrirati broj radioaktivnih nabijenih čestica ili kvanta, ali ne mogu odrediti ni njihove energetske karakteristike ni vrstu zračenja. Da bi se to postiglo, dozimetri su napravljeni višenamjenskim i ciljanim, a kako bi ih ispravno uporedili, potrebno je preciznije razumjeti njihove mogućnosti.

P prema modernim idejama nuklearne fizike, zračenje se može podijeliti na dvije vrste, prva po obliku elektromagnetno polje , drugi u formi protok čestica (korpuskularno zračenje). Prvi tip može biti fluks gama čestica ili x-zrake . Njihova glavna karakteristika je sposobnost širenja u obliku vala na vrlo velike udaljenosti, dok lako prolaze kroz različite objekte i mogu lako prodrijeti u širok spektar materijala. Na primjer, ako osoba treba da se sakrije od protoka gama zraka zbog nuklearne eksplozije, onda se skrivajući u podrumu kuće ili skloništa za bombe, podložna relativnoj nepropusnosti, može zaštititi od ove vrste zračenja samo tako što 50 posto.

Fig.4. Kvanti rendgenskog i gama zračenja.

T koja vrsta zračenja je pulsne prirode i karakteriše se širenjem u okolini u obliku fotona ili kvanta, tj. kratkim naletima elektromagnetnog zračenja. Takvo zračenje može imati različite energetske i frekvencijske karakteristike, na primjer, rendgenski zraci imaju hiljadu puta nižu frekvenciju od gama zraka. Dakle gama zraci su mnogo opasniji za ljudski organizam i njihov uticaj je mnogo razorniji.

I Zračenje zasnovano na korpuskularnom principu su alfa i beta čestice (korpuskule). Oni nastaju kao rezultat nuklearne reakcije, u kojoj se neki radioaktivni izotopi pretvaraju u druge uz oslobađanje ogromne količine energije. U ovom slučaju beta čestice su tok elektrona, a alfa čestice su mnogo veće i stabilnije formacije, koje se sastoje od dva neutrona i dva protona vezana jedan za drugog. U stvari, jezgro atoma helijuma ima takvu strukturu, pa se može tvrditi da je tok alfa čestica tok jezgara helijuma.

Usvojena je sljedeća klasifikacija , alfa čestice imaju najmanju prodornu sposobnost da se zaštite od njih, čovjeku je dovoljan debeli karton, beta čestice imaju veću prodornu sposobnost, tako da se čovjek može zaštititi od struje takvog zračenja, trebat će mu metalna zaštita a debljine nekoliko milimetara (na primjer, aluminijski lim). Praktično ne postoji zaštita od gama kvanta, a oni se šire na značajne udaljenosti, bledeći kako se udaljavaju od epicentra ili izvora, i poštujući zakone širenja elektromagnetnih talasa.

Sl.5. Radioaktivne čestice alfa i beta tipa.

To Količine energije koje posjeduju sve ove tri vrste zračenja su također različite, a fluks alfa čestica ima najveći od njih. Na primjer, energija koju posjeduju alfa čestice je sedam hiljada puta veća od energije beta čestica , tj. Probojna moć različitih vrsta zračenja obrnuto je proporcionalna njihovoj moći prodiranja.

D Za ljudsko tijelo se smatra najopasnijim tipom radioaktivnog zračenja gama quanta , zbog velike prodorne moći, a zatim i silazne, beta čestice i alfa čestice. Stoga je prilično teško odrediti alfa čestice, ako se to ne može reći konvencionalnim brojačem. Geiger - Muller, jer im je gotovo svaki predmet prepreka, a da ne govorimo o staklenoj ili metalnoj posudi. Moguće je odrediti beta čestice pomoću takvog brojača, ali samo ako je njihova energija dovoljna da prođe kroz materijal kontejnera brojača.

Za beta čestice niske energije, konvencionalni Geiger-Muller brojač je neefikasan.

O U sličnoj situaciji sa gama zračenjem postoji mogućnost da prođu kroz posudu bez pokretanja reakcije jonizacije. Da biste to učinili, u brojila je ugrađen poseban ekran (od gustog čelika ili olova), koji vam omogućava da smanjite energiju gama zraka i tako aktivirate pražnjenje u kontrakomori.

Osnovne karakteristike i razlike Geiger-Muller brojača

With Također je vrijedno istaknuti neke od osnovnih karakteristika i razlika različitih dozimetara opremljenih Geiger-Muller brojači gasnog pražnjenja. Da biste to učinili, trebali biste uporediti neke od njih.

Najčešći Geiger-Muller brojači su opremljeni cilindrični ili krajnji senzori. Cilindrični su slični duguljastim cilindrima u obliku cijevi malog radijusa. Krajnja jonizaciona komora ima okrugli ili pravougaoni oblik male veličine, ali sa značajnom završnom radnom površinom. Ponekad postoje varijante krajnjih komora s izduženom cilindričnom cijevi s malim ulaznim prozorom na krajnjoj strani. Različite konfiguracije brojača, odnosno same kamere, mogu registrovati različite vrste zračenja, ili njihove kombinacije (na primjer, kombinacije gama i beta zraka, ili cijeli spektar alfa, beta i gama zraka). To postaje moguće zahvaljujući posebno dizajniranom dizajnu kućišta brojila, kao i materijala od kojeg je napravljeno.

E Još jedna važna komponenta za namjensku upotrebu brojila je područje ulaznog osjetljivog elementa i radno područje . Drugim riječima, to je sektor kroz koji će ulaziti i registrovati radioaktivne čestice koje nas zanimaju. Što je ovo područje veće, brojač će moći više da uhvati čestice, a njegova osjetljivost na zračenje će biti jača. Podaci o pasošu k označavaju površinu radne površine, u pravilu, u kvadratnim centimetrima.

E Još jedan važan pokazatelj, koji je naznačen u karakteristikama dozimetra, je nivo buke (mjereno u impulsima u sekundi). Drugim riječima, ovaj indikator se može nazvati intrinzičnom pozadinskom vrijednošću. Može se utvrditi u laboratoriji, za to se uređaj postavlja u dobro zaštićenu prostoriju ili komoru, obično sa debelim olovnim zidovima, i snima se nivo zračenja koje emituje sam uređaj. Jasno je da ako je takav nivo dovoljno značajan, onda će ovi inducirani šumovi direktno uticati na greške mjerenja.

Svaki profesionalac i zračenje ima takvu karakteristiku kao što je osjetljivost na zračenje, također mjerena u impulsima u sekundi (imp/s), ili u impulsima po mikrorentgenu (imp/µR). Takav parametar, odnosno njegova upotreba, direktno ovisi o izvoru jonizujućeg zračenja, na koji je brojač podešen i na kojem će se vršiti daljnja mjerenja. Često se podešavanje vrši pomoću izvora, uključujući radioaktivne materijale kao što su radijum - 226, kobalt - 60, cezijum - 137, ugljenik - 14 i drugi.

E Još jedan pokazatelj po kojem vrijedi upoređivati ​​dozimetre je efikasnost detekcije jonskog zračenja ili radioaktivne čestice. Postojanje ovog kriterijuma je zbog činjenice da neće biti registrovane sve radioaktivne čestice koje prolaze kroz osetljivi element dozimetra. To se može dogoditi u slučaju kada kvant gama zračenja nije izazvao ionizaciju u kontrakomori, ili je broj čestica koje su prošle i izazvale ionizaciju i pražnjenje toliko velik da ih uređaj ne broji na odgovarajući način i iz nekih drugih razloga. Za precizno određivanje ove karakteristike određenog dozimetra, testira se korištenjem nekih radioaktivnih izvora, na primjer, plutonijum-239 (za alfa čestice), ili talij - 204, stroncij - 90, itrij - 90 (beta emiter), kao i ostali radioaktivni materijali.

