El principio de funcionamiento del contador geiger y los dosímetros modernos. Un contador Geiger-Muller podría salvar a las "chicas del radio" de Estados Unidos

Contador Geiger-Müller

D Para determinar el nivel de radiación, se usa un dispositivo especial. Y para tales dispositivos de control dosimétrico doméstico y la mayoría de los dispositivos profesionales, se utiliza como elemento sensible contador Geiger . Esta parte del radiómetro le permite determinar con precisión el nivel de radiación.

Historia del contador Geiger

V primero, un dispositivo para determinar la intensidad de la descomposición de materiales radiactivos nació en 1908, fue inventado por un alemán físico hans geiger . Veinte años después, junto con otro físico walter muller el dispositivo fue mejorado, y en honor a estos dos científicos recibió su nombre.

V período de desarrollo y formación 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 plantas de energía nuclear y en grupos especiales para el monitoreo de radiación de defensa civil. Desde los años setenta del siglo pasado, tales dosímetros incluían un contador basado en los principios de Geiger, a saber SBM-20 . Este contador, exactamente como otro de sus análogos. STS-5 , es ampliamente utilizado hasta el día de hoy, y también es parte de medios modernos control dosimétrico .

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

Figura 2. Contador de descarga de gas SBM-20.

El principio de funcionamiento del contador Geiger-Muller.

Y La idea de registrar partículas radiactivas que propone Geiger es relativamente sencilla. Se basa en el principio de la aparición de impulsos eléctricos en un medio gaseoso inerte bajo la acción de una partícula radiactiva altamente cargada o de un cuanto de oscilaciones electromagnéticas. Para detenernos en el mecanismo de acción del contador con más detalle, 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 registrador es un cilindro o recipiente sellado que se llena con un gas inerte, puede ser neón, argón, etc. Dicho contenedor puede estar hecho de metal o vidrio, y el gas que contiene está a baja presión, esto se hace a propósito para simplificar el proceso de detección de una partícula cargada. Dentro del contenedor hay dos electrodos (cátodo y ánodo) a los que se les aplica un alto voltaje de CC a través de una resistencia de carga especial.

Fig. 3. El dispositivo y el circuito para encender el contador Geiger.

PAGS Cuando el contador se activa en un medio de gas inerte, no se produce una 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 ingresan a la cámara del elemento sensible. del dispositivo En este caso, una partícula con una carga de energía suficientemente alta elimina una cierta cantidad de electrones del entorno más cercano, es decir, de los elementos del cuerpo o de los propios electrodos físicos. Dichos electrones, una vez en un ambiente de gas inerte, bajo la acción 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 el estado de descarga, el circuito se cierra por un período de tiempo muy corto, y esto provoca un salto de corriente en la resistencia de carga, y es este salto el que le permite registrar el paso de una partícula o cuanto a través de la cámara de registro.

T Este mecanismo permite registrar una partícula, sin embargo, en un ambiente donde la radiación ionizante es lo suficientemente intensa, se requiere un retorno rápido de la cámara de registro a su posición original para poder determinar nueva partícula radiactiva . Esto se logra con dos diferentes caminos. El primero de ellos es detener el suministro de voltaje a los electrodos por un corto período de tiempo, en cuyo caso la ionización del gas inerte se detiene abruptamente, y una nueva inclusión de la cámara de prueba le permite comenzar a grabar desde el principio. Este tipo de contador se llama dosímetros no autoextinguibles . El segundo tipo de dispositivos, a saber, los dosímetros autoextinguibles, el principio de su funcionamiento es agregar aditivos especiales basados en varios elementos al ambiente de gas inerte, por ejemplo, bromo, yodo, cloro o alcohol. En este caso, su presencia conduce automáticamente a la terminación de la descarga. Con tal estructura de la cámara de prueba, a veces se utilizan resistencias de varias decenas de megaohmios como resistencia de carga. Esto permite durante la descarga reducir drásticamente la diferencia de potencial en los extremos del cátodo y el ánodo, lo que detiene el proceso conductivo y la cámara vuelve a su estado original. Cabe señalar que el voltaje en los electrodos de menos de 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 lo que está registrado Contadores Geiger-Muller , 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 pueden registrar el número de partículas cargadas radiactivas o cuantos, pero no pueden determinar ni sus características energéticas ni el tipo de radiación. Para hacer esto, los dosímetros se hacen más multifuncionales y específicos, y para compararlos correctamente, uno debe comprender con mayor precisión sus capacidades.