With Sljedeći kriterij koji treba uzeti u obzir je registrovani energetski raspon . Svaka radioaktivna čestica ili kvant zračenja ima drugačiju energetsku karakteristiku. Stoga su dozimetri dizajnirani da mjere ne samo određenu vrstu zračenja, već i njihove odgovarajuće energetske karakteristike. Takav indikator se mjeri u megaelektronvoltima ili kiloelektronvoltima (MeV, KeV). Na primjer, ako beta čestice nemaju dovoljno energije, tada neće moći da nokautiraju elektron u kontra komori, pa stoga neće biti registrirane, ili će samo alfa čestice visoke energije moći probiti materijala tijela Geiger-Mullerovog brojača i nokautirati elektron.

I Na temelju navedenog, moderni proizvođači dozimetara zračenja proizvode širok spektar uređaja za različite namjene i specifične industrije. Stoga je vrijedno razmotriti specifične vrste Geigerovih brojača.

Različite varijante Geiger-Muller brojača

P Prva verzija dozimetara su uređaji dizajnirani da registruju i detektuju gama fotone i visokofrekventno (tvrdo) beta zračenje. Gotovo svi ranije proizvedeni i moderni, kako za domaćinstvo, na primjer, tako i profesionalni dozimetri zračenja, na primjer, dizajnirani su za ovaj mjerni opseg. Takvo zračenje ima dovoljnu energiju i veliku prodornu moć da ih kamera Geigerovog brojača može registrirati. Takve čestice i fotoni lako prodiru kroz zidove brojača i izazivaju proces jonizacije, a to se lako bilježi odgovarajućim elektronskim punjenjem dozimetra.

D Za registraciju ove vrste zračenja koriste se popularni brojači kao npr SBM-20 , koji ima senzor u obliku cilindrične cijevi-cilindra sa koaksijalno ožičenom katodom i anodom. Štaviše, zidovi senzorske cijevi služe istovremeno kao katoda i kućište, a izrađeni su od nehrđajućeg čelika. Ovaj brojač ima sledeće karakteristike:

• površina radnog područja osjetljivog elementa je 8 kvadratnih centimetara;
• osjetljivost zračenja na gama zračenje reda veličine 280 impulsa / s, odnosno 70 impulsa / μR (testiranje je izvršeno za cezijum - 137 pri 4 μR / s);
• intrinzična pozadina dozimetra je oko 1 imp/s;
• Senzor je dizajniran da detektuje gama zračenje sa energijom u rasponu od 0,05 MeV do 3 MeV, i beta čestice sa energijom od 0,3 MeV duž donje granice.

Fig.6. Geigerov brojač SBM-20.

At Bilo je raznih modifikacija ovog brojača, npr. SBM-20-1 ili SBM-20U , koji imaju slične karakteristike, ali se razlikuju po osnovnom dizajnu kontaktnih elemenata i mjernog kruga. Druge modifikacije ovog Geiger-Muller brojača, a to su SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, takođe imaju slične parametre, mnogi od njih se nalaze u kućnim dozimetrima zračenja koji se danas mogu naći u prodavnicama. .

With Sljedeća grupa dozimetara zračenja je dizajnirana za registraciju gama fotona i rendgenskih zraka . Ako govorimo o tačnosti takvih uređaja, onda treba shvatiti da su fotonsko i gama zračenje kvanti elektromagnetskog zračenja koji se kreću brzinom svjetlosti (oko 300.000 km / s), pa je registracija takvog objekta prilično težak zadatak.

Efikasnost takvih Geigerovih brojača je oko jedan posto.

H Da bi se to povećalo, potrebno je povećanje površine katode. Zapravo, gama kvanti se snimaju indirektno, zahvaljujući elektronima koje oni izbacuju, a koji potom sudjeluju u ionizaciji inertnog plina. Kako bi se ovaj fenomen što efikasnije promovirao, posebno su odabrani materijal i debljina stijenke kontra komore, kao i dimenzije, debljina i materijal katode. Ovdje velika debljina i gustina materijala može smanjiti osjetljivost komore za registraciju, a premala će omogućiti da visokofrekventno beta zračenje lako uđe u kameru, a također će povećati količinu zračenja prirodnu za uređaj, što će ugušiti tačnost detekcije gama kvanta. Naravno, točne proporcije odabiru proizvođači. Zapravo, na ovom principu se proizvode dozimetri Geiger-Muller brojači za direktno određivanje gama zračenja na tlu, dok takav uređaj isključuje mogućnost određivanja bilo koje druge vrste zračenja i radioaktivnog utjecaja, što vam omogućava da precizno odredite kontaminaciju zračenjem i nivo negativnog utjecaja na osobu samo gama zračenjem .

AT Domaći dozimetri koji su opremljeni cilindričnim senzorima ugrađuju se sljedeći tipovi: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 i mnogi drugi. Štaviše, kod nekih tipova je na ulaznom, krajnjem, osetljivom prozoru ugrađen poseban filter koji posebno služi za odsecanje alfa i beta čestica, a dodatno povećava katodnu površinu, za efikasnije određivanje gama kvanta. Ovi senzori uključuju Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M i druge.

H Da bismo jasnije razumjeli princip njihovog djelovanja, vrijedi detaljnije razmotriti jedan od ovih brojača. Na primjer, krajnji brojač sa senzorom Beta - 2M , koji ima zaobljen oblik radnog prozora, koji je oko 14 kvadratnih centimetara. U ovom slučaju, osjetljivost zračenja na kobalt - 60 je oko 240 impulsa / μR. Ovaj tip mjerača ima vrlo niske performanse vlastite buke. , što nije više od 1 pulsa u sekundi. To je moguće zahvaljujući olovnoj komori debelih zidova, koja je zauzvrat dizajnirana da detektuje fotonsko zračenje s energijama u rasponu od 0,05 MeV do 3 MeV.

Fig.7. Kraj gama brojač Beta-2M.

Za određivanje gama zračenja sasvim je moguće koristiti brojače za gama-beta impulse, koji su dizajnirani da detektuju tvrde (visokofrekventne i visokoenergetske) beta čestice i gama kvante. Na primjer, SBM model je 20. Ako želite da isključite registraciju beta čestica u ovom modelu dozimetra, dovoljno je ugraditi olovni ekran, ili štit od bilo kojeg drugog metalnog materijala (efikasniji je olovni ekran). ). Ovo je najčešći način koji većina dizajnera koristi kada kreira brojače za gama i x-zrake.

Registracija "mekog" beta zračenja.

To Kao što smo ranije spomenuli, registracija mekog beta zračenja (zračenje sa niskim energetskim karakteristikama i relativno niskom frekvencijom) je prilično težak zadatak. Za to je potrebno obezbijediti mogućnost njihovog lakšeg prodora u registarsku komoru. U te svrhe izrađuje se poseban tanak radni prozor, najčešće od liskuna ili polimernog filma, koji praktično ne stvara prepreke za prodor ove vrste beta zračenja u jonizacijsku komoru. U ovom slučaju, samo tijelo senzora može djelovati kao katoda, a anoda je sistem linearnih elektroda, koje su ravnomjerno raspoređene i postavljene na izolatore. Prozor za registraciju je napravljen u krajnjoj verziji iu ovom slučaju se na putu beta čestica pojavljuje samo tanak film liskuna. U dozimetrima sa ovakvim brojačima gama zračenje se registruje kao aplikacija i, zapravo, kao dodatna funkcija. A ako se želite riješiti registracije gama kvanta, tada morate minimizirati površinu katode.

Fig.8. Geigerov brojač.

With Treba napomenuti da su brojači za određivanje mekih beta čestica stvoreni dosta davno i uspješno su korišćeni u drugoj polovini prošlog stoljeća. Među njima su najčešće bili senzori ovog tipa SBT10 i SI8B , koji je imao tankozidne radne prozore od liskuna. Modernija verzija takvog uređaja Beta 5 ima radnu površinu prozora od oko 37 sq/cm, pravougaonog oblika od materijala liskuna. Za takve dimenzije senzorskog elementa, uređaj je u stanju da registruje oko 500 impulsa/μR, ako se meri kobaltom - 60. Istovremeno, efikasnost detekcije čestica je i do 80 odsto. Ostali pokazatelji ovog uređaja su sledeći: sopstveni šum je 2,2 impulsa/s, opseg detekcije energije je od 0,05 do 3 MeV, dok je donji prag za određivanje mekog beta zračenja 0,1 MeV.

Fig.9. Kraj beta-gama brojača Beta-5.

I Naravno, vredi pomenuti Geiger-Muller brojači sposoban da detektuje alfa čestice. Ako se registracija mekog beta zračenja čini prilično teškim zadatkom, onda je još teže otkriti alfa česticu, čak i uz visoke energetske indikatore. Takav problem se može riješiti samo odgovarajućim smanjenjem debljine radnog prozora na debljinu koja će biti dovoljna za prolazak alfa čestice u registracionu komoru senzora, kao i skoro potpunom aproksimacijom ulaznog prozor do izvora zračenja alfa čestica. Ova udaljenost treba biti 1 mm. Jasno je da će takav uređaj automatski registrovati sve druge vrste zračenja, i, osim toga, s dovoljno visokom efikasnošću. Ovo ima i pozitivne i negativne strane:

Pozitivno - takav uređaj se može koristiti za najširi spektar analiza radioaktivnog zračenja

negativan – zbog povećane osjetljivosti pojavit će se značajna količina šuma, što će otežati analizu primljenih registracijskih podataka.

To Osim toga, iako je radni prozor liskuna pretanak, to povećava mogućnosti brojača, ali nauštrb mehaničke čvrstoće i nepropusnosti jonizacijske komore, pogotovo jer sam prozor ima prilično veliku radnu površinu. Poređenja radi, kod brojača SBT10 i SI8B, koje smo već spomenuli, sa radnom površinom prozora od oko 30 sq/cm, debljina sloja liskuna je 13–17 µm, i sa potrebnom debljinom za registraciju alfa čestica od 4–5 µm, ulazni prozor može biti samo ne veći od 0,2 sq/cm, govorimo o SBT9 brojaču.

O Međutim, velika debljina radnog prozora registracije može se kompenzirati blizinom radioaktivnog objekta, i obrnuto, s relativno malom debljinom prozora liskuna, postaje moguće registrirati alfa česticu na većoj udaljenosti od 1 - 2 mm. Vrijedi navesti primjer, sa debljinom prozora do 15 mikrona, pristup izvoru alfa zračenja trebao bi biti manji od 2 mm, dok se pod izvorom alfa čestica podrazumijeva emiter plutonijum-239 sa zračenjem. energija od 5 MeV. Nastavimo, uz debljinu ulaznog prozora do 10 µm moguće je registrovati alfa čestice već na udaljenosti do 13 mm, ako se napravi prozor od liskuna debljine do 5 µm, tada će se snimati alfa zračenje na udaljenosti od 24 mm itd. Drugi važan parametar koji direktno utiče na sposobnost detekcije alfa čestica je njihov energetski indeks. Ako je energija alfa čestice veća od 5 MeV, tada će se rastojanje njene registracije za debljinu radnog prozora bilo koje vrste u skladu s tim povećati, a ako je energija manja, tada se udaljenost mora smanjiti, do potpuna nemogućnost registrovanja mekog alfa zračenja.

E Još jedna važna točka koja omogućava povećanje osjetljivosti alfa brojača je smanjenje sposobnosti registracije gama zračenja. Da biste to učinili, dovoljno je minimizirati geometrijske dimenzije katode, a gama fotoni će proći kroz komoru za registraciju bez izazivanja ionizacije. Takva mjera omogućava smanjenje utjecaja gama zraka na ionizaciju za hiljade, pa čak i desetine hiljada puta. Više nije moguće eliminirati učinak beta zračenja na komoru za registraciju, ali postoji prilično jednostavan izlaz iz ove situacije. Prvo se snimaju alfa i beta zračenje ukupnog tipa, zatim se postavlja filter od debelog papira i vrši se drugo merenje koje će registrovati samo beta čestice. Vrijednost alfa zračenja u ovom slučaju se izračunava kao razlika između ukupnog zračenja i posebnog indikatora izračunavanja beta zračenja.

Na primjer , vrijedi predložiti karakteristike modernog brojača Beta-1, koji vam omogućava da registrujete alfa, beta, gama zračenje. Evo metrike:

• površina radne zone osjetljivog elementa je 7 sq/cm;
• debljina sloja liskuna je 12 mikrona, (efikasna daljina detekcije alfa čestica za plutonijum je 239, oko 9 mm, za kobalt - 60, osetljivost na zračenje je oko 144 impulsa / mikroR);
• efikasnost merenja zračenja za alfa čestice - 20% (za plutonijum - 239), beta čestice - 45% (za talijum -204), i gama kvante - 60% (za sastav stroncijuma - 90, itrijuma - 90);
• vlastita pozadina dozimetra je oko 0,6 imp/s;
• Senzor je dizajniran da detektuje gama zračenje sa energijom u rasponu od 0,05 MeV do 3 MeV, i beta čestice sa energijom većom od 0,1 MeV duž donje granice, i alfa čestice sa energijom od 5 MeV ili više.

Fig.10. Kraj alfa-beta-gama brojača Beta-1.

To Naravno, još uvijek postoji prilično širok raspon brojača koji su dizajnirani za užu i profesionalniju upotrebu. Takvi uređaji imaju niz dodatnih postavki i opcija (električni, mehanički, radiometrijski, klimatski, itd.), koji uključuju mnoge posebne termine i opcije. Međutim, nećemo se fokusirati na njih. Zaista, da bismo razumjeli osnovne principe djelovanja Geiger-Muller brojači , gore opisani modeli su dovoljni.

AT Također je važno napomenuti da postoje posebne podklase Geigerovi brojači , koji su posebno dizajnirani za detekciju raznih vrsta drugih zračenja. Na primjer, za određivanje količine ultraljubičastog zračenja, za detekciju i određivanje sporih neutrona koji rade na principu koronskog pražnjenja i druge opcije koje nisu direktno vezane za ovu temu neće se razmatrati.

1.4 Geiger-Muller brojač

AT proporcionalni brojač, gasno pražnjenje se razvija samo u delu zapremine gasa. Prvo se u njemu formira primarna jonizacija, a zatim lavina elektrona. Ostatak zapremine nije pokriven gasnim pražnjenjem. Kako napon raste, kritično područje se širi. Povećava koncentraciju pobuđenih molekula, a time i broj emitovanih fotona. Pod uticajem fotona sa katode i molekuli gasa izlaze

sve više fotoelektrona. Potonji, zauzvrat, dovode do novih lavina elektrona u volumenu brojača, koji nisu zauzeti plinskim pražnjenjem iz primarne ionizacije. Dakle, povećanje napona U dovodi do širenja gasnog pražnjenja po zapremini brojača. Na nekom naponu U p . Zove se prag, gasno pražnjenje pokriva čitav volumen brojača. Na naponu U p počinje Geiger-Muller regija.

Geigerov brojač (ili Geiger-Muller brojač) je plinom punjen brojač nabijenih elementarnih čestica, čiji se električni signal pojačava zbog sekundarne jonizacije zapremine gasa brojača i ne zavisi od energije koju ostavlja čestica u ovoj zapremini. Izmislili su 1908. H. Geiger i E. Rutherford, a kasnije su ga poboljšali Geiger i W. Muller. Counters Geiger-Muller - najčešći detektori (senzori) jonizujućeg zračenja.