PAGS O ideas modernas física nuclear la radiación se puede dividir en dos tipos, el primero en la forma campo electromagnetico , el segundo en la forma flujo de partículas (radiación corpuscular). El primer tipo puede ser flujo de partículas gamma o rayos X . Su característica principal es la capacidad de propagarse en forma de onda en distancias muy largas, mientras atraviesan fácilmente varios objetos y pueden penetrar fácilmente en los más varios materiales. Por ejemplo, si una persona necesita esconderse del flujo de rayos gamma debido a una explosión nuclear, entonces escondiéndose en el sótano de una casa o refugio antiaéreo, sujeto a su relativa hermeticidad, solo puede protegerse de este tipo de radiación por 50 por ciento.

Figura 4. Cuantos de rayos X y radiación gamma.

T qué tipo de radiación es impulsiva y se caracteriza por propagarse en ambiente en forma de fotones o cuantos, es decir, ráfagas cortas de radiación electromagnética. Dicha radiación puede tener diferentes características de energía y frecuencia, por ejemplo, la radiación de rayos X tiene una frecuencia mil veces menor que los rayos gamma. Entonces Los rayos gamma son mucho 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 con la liberación de una enorme cantidad de energía. En este caso, las partículas beta son una corriente de electrones, y las partículas alfa son formaciones mucho más grandes y estables, que consisten en dos neutrones y dos protones unidos entre sí. De hecho, el núcleo del átomo de helio tiene tal estructura, por lo que se puede argumentar que el flujo de partículas alfa es el flujo de núcleos de helio.

Se ha adoptado la siguiente clasificación , las partículas alfa tienen la menor capacidad de penetración, para protegerse de ellas, es suficiente para una persona y cartón grueso, las partículas beta tienen mayor poder de penetración, por lo que una persona puede protegerse de un chorro de tal radiación, necesitará una protección metálica de unos pocos milímetros de espesor (por ejemplo, una lámina de aluminio). Prácticamente no hay protección contra los cuantos gamma, y se extienden a distancias considerables, desvaneciéndose a medida que se alejan del epicentro o la fuente, y obedeciendo las leyes de propagación de ondas electromagnéticas.

Figura 5. Partículas radiactivas tipo alfa y beta.

A Las cantidades de energía que poseen estos tres tipos de radiación también son diferentes, y el flujo de partículas alfa tiene la mayor de ellas. Por ejemplo, la energía que poseen las partículas alfa es siete mil veces mayor que la energía de las partículas beta , es decir. poder de penetración varios tipos radiación, está en la parte de atrás dependencia proporcional en su poder 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 descendiendo, partículas beta y partículas alfa. Por lo tanto, es bastante difícil determinar las partículas alfa, si es que es imposible decirlo con un contador convencional. Geiger - Müller, ya que casi cualquier objeto es un obstáculo para ellos, por no hablar de un recipiente de vidrio o metal. Es posible determinar partículas beta con dicho contador, pero solo si su energía es suficiente para atravesar el material del contenedor del contador.

Para partículas beta de baja energía, el contador Geiger-Muller convencional es ineficiente.

O En una situación similar con la radiación gamma, existe la posibilidad de que pasen a través del contenedor sin desencadenar una reacción de ionización. Para hacer esto, se instala una pantalla especial (hecha de acero denso o plomo) en los medidores, que le 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-Muller

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

Los contadores Geiger-Muller 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 forma redonda o rectangular de pequeño tamaño, pero con una importante superficie de trabajo final. A veces hay variedades de cámaras finales con un tubo cilíndrico alargado con una pequeña ventana de entrada en el lado final. Varias configuraciones de contadores, a saber, las propias cámaras, pueden registrar diferentes tipos de radiación, o combinaciones de los mismos (por ejemplo, combinaciones de rayos gamma y beta, o todo el espectro de alfa, beta y gamma). Esto es posible gracias al diseño especialmente diseñado de la caja del medidor, así como al material del que está hecho.

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

mi Otro indicador importante, que se indica en las características del dosímetro, es nivel de ruido (medido en pulsos por segundo). En otras palabras, este indicador puede denominarse valor de fondo intrínseco. Puede determinarse en el laboratorio, para ello se coloca el dispositivo en una habitación o cámara bien protegida, generalmente con paredes gruesas de plomo, y se registra el nivel de radiación que emite el propio dispositivo. Está claro que si dicho nivel es lo suficientemente significativo, estos ruidos inducidos afectarán directamente los errores de medición.