Geiger - Muller brojač - uređaj sa gasnim pražnjenjem za detekciju i proučavanje različitih vrsta radioaktivnog i drugog jonizujućeg zračenja: α- i β-čestica, γ-kvanta, kvanta svetlosti i rendgenskih zraka, visokoenergetskih čestica u kosmičkim zracima i na akceleratorima. Gama kvante registruje Geiger-Muller brojač pomoću sekundarnih jonizujućih čestica - fotoelektrona, Comptonovih elektrona, elektron-pozitronskih parova; neutrone registruju jezgra trzanja i produkti nuklearnih reakcija koji nastaju u plinu brojača. Brojilo radi na naponima koji odgovaraju samoodrživim

koronsko pražnjenje (presek V, sl. 21).

Rice. 21. Šema uključivanja Geigerovog brojača

Razlika potencijala se primjenjuje (V) između zidova i centralne elektrode kroz otpor R koji je šansirao kondenzator

C1.

Ovaj brojač ima skoro 100% vjerovatnoću da detektuje nabijenu česticu, budući da za

Za pražnjenje je dovoljan jedan par elektron-jona.

Konstruktivno, Geigerov brojač je takođe uređen kao proporcionalni brojač, tj. je kondenzator (obično cilindrični) sa vrlo neujednačenim električnim poljem. Pozitivni potencijal (anoda) se primjenjuje na unutrašnju elektrodu (tanka metalna nit), a negativni potencijal (katoda) na vanjsku. Elektrode su zatvorene u hermetički zatvorenom rezervoaru napunjenom nešto gasa do pritiska od 13-26 kN/m 2 (100-200 mm pm.st.). Na elektrode brojača se primjenjuje napon od nekoliko sotv. Znak + se primjenjuje na navoj kroz otpor R.

Funkcionalno, Geigerov brojač takođe ponavlja proporcionalni brojač, ali se razlikuje od potonjeg po tome što zbog veće razlike potencijala na elektrodama radi u onom režimu kada je dovoljno da se pojavi jedan elektron u zapremini detektora. razvijaju moćan proces sličan lavini zbog sekundarne jonizacije (pojačanja plina), koji je sposoban ionizirati cijeli region u blizini anodnog filamenta. U ovom slučaju, strujni impuls dostiže graničnu vrijednost (zasićenje) i ne ovisi o primarnoj ionizaciji. Razvijajući se poput lavine, ovaj proces završava formiranjem elektronsko-jonskog oblaka u međuelektrodnom prostoru, što naglo povećava njegovu vodljivost. U suštini, kada čestica uđe u Geigerov brojač, u njemu se rasplamsa (zapali) nezavisno gasno pražnjenje, vidljivo (ako je posuda prozirna) čak i kod običnog gasa. U ovom slučaju, faktor pojačanja plina može doseći 1010, a veličina impulsa može doseći desetine volti.

Dolazi do bljeska koronskog pražnjenja i struja teče kroz mjerač.

Raspodjela električnog polja u brojaču je takva da se pražnjenje razvija samo u blizini anode brojača na udaljenosti od nekoliko prečnika niti. Elektroni se brzo akumuliraju na niti (ne više od 10-6 sekundi), oko kojih se formira "plašt" pozitivnih jona. Pozitivni prostorni naboj povećava efektivni prečnik anode i time smanjuje jačinu polja, pa se pražnjenje prekida. Kako se sloj pozitivnih jona udaljava od filamenta, njegov efekat ekranizacije slabi i jačina polja u blizini anode postaje dovoljna za formiranje novog bljeska pražnjenja. Pozitivni ioni, približavajući se katodi, izbijaju elektrone iz potonje, što rezultira stvaranjem neutralnih atoma inertnog plina u pobuđenom stanju. Pobuđeni atomi na

dovoljno približavajući se katodi, s njene površine se izbijaju elektroni koji postaju osnivači novih lavina. Bez spoljašnjeg uticaja, takav brojač bi bio u dugom povremenom pražnjenju.

Dakle, s dovoljno velikim R (108 -1010 ohma), negativni naboj se akumulira na niti

i razlika potencijala između filamenta i katode brzo opada, uzrokujući prestanak pražnjenja. Nakon toga se ponovo vraća osjetljivost brojača 10-1 -10-3 sec (vrijeme pražnjenja kapacitivnosti C kroz otpor R). To je vrijeme koje je potrebno da spori pozitivni ioni koji su ispunili prostor blizu anodnog filamenta nakon prolaska čestice i prolaska lavine elektrona odu do katode,

i vratila osjetljivost detektora. Tako dugo mrtvo vrijeme je nezgodno za mnoge aplikacije.

Za praktičnu upotrebu Geigerovog brojača koji se ne samougasi, koriste se različite metode za prekid pražnjenja:

a) Upotreba elektronskih kola za gašenje pražnjenja u gasu. Za to prilagođeno elektronsko kolo u pravo vrijeme daje brojaču „kontrasignal“ koji zaustavlja nezavisno pražnjenje i „zadržava“ brojač neko vrijeme dok se nabijene čestice koje su se pojavile potpuno ne neutraliziraju. Karakteristike takvog brojača sa krugom za suzbijanje pražnjenja su bliske karakteristikama samogasivih brojača, a ponekad ih i premašuju.

b) Gašenje odabirom vrijednosti otpora opterećenja i ekvivalentne kapacitivnosti, kao i napona na brojilu.

AT Ovisno o mehanizmu za gašenje pražnjenja, razlikuju se dvije grupe brojača: nesamogasivi i samogasivi. Kod ne-samogasivih brojila, "mrtvo" vrijeme je predugo(10-2 sek.), za njega

redukcije, koriste se elektronska kola za suzbijanje pražnjenja, koja smanjuju vrijeme rezolucije na vrijeme sakupljanja pozitivnih jona na katodi (10-4 sec).

Sada su nesamogasivi brojači, u kojima su pražnjenja ugašeni otporom R, zamijenjeni samogasivim brojačima, koji su također stabilniji. U njima, zahvaljujući posebnom plinskom punjenju (inertnom plinu s primjesom složenih molekula, poput alkoholne pare, i malog

primjesa halogena - hlora, broma, joda) pražnjenje se prekida samo od sebe čak i pri niskim otporima R. Mrtvo vrijeme samogasivog brojača ~10-4 sec.

AT 1937. Trost je skrenuo pažnju na činjenicu da ako je brojač napunjen argonom,

dodajte malu količinu (nekoliko posto) pare etil alkohola (C2 H5 OH), tada će se pražnjenje uzrokovano jonizirajućom česticom u šalteru ugasiti sam. Kasnije se pokazalo da do spontanog gašenja pražnjenja u brojaču dolazi i kada se argonu dodaju pare drugih organskih jedinjenja koja sadrže složena poliatomska jedinjenja. Ove supstance se obično nazivaju gašenjem, a Geiger-Muller brojači u kojima se te supstance koriste nazivaju se brojači samogašenja. Samogasivi mjerač je napunjen mješavinom dva (ili više) plinova. Jedan gas, glavni, je oko 90% u smeši, drugi, gas za gašenje, je oko 10%. Komponente radne smjese moraju zadovoljiti obavezni uvjet da potencijal ionizacije gasa za gašenje mora biti ispod prvog potencijala pobude glavnog plina.

Komentar. Detektori ksenonske žice se često koriste za detekciju rendgenskih zraka. Primjer je prvi domaći skenirajući digitalni medicinski fluorograf MTsRU SIBIR. Druga primjena rendgenskih brojača je rendgenski fluorescentni talasno-disperzivni spektrometar (na primjer, Venus 200), dizajniran za određivanje različitih elemenata u supstancama i materijalima. U zavisnosti od elementa koji se određuje, mogu se koristiti sledeći detektori: - proporcionalni detektor sa prozorima debljine 1, 2, 6 mikrona, neprotočni neonski detektor sa prozorima debljine 25 i 50 mikrona, - neprotočni detektor kriptona sa prozor debljine 100 mikrona, - ksenonski detektor sa prozorom 200 mikrona i scintilacioni detektor sa prozorom od 300 mikrona.

Samogasivi brojači omogućavaju visoke stope brojanja bez posebnih elektronskih kola

gašenje pražnjenja, pa se široko koriste. Samogasivi brojači sa organskim nečistoćama za gašenje imaju ograničen radni vek (108 -1010 impulsa). Kada se jedan od halogena koristi kao nečistoća za gašenje (najčešće se koristi manje aktivni Br2), vijek trajanja postaje praktički neograničen zbog činjenice da se dvoatomske molekule halogena ponovno formiraju nakon disocijacije na atome (tokom procesa pražnjenja). Nedostaci halogenih brojača uključuju složenost tehnologije njihove proizvodnje zbog hemijske aktivnosti halogena i dugo vreme porasta prednje ivice impulsa zbog vezivanja primarnih elektrona za molekul halogena. "Povlačenje" prednjeg ruba impulsa u halogenim brojačima čini ih neprimjenjivim u koincidencijalnim krugovima.

Glavne karakteristike brojača su: karakteristika brojanja - zavisnost brzine brojanja od veličine radnog napona; efikasnost brojača - izražava se kao procenat odnosa broja izbrojanih čestica prema broju svih čestica koje padaju u radnu zapreminu brojača; vrijeme rješavanja -

minimalni vremenski interval između impulsa u kojem se zasebno snimaju i vijek trajanja brojača.

Rice. 22. Šema pojavljivanja mrtvog vremena u brojaču Geiger-Muller.(Oblik impulsa tokom pražnjenja u Geiger-Muller brojaču).

Dužina vremena potrebnog da se vrati osjetljivost na zračenje Gajgerovog brojača i zapravo određuje njegovu brzinu - "mrtvo" vrijeme - njegova je važna pasoška karakteristika.

Ako pražnjenje uzrokovano nuklearnom česticom počne u Geiger-Mullerovom brojaču u trenutku t 0, tada napon na brojaču naglo opada. Brojač za određeno vrijeme, koje se naziva mrtvo vrijeme τ m , nije u stanju regulisati druge čestice. Od trenutka t 1 , tj. nakon isteka mrtvog vremena, mjerač može ponovo imati samopražnjenje. Međutim, na početku je amplituda pulsa još uvijek mala. Tek nakon što prostorni naboj dođe do površine katode, u brojaču se formiraju impulsi normalne amplitude. Vremenski interval τ s između trenutka t 0 kada je došlo do nezavisnog pražnjenja u mjeraču i trenutka kada se radni napon ponovo uspostavi t 3 naziva se vrijeme oporavka. Da bi uređaj za snimanje mogao da broji puls, potrebno je da njegova amplituda prelazi određenu vrednost U p . Vremenski interval između trenutka pojavljivanja nezavisnog pražnjenja t 0 i trenutka formiranja amplitude Up impulsa t 2 naziva se rezolucionim vremenom τ p Geiger-Mullerovog brojača. Vrijeme razrješenja τ p je nešto veće od mrtvog vremena.

Ako veliki broj čestica uđe u brojač svake sekunde (nekoliko hiljada ili više), tada će vrijeme razlučivanja τ p biti uporedivo po veličini sa prosječnim vremenskim intervalom između impulsa, tako da se značajan broj impulsa ne računa. Neka je m posmatrana stopa brojanja brojača. Tada je dio vremena tokom kojeg je jedinica za brojanje neosjetljiva m τ . Stoga je broj izgubljenih impulsa po jedinici vremena jednak nm τ p , gdje je n brzina brojanja koja bi bila uočena da je vrijeme rezolucije imalo zanemarljivu vrijednost. Dakle

Korekcija stope brojanja koja je data ovom jednačinom naziva se korekcija mrtvog vremena pri postavljanju.

Halogena samogasiva brojila odlikuju se najnižim naponom napajanja, odličnim parametrima izlaznog signala i dovoljno velikom brzinom, a pokazali su se posebno pogodnim za upotrebu kao senzori jonizujućeg zračenja u uređajima za praćenje zračenja u domaćinstvu.

Svaka čestica koju brojač detektuje izaziva pojavu kratkog impulsa u svom izlaznom kolu. Broj impulsa koji se javljaju u jedinici vremena - brzina brojanja Geigerovog brojača - zavisi od nivoa jonizujućeg zračenja i napona na njegovim elektrodama. Tipičan dijagram brzine brojanja u odnosu na napon napajanja V prikazan je na Sl. 23. Ovdje je V zazh napon početka brojanja, V 1 i V 2 su donja i gornja granica radnog područja, tzv. plato, na kojem je brzina brojanja gotovo nezavisna od napona napajanja counter. Radni napon V slave obično se bira u sredini ovog odjeljka. Odgovara N p - stopi brojanja u ovom režimu.

Rice. 23. Zavisnost brzine brojanja od napona napajanja u Geigerovom brojaču (brojna karakteristika)

Zavisnost brzine brojanja od nivoa izloženosti zračenju brojača je njegova najvažnija karakteristika. Grafikon ove zavisnosti je skoro linearan i stoga se često radijaciona osetljivost brojača izražava u impulsima / μR (impulsi po mikrorentgenu; ova dimenzija proizilazi iz odnosa brzine brojanja - impulsa / s - i nivoa zračenja - μR/s). AT

u slučajevima kada nije indicirano (nije rijetko, nažalost), suditi o osjetljivosti na zračenje

Brojač ima svoj drugi vrlo važan parametar - vlastitu pozadinu. Ovo je naziv brzine brojanja, čiji su uzrok dvije komponente: eksterna - prirodna pozadina zračenja i unutrašnja - zračenje radionuklida zarobljenih u samom dizajnu brojača, kao i spontana elektronska emisija njegove katode. („pozadina“ u dozimetriji ima gotovo isto značenje kao „šum“ u radio elektronici; u oba slučaja govorimo o suštinski neizbježnim efektima na opremu.)

Još jedna važna karakteristika Geigerovog brojača je zavisnost njegove osjetljivosti na zračenje o energiji ("tvrdoći") ionizirajućih čestica. U stručnom žargonu, graf ove zavisnosti naziva se "mod s rigidnošću". Koliko je ova zavisnost važna, pokazuje grafikon na slici. „Putovanje sa krutošću“ će očigledno uticati na tačnost merenja.

U svojoj srži, Geigerov brojač je vrlo jednostavan. Mješavina plina koja se sastoji uglavnom od neona i argona koji se lako jonizuje uvedena je u dobro evakuiranu zatvorenu posudu s dvije elektrode. Balon može biti stakleni, metalni itd. Obično mjerači percipiraju zračenje cijelom površinom, ali postoje i oni koji za to imaju poseban „prozor“ u balonu.

Geigerovi brojači su u stanju da odgovore na različite vrste jonizujućeg zračenja - α, β, γ, ultraljubičasto, rendgensko zračenje, neutronsko. Ali stvarna spektralna osjetljivost brojača u velikoj mjeri ovisi o njegovom dizajnu. Dakle, ulazni prozor brojača koji je osetljiv na α- i meko β-zračenje mora biti veoma tanak; za to se obično koristi liskun debljine 3 ... 10 mikrona. Balon brojača, koji reaguje na teško β - i γ - zračenje, obično ima oblik cilindra sa debljinom zida od 0,05 .... 0,06 mm (služi i kao katoda brojača). Prozor rendgenskog brojača je napravljen od berilijuma, a ultraljubičasti brojač od kvarcnog stakla.

Rice. 24. Zavisnost brzine brojanja od energije gama kvanta („kretanje sa krutošću“) u Geigerovom brojaču

Bor se uvodi u brojač neutrona, nakon interakcije s kojim se neutronski tok pretvara u lako uočljive α-čestice. Fotonsko zračenje - ultraljubičasto, rendgensko, γ - zračenje - Geigerovi brojači opažaju indirektno - preko fotoelektričnog efekta, Comptonovog efekta, efekta proizvodnje para; u svakom slučaju, zračenje koje stupa u interakciju sa materijalom katode pretvara se u struju elektrona.