Cada profesional y radiación tiene una característica como la sensibilidad a la radiación, también medida en pulsos por segundo (imp/s), o en pulsos por microroentgen (imp/µR). Tal parámetro, o más bien su uso, depende directamente de la fuente de radiación ionizante, a la que está sintonizado el contador, y en la que se llevarán a cabo mediciones adicionales. A menudo, la sintonización se realiza mediante fuentes, incluidos materiales radiactivos como el radio - 226, el cobalto - 60, el cesio - 137, el carbono - 14 y otros.

mi Otro indicador por el cual vale la pena comparar dosímetros es eficiencia de detección de radiación de iones 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 de que el cuanto de radiación gamma no haya causado ionización en la contracámara, o que la cantidad de partículas que pasaron y hayan causado ionización y descarga sea tan grande que el dispositivo no las cuente adecuadamente, y por algunas otras razones. Para determinar con precisión esta característica de un dosímetro en particular, se prueba utilizando algunas 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 a considerar es rango de energía registrado . Cualquier partícula radiactiva o cuanto de radiación tiene una característica energética diferente. Por lo tanto, los dosímetros están diseñados para medir no solo un tipo específico de radiación, sino también sus respectivas características energéticas. Dicho indicador se mide en megaelectronvoltios o kiloelectronvoltios (MeV, KeV). Por ejemplo, si las partículas beta no tienen suficiente energía, no podrán eliminar un electrón en la contracámara y, por lo tanto, no se registrarán, o solo las partículas alfa de alta energía podrán atravesar la material del cuerpo del contador Geiger-Muller y eliminar un electrón.

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

Diferentes variantes de contadores Geiger-Muller

PAGS 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 dosímetros de radiación producidos anteriormente y modernos, tanto domésticos, por ejemplo:, como profesionales, por ejemplo, están diseñados para este rango de medición. Dicha radiación tiene suficiente energía y alto poder de penetración para que la cámara del contador Geiger pueda registrarlos. Tales partículas y fotones penetran fácilmente en las paredes del contador y provocan el proceso de ionización, el cual es fácilmente registrado por el correspondiente llenado electrónico del dosímetro.

D Para registrar este tipo de radiación, contadores populares como SBM-20 , que tiene un sensor en forma de cilindro-tubo cilíndrico con un cátodo y un ánodo cableados coaxialmente. Además, las paredes del tubo sensor sirven simultáneamente como cátodo y carcasa, y están hechas de acero inoxidable. Este contador tiene las siguientes características:

el área del área de trabajo del elemento sensible es de 8 centímetros cuadrados;
sensibilidad a la radiación a la radiación gamma del orden de 280 pulsos/s, o 70 pulsos/μR (se realizaron pruebas para cesio - 137 a 4 μR/s);
el fondo intrínseco del dosímetro es de aproximadamente 1 imp/s;
El sensor está diseñado para detectar 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.

Figura 6. Dispositivo contador Geiger SBM-20.

En Hubo varias modificaciones de este contador, por ejemplo, SBM-20-1 o SBM-20U quien tiene características similares, pero difieren en el diseño fundamental de los elementos de contacto y el circuito de medición. Otras modificaciones de este contador Geiger-Muller, 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 se pueden encontrar en las tiendas hoy. .

CON El siguiente grupo de dosímetros de radiación está diseñado para registrar fotones gamma y radiación de rayos x . Si hablamos de la precisión de tales dispositivos, debe entenderse que los fotones y la radiación gamma son cuantos de radiación electromagnética que se mueven a la velocidad de la luz (alrededor de 300,000 km / s), por lo que registrar un objeto de este tipo es una tarea bastante difícil.

La eficiencia de tales contadores Geiger es de alrededor del uno por ciento.

H Para aumentarlo, se requiere un aumento en la superficie del cátodo. De hecho, los cuantos gamma se registran indirectamente, gracias a los electrones eliminados por ellos, que posteriormente participan en la ionización de un gas inerte. Para promover este fenómeno de la manera más eficiente posible, el material y el grosor de la pared de la contracámara, así como las dimensiones, el grosor y el material del cátodo, se seleccionan especialmente. Aquí, un gran grosor y densidad del material pueden reducir la sensibilidad de la cámara de registro, y 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 para el dispositivo, lo que ahogar la precisión de la detección de gamma quanta. Naturalmente, las proporciones exactas son seleccionadas por los fabricantes. De hecho, según este principio, los dosímetros se fabrican en base a Contadores Geiger-Muller 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 e impacto radiactivo, lo que le permite determinar con precisión la contaminación por radiación y el nivel impacto negativo por persona solo para la radiación gamma.

V dosímetros domésticos que están 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 final de entrada, que sirve específicamente para cortar las partículas alfa y beta, y además aumenta el área del cátodo, para una determinación más eficiente de los cuantos gamma. Estos sensores incluyen Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M y otros.