Rice. 25. Radiometrijska instalacija na bazi Geiger-Muller brojača.

Činjenica da je Geigerov brojač lavinski uređaj ima i svoje nedostatke - ne može se suditi o korijenskom uzroku njegovog pobuđivanja reakcijom takvog uređaja. Izlazni impulsi koje generiše Geigerov brojač pod dejstvom α-čestica, elektrona, γ-kvanta (u brojaču koji reaguje na sve ove vrste zračenja) se ni po čemu ne razlikuju. sebe

čestica, njihove energije potpuno nestaju u dvostrukim lavinama koje stvaraju.

Kvalitet Geiger-Muller brojača obično se procjenjuje prema obliku njegove karakteristike brojanja. Za "dobre" brojače, dužina brojačkog dijela je 100-300 V sa nagibom platoa ne većim od 3 - 5% na 100 V. Radni napon podređenog brojača V obično se bira u sredini njegovog brojanja. području.

Budući da brzina broja čestica na platou varira proporcionalno intenzitetu zračenja nuklearnim česticama, Geiger-Muller brojači se uspješno koriste za relativna mjerenja aktivnosti radioaktivnih izvora. Apsolutna mjerenja su teška zbog uzimanja u obzir velikog broja dodatnih korekcija. Prilikom rada sa izvorima niskog intenziteta treba voditi računa o pozadini brojača zbog kosmičkog zračenja, radioaktivnosti okoline i radioaktivne kontaminacije materijala brojača. U početku su se kao plinovi za punjenje brojača najčešće koristili plemeniti plinovi, posebno argon i neon. Većina mjerača ima tlak u rasponu od 7 do 20 cm Hg, iako ponekad rade na visokim pritiscima, do 1 atm. U brojačima ovog tipa potrebno je koristiti posebne elektroničke sklopove za gašenje plinskog pražnjenja koji je nastao kada jonizujuće zračenje uđe u brojač. Stoga se takvi brojači nazivaju Geiger-Muller brojači nesamogasivog tipa. Imaju veoma lošu rezoluciju. Upotreba kola za prisilno gašenje pražnjenja, poboljšanje

rezolucija značajno komplikuje eksperimentalno postavljanje, posebno ako se istovremeno koristi veliki broj brojača.

Tipičan stakleni Geiger-Muller brojač prikazan je na Sl. 25.

Rice. 25. Stakleni Geiger-Muller brojač: 1 -

geometrijski zatvorena staklena cijev; 2 – katoda (tanki sloj bakra na cijevi od nehrđajućeg čelika); 3 - izlaz katode; 4 - anoda (tanka rastegnuta nit).

U tabeli. 1 daje informacije o samogasivim halogenim Gajgerovim brojačima

Ruske proizvodnje, najprikladniji za kućne uređaje za praćenje zračenja.

Oznake: 1 - radni napon, V; 2 - plato - područje niske ovisnosti brzine brojanja od napona napajanja, V; 3 - vlastita pozadina brojača, imp/s, ne više; 4 - osjetljivost brojača na zračenje, puls/μR (* - za kobalt-60); 5 - amplituda izlaznog impulsa, V, ne manje; 6 - dimenzije, mm - prečnik x dužina (dužina x širina x

visina); 7.1 - tvrdo β - i γ - zračenje; 7.2 - isto i meko β - zračenje; 7.3 - isto i α - zračenje; 7.4 -γ - zračenje.

Fig.26. Satovi sa ugrađenim Geiger-Muller brojačem.

Geiger-Muller brojač, tip STS-6, broji β i γ čestice i spada u samogaseće brojače. To je cilindar od nehrđajućeg čelika debljine stijenke od 50 mg/(cm2) sa ukrućenjima za čvrstoću. Pult je napunjen mješavinom para neona i broma. Brom gasi iscjedak.

Dizajn brojača je veoma raznolik i zavisi od vrste zračenja i njegove energije, kao i od tehnike merenja).

Radiometrijska postavka zasnovana na Geiger-Muller-ovom brojaču prikazana je na Sl. 27. Napon se na brojilo dovodi iz izvora napajanja visokog napona. Impulsi sa brojača se unose u blok pojačala, gdje se pojačavaju, a zatim registruju od strane uređaja za brojanje.

Geiger-Muller brojači se koriste za registraciju svih vrsta zračenja. Mogu se koristiti za apsolutna i relativna mjerenja radioaktivnih emisija.

Rice. 27. Dizajn Geiger-Muller brojača: a - cilindrična; b

– unutrašnje punjenje; g - protok za tečnosti. 1 – anoda (sakupna elektroda); 2 - katoda; 3 - staklena boca; 4 - elektrode; 5 - staklena cijev; 6 - izolator; 7 - prozor od liskuna; 8 - ventil za dovod plina.

Struktura i princip rada Geiger-Muller brojača

AT U posljednje vrijeme sve je veća pažnja običnih građana u našoj zemlji o radijacijskoj sigurnosti. I to zbog ne samo tragičnih događaja u nuklearnoj elektrani u Černobilu i njihovih daljnjih posljedica, već i raznih vrsta incidenata koji se periodično događaju na jednom ili drugom mjestu na planeti. S tim u vezi, krajem prošlog stoljeća počeli su se pojavljivati ​​uređaji dozimetrijsko praćenje zračenja za potrebe domaćinstva. A takvi su uređaji mnogima spasili ne samo zdravlje, već ponekad i život, a to se ne odnosi samo na teritorije u blizini zone isključenja. Stoga su pitanja radijacijske sigurnosti aktuelna u bilo kojem mjestu naše zemlje do danas.

AT Svi kućni i gotovo svi moderni profesionalni dozimetri opremljeni su . Na drugi način se može nazvati osjetljivim elementom dozimetra. Ovaj uređaj je 1908. godine izumio njemački fizičar Hans Geiger, a dvadeset godina kasnije, drugi fizičar Walter Müller je unaprijedio ovaj razvoj, a princip ovog uređaja se i danas koristi.

H Neki moderni dozimetri imaju četiri brojača odjednom, što omogućava povećanje tačnosti mjerenja i osjetljivosti uređaja, kao i smanjenje vremena mjerenja. Većina Geiger-Muller brojača može detektovati gama zračenje, beta zračenje visoke energije i rendgenske zrake. Međutim, postoje posebni razvoji za određivanje visokoenergetskih alfa čestica. Da bi se dozimetar podesio da detektuje samo gama zračenje, najopasnije od tri vrste zračenja, osetljiva komora je prekrivena posebnim kućištem od olova ili drugog čelika, što omogućava da se prekine prodor beta čestica u counter.

AT Savremeni dozimetri za kućne i profesionalne potrebe, senzori kao što su SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1 se široko koriste. Razlikuju se po ukupnim dimenzijama kamere i drugim parametrima, za liniju od 20 senzora tipične su sledeće dimenzije dužine 110 mm, prečnika 11 mm, a za 21. model dužine 20-22 mm sa prečnikom 6 mm . Važno je shvatiti da što je veća komora, to će više radioaktivnih elemenata proletjeti kroz nju, a to je veća osjetljivost i tačnost. Dakle, za 20. seriju senzora dimenzije su 8-10 puta veće nego za 21., otprilike u istim omjerima imat ćemo razliku u osjetljivosti.

To Dizajn Geigerovog brojača može se shematski opisati na sljedeći način. Senzor koji se sastoji od cilindričnog spremnika u koji se inertni plin (npr. argon, neon ili njihove mješavine) upumpava pod minimalnim pritiskom, ovo se radi kako bi se olakšalo pojavljivanje električnog pražnjenja između katode i anode. Katoda je, najčešće, cijelo metalno kućište osjetljivog senzora, a anoda je mala žica postavljena na izolatore. Ponekad je katoda dodatno umotana u zaštitno kućište od nehrđajućeg čelika ili olova, to se radi kako bi se brojač podesio da detektuje samo gama zrake.

D Za kućnu upotrebu, trenutno se najčešće koriste end-face senzori (na primjer, Beta-1, Beta-2). Takvi brojači su dizajnirani na takav način da mogu detektovati i registrovati čak i alfa čestice. Takav brojač je ravan cilindar s elektrodama smještenim unutar, i ulaznim (radnim) prozorom napravljenim od filma liskuna debljine samo 12 mikrona. Ovaj dizajn omogućava detekciju (na bliskim udaljenostima) visokoenergetskih alfa čestica i niskoenergetskih beta čestica. Istovremeno, površina radnog prozora Beta-1 i Beta 1-1 brojača je 7 kvadratnih cm. Površina radnog prozora liskuna za uređaj Beta-2 je 2 puta veća od one kod Beta-1, može se koristiti za određivanje itd.

E Ako govorimo o principu rada komore Geigerovog brojača, onda se to može ukratko opisati na sljedeći način. Kada se aktivira, visoki napon (reda 350 - 475 volti) se primjenjuje na katodu i anodu kroz otpornik opterećenja, ali između njih nema pražnjenja zbog inertnog plina koji služi kao dielektrik. Kada uđe u komoru, njegova energija je dovoljna da izbaci slobodni elektron iz materijala tijela komore ili katode, ovaj elektron počinje da izbacuje slobodne elektrone poput lavine iz okolnog inertnog plina i dolazi do njegove ionizacije, što na kraju dovodi do pražnjenja između elektroda. Kolo se zatvara, a ta činjenica se može registrovati pomoću mikročipa instrumenta, što je činjenica detekcije ili gama ili rendgenskog kvanta. Kamera se zatim resetuje, omogućavajući detekciju sledeće čestice.

H Da bi se zaustavio proces pražnjenja u komori i pripremila komora za registraciju sledeće čestice, postoje dve metode, od kojih je jedna zasnovana na činjenici da se dovod napona na elektrode prekida na vrlo kratko vreme , čime se zaustavlja proces jonizacije gasa. Druga metoda se zasniva na dodavanju druge supstance inertnom gasu, na primer, joda, alkohola i drugih supstanci, dok one dovode do smanjenja napona na elektrodama, što takođe zaustavlja proces dalje jonizacije i kameru. postaje u stanju da detektuje sledeći radioaktivni element. Ova metoda koristi otpornik opterećenja velikog kapaciteta.

P o broju pražnjenja u kontra komori i može se suditi o nivou zračenja u mjerenom području ili iz određenog objekta.

Nekontrolisano jonizujuće zračenje u bilo kom obliku je opasno. Stoga postoji potreba za njegovom registracijom, praćenjem i računovodstvom. Jonizacijska metoda registracije AI jedna je od dozimetrijskih metoda koja vam omogućava da budete svjesni stvarne radijacijske situacije.

Koja je jonizacijska metoda registracije zračenja?

Ova metoda se zasniva na registraciji efekata jonizacije. Električno polje sprječava rekombinaciju jona i usmjerava njihovo kretanje prema odgovarajućim elektrodama. Ovo omogućava mjerenje veličine naboja jona nastalih pod djelovanjem jonizujućeg zračenja.

Detektori i njihove karakteristike

Kao detektori u metodi jonizacije koriste se:

• jonizacijske komore;
• Geiger-Muller brojači;
• proporcionalni brojači;
• poluvodički detektori;
• i sl.

Svi detektori, osim poluvodičkih, su cilindri punjeni plinom, u koje su ugrađene dvije elektrode na koje se primjenjuje jednosmjerni napon. Na elektrodama se skupljaju joni koji nastaju prilikom prolaska jonizujućeg zračenja kroz gasovitu sredinu. Negativni ioni se kreću prema anodi, dok se pozitivni joni kreću prema katodi, formirajući jonizacionu struju. Njegova vrijednost se može koristiti za procjenu broja detektovanih čestica i određivanje intenziteta zračenja.

Princip rada Geiger-Muller brojača

Rad brojača se zasniva na udarnoj jonizaciji. Elektroni koji se kreću u plinu (izbijeni zračenjem kada udare u zidove brojača) sudaraju se s njegovim atomima, izbijajući iz njih elektrone, uslijed čega nastaju slobodni elektroni i pozitivni ioni. Električno polje koje postoji između katode i anode daje slobodnim elektronima ubrzanje dovoljno da započne udarnu ionizaciju. Kao rezultat ove reakcije, pojavljuje se veliki broj jona sa naglim porastom struje kroz brojač i impulsom napona, koji snima uređaj za snimanje. Tada se gasi lavinski pražnjenje. Tek tada se sljedeća čestica može registrirati.

Razlika između jonizacijske komore i Geiger-Muller brojača.

Gasni brojač (Geigerov brojač) koristi sekundarnu ionizaciju, koja stvara veliko plinsko pojačanje struje, što nastaje jer je brzina pokretnih jona koje stvara jonizujuća supstanca toliko velika da se stvaraju novi ioni. Oni, zauzvrat, takođe mogu jonizovati gas, čime se razvija proces. Dakle, svaka čestica proizvodi 10 6 puta više jona nego što je to moguće u jonizacionoj komori, što omogućava mjerenje čak i jonizujućeg zračenja niskog intenziteta.

Poluprovodnički detektori

Glavni element poluvodičkih detektora je kristal, a princip rada se razlikuje od jonizacijske komore samo po tome što se ioni stvaraju u debljini kristala, a ne u plinskom zazoru.

Primjeri dozimetara zasnovanih na metodama jonizacijske registracije

Savremeni uređaj ovog tipa je klinički dozimetar 27012 sa setom jonizacionih komora, koji je danas standard.

Među pojedinačnim dozimetrima, široko su rasprostranjeni KID-1, KID-2, DK-02, DP-24, itd., kao i ID-0.2, koji je savremeni analog gore navedenih.

Godine 1908. njemački fizičar Hans Geiger radio je u hemijskim laboratorijama u vlasništvu Ernsta Rutherforda. Na istom mjestu od njih je zatraženo da testiraju brojač nabijenih čestica, koji je bio jonizirana komora. Komora je bila elektrokondenzator, koji je bio napunjen gasom pod visokim pritiskom. Čak je i Pierre Curie koristio ovaj uređaj u praksi, proučavajući elektricitet u plinovima. Geigerova ideja – da se detektuje zračenje jona – bila je povezana sa njihovim uticajem na nivo jonizacije isparljivih gasova.

Godine 1928. njemački naučnik Walter Müller, radeći sa i pod Geigerom, stvorio je nekoliko brojača koji su registrovali jonizujuće čestice. Uređaji su bili potrebni za dalja istraživanja radijacije. Fizika, kao nauka o eksperimentima, ne bi mogla postojati bez mjernih struktura. Otkriveno je samo nekoliko zračenja: γ, β, α. Geigerov zadatak je bio da izmjeri sve vrste zračenja osjetljivim instrumentima.

Geiger-Muller brojač je jednostavan i jeftin radioaktivni senzor. To nije precizan instrument koji hvata pojedinačne čestice. Tehnika mjeri ukupno zasićenje jonizujućeg zračenja. Fizičari ga koriste s drugim senzorima za postizanje tačnih proračuna prilikom izvođenja eksperimenata.

Malo o jonizujućem zračenju

Moglo bi se ići direktno na opis detektora, ali njegov rad će se činiti neshvatljivim ako malo znate o jonizujućem zračenju. Tokom zračenja dolazi do endotermnog efekta na supstancu. Energija tome doprinosi. Na primjer, ultraljubičasti ili radio valovi ne pripadaju takvom zračenju, ali tvrdo ultraljubičasto svjetlo pripada. Ovdje je definirana granica utjecaja. Vrsta se zove foton, a sami fotoni su γ-kvanta.

Ernst Rutherford je podijelio procese emisije energije u 3 tipa koristeći postavljanje magnetskog polja:

• γ - foton;
• α je jezgro atoma helijuma;
• β je elektron visoke energije.

Možete se zaštititi od α čestica papirom. β prodiru dublje. Sposobnost penetracije γ je najveća. Neutroni, za koje su naučnici saznali kasnije, opasne su čestice. Djeluju na udaljenosti od nekoliko desetina metara. Imajući električnu neutralnost, ne reagiraju s molekulima različitih tvari.

Međutim, neutroni lako padaju u središte atoma, izazivaju njegovo uništenje, zbog čega nastaju radioaktivni izotopi. Raspadajući se, izotopi stvaraju jonizujuće zračenje. Od osobe, životinje, biljke ili neorganskog objekta koji je zadobio zračenje, zračenje se javlja nekoliko dana.

Uređaj i princip rada Geigerovog brojača

Uređaj se sastoji od metalne ili staklene cijevi, u koju se upumpava plemeniti plin (smjesa argon-neon ili čiste tvari). Nema vazduha u cevi. Gas se dodaje pod pritiskom i miješa sa alkoholom i halogenom. Žica je razvučena kroz cijev. Paralelno s njim je željezni cilindar.

Žica se zove anoda, a cijev katoda. Zajedno su elektrode. Na elektrode se primjenjuje visok napon, što samo po sebi ne uzrokuje pojavu pražnjenja. Indikator će ostati u ovom stanju sve dok se u njegovom plinovitom mediju ne pojavi centar ionizacije. Minus je spojen na cijev iz izvora napajanja, a plus je spojen na žicu, usmjerenu kroz otpor visokog nivoa. Govorimo o stalnom napajanju desetinama stotina volti.

Kada čestica uđe u cijev, atomi plemenitog plina se sudaraju s njom. Nakon kontakta, oslobađa se energija koja odvaja elektrone od atoma plina. Tada se formiraju sekundarni elektroni, koji se također sudaraju, stvarajući masu novih jona i elektrona. Električno polje utiče na brzinu kretanja elektrona prema anodi. Tokom ovog procesa stvara se električna struja.

U sudaru se gubi energija čestica, prestaje dovod jonizovanih atoma gasa. Kada naelektrisane čestice uđu u Gajgerov brojač sa gasnim pražnjenjem, otpor cevi opada, što odmah snižava napon srednje tačke podele. Tada otpor ponovo raste - to podrazumijeva obnavljanje napona. Impuls postaje negativan. Uređaj pokazuje impulse, a mi ih možemo brojati, istovremeno procjenjujući broj čestica.

Vrste Geigerovih brojača

Po dizajnu, Geigerovi brojači dolaze u 2 tipa: ravni i klasični.

Classical

Izrađen od tankog valovitog metala. Zbog nabora, cijev dobiva krutost i otpornost na vanjske utjecaje, što sprječava njenu deformaciju. Krajevi cijevi su opremljeni staklenim ili plastičnim izolatorima, u kojima se nalaze poklopci za izlaz na uređaje.

Površina cijevi je lakirana (osim provodnika). Klasični brojač se smatra univerzalnim mjernim detektorom za sve poznate vrste zračenja. Posebno za γ i β.

Stan

Osjetljivi mjerači za fiksiranje mekog beta zračenja imaju drugačiji dizajn. Zbog malog broja beta čestica njihovo tijelo ima ravan oblik. Tu je i prozor od liskuna, koji malo zadržava β. BETA-2 senzor je naziv jednog od ovih uređaja. Svojstva ostalih ravnih mjerača zavise od materijala.

Parametri i načini rada Geigerovog brojača

Da biste izračunali osjetljivost brojača, procijenite omjer broja mikrorentgena iz uzorka i broja signala iz ovog zračenja. Uređaj ne mjeri energiju čestice, stoga ne daje apsolutno tačnu procjenu. Uređaji se kalibriraju korištenjem uzoraka izvora izotopa.

Također morate obratiti pažnju na sljedeće parametre:

Radni prostor, ulazni prozorski prostor

Karakteristika područja indikatora kroz koje prolaze mikročestice zavisi od njegove veličine. Što je područje šire, to će se više čestica uhvatiti.

Radni napon

Napon bi trebao odgovarati prosječnim karakteristikama. Sama karakteristika performansi je ravan dio zavisnosti broja fiksnih impulsa od napona. Njegovo drugo ime je plato. U ovom trenutku rad uređaja dostiže vršnu aktivnost i naziva se gornja granica mjerenja. Vrijednost - 400 Volti.

Radna širina

Radna širina - razlika između izlaznog napona na ravninu i napona iskrišta. Vrijednost je 100 volti.

Nagib

Vrijednost se mjeri kao postotak broja impulsa po 1 voltu. Prikazuje mjernu grešku (statističku) u brojanju impulsa. Vrijednost je 0,15%.

Temperatura

Temperatura je važna jer se mjerač često mora koristiti u teškim uvjetima. Na primjer, u reaktorima. Brojači opšte upotrebe: od -50 do +70 Celzijusa.

Radni resurs

Resurs karakteriše ukupan broj svih impulsa snimljenih do trenutka kada očitanja instrumenta postanu netačna. Ako uređaj ima organsku materiju za samogašenje, broj impulsa će biti milijardu. Resurs je prikladno izračunati samo u stanju radnog napona. Kada se uređaj pohrani, protok se zaustavlja.

Vrijeme oporavka

Ovo je količina vremena koja je potrebno uređaju da provede električnu energiju nakon što reaguje na ionizirajuću česticu. Postoji gornja granica frekvencije impulsa koja ograničava interval mjerenja. Vrijednost je 10 mikrosekundi.

Zbog vremena oporavka (koji se naziva i mrtvo vrijeme), uređaj može otkazati u odlučujućem trenutku. Kako bi spriječili prekoračenje, proizvođači postavljaju olovne štitove.

Da li brojač ima pozadinu

Pozadina se mjeri u olovnoj komori debelih zidova. Uobičajena vrijednost nije veća od 2 impulsa u minuti.

Ko i gdje koristi dozimetre zračenja?

U industrijskom obimu proizvode se mnoge modifikacije Geiger-Muller brojača. Njihova proizvodnja počela je u sovjetsko doba i nastavlja se sada, ali već u Ruskoj Federaciji.

Uređaj se koristi:

• u objektima nuklearne industrije;
• u naučnim institutima;
• u medicini;
• kod kuce.

Nakon nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil, obični građani kupuju i dozimetre. Svi instrumenti imaju Geigerov brojač. Takvi dozimetri su opremljeni jednom ili dvije cijevi.

Je li moguće napraviti Geigerov brojač vlastitim rukama?

Sami napraviti brojač je teško. Potreban vam je senzor zračenja, a ne može ga svako kupiti. Sam krug brojača je odavno poznat - u udžbenicima fizike, na primjer, također se štampa. Međutim, samo pravi "ljevak" će moći reproducirati uređaj kod kuće.

Talentovani samouki majstori naučili su da naprave zamjenu za brojač, koji je sposoban i za mjerenje gama i beta zračenja pomoću fluorescentne lampe i žarulje sa žarnom niti. Koriste i transformatore od pokvarene opreme, Geigerovu cijev, tajmer, kondenzator, razne ploče, otpornike.

Zaključak

Prilikom dijagnosticiranja zračenja potrebno je uzeti u obzir vlastitu pozadinu mjerača. Čak i uz pristojnu debljinu olovne zaštite, stopa registracije se ne resetuje. Ovaj fenomen ima objašnjenje: razlog za aktivnost je kosmičko zračenje koje prodire kroz debljinu olova. Svake minute nad Zemljinom površinom jure mioni, koje brojač registruje sa vjerovatnoćom od 100%.

Postoji još jedan izvor pozadine - zračenje koje akumulira sam uređaj. Stoga je u odnosu na Geigerov brojač prikladno govoriti i o habanju. Što je više zračenja uređaj akumulirao, to je manja pouzdanost njegovih podataka.