H Para comprender más claramente el principio de su acción, vale la pena considerar con más detalle uno de estos contadores. Por ejemplo, un contador final con un sensor Beta - 2M , que tiene una forma redondeada de la ventana de trabajo, que es de unos 14 centímetros cuadrados. En este caso, la sensibilidad a la radiación de cobalto - 60 es de aproximadamente 240 pulsos / μR. Este tipo de medidor tiene un rendimiento de ruido propio muy bajo. , 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 detectar radiación de fotones con energías en el rango de 0,05 MeV a 3 MeV.

Figura 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, el modelo SBM es 20. Si desea excluir el registro de partículas beta en este modelo de dosímetro, entonces basta con instalar una pantalla de plomo, o un escudo de cualquier otro material metalico(la pantalla de plomo es más eficiente). Esta es la forma más común que utilizan la mayoría de los diseñadores al crear contadores para rayos gamma y rayos X.

Registro de radiación beta "suave".

A Como mencionamos anteriormente, el registro de radiación beta suave (radiación con características de baja energía y frecuencia relativamente baja) es una tarea bastante difícil. Para ello, se requiere prever la posibilidad de su más fácil penetración en la cámara de registro. Para estos fines, se fabrica una ventana de trabajo delgada especial, generalmente de mica o una 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 un cátodo, y el ánodo es un sistema de electrodos lineales, que se distribuyen uniformemente y se montan sobre aisladores. La ventana de registro se realiza en la versión final, y en este caso solo aparece una fina película de mica en el camino de las partículas beta. En 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 los cuantos gamma, debe minimizar la superficie del cátodo.

Figura 8. Dispositivo contador Geiger.

CON Cabe señalar que los contadores para determinar partículas beta blandas se crearon hace bastante tiempo y se utilizaron con éxito en la segunda mitad del siglo pasado. Entre ellos, los más comunes eran sensores del tipo SBT10 y SI8B , que tenía ventanas de trabajo de mica de paredes delgadas. Una versión más moderna de dicho dispositivo. Beta 5 tiene un área de ventana de trabajo de aproximadamente 37 sq / cm, forma rectangular de material de mica. Para tales dimensiones del elemento sensible, el dispositivo puede registrar alrededor de 500 pulsos/µR, si se mide con 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: el ruido propio 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 blanda es de 0,1 MeV.

Figura 9. Finaliza el contador beta-gamma Beta-5.

Y Naturalmente, vale la pena mencionar Contadores Geiger-Muller capaz de detectar partículas alfa. Si el registro de la radiación beta blanda parece ser una tarea bastante difícil, es aún más difícil detectar una partícula alfa, incluso con indicadores de alta energía. Tal problema solo puede resolverse mediante una reducción correspondiente en el grosor de la ventana de trabajo a un grosor que sea suficiente para el paso de una partícula alfa a la cámara de registro del sensor, así como por una aproximación casi completa de la ventana de entrada. a la fuente de radiación de partículas alfa. Esta distancia debe ser de 1 mm. Está claro que dicho dispositivo registrará automáticamente cualquier otro tipo de radiación y, además, con suficiente alta eficiencia. Esto tiene lados positivos y negativos:

Positivo - dicho dispositivo se puede utilizar para la más amplia gama de análisis de radiación radiactiva

negativo - debido a la mayor sensibilidad, se producirá una cantidad significativa de ruido, lo que dificultará el análisis de los datos de registro recibidos.

A Además, aunque la ventana de trabajo de mica es demasiado delgada, aumenta las capacidades del contador, pero en detrimento de la resistencia mecánica y hermeticidad de la cámara de ionización, especialmente porque la ventana en sí tiene suficiente área grande superficie de trabajo A modo de comparación, en los contadores SBT10 y SI8B, que mencionamos anteriormente, con un área de ventana de trabajo de aproximadamente 30 sq/cm, el espesor de la capa de mica es de 13-17 µm, y con el espesor necesario para registrar partículas alfa de 4–5 µm, la entrada de la ventana solo se puede hacer no más de 0,2 sq / cm, estamos hablando del contador SBT9.

O Sin embargo, el gran espesor de la ventana de trabajo de registro puede ser compensado por 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 - 2 mm. Vale la pena poner un ejemplo, con un espesor de ventana de hasta 15 micras, la aproximación a la fuente de radiación alfa debe ser inferior a 2 mm, mientras que la fuente de partículas alfa se entiende que es un emisor de plutonio-239 con una radiación energía de 5 MeV. Continuemos, con una ventana de entrada de hasta 10 µm de espesor, es posible registrar partículas alfa ya a una distancia de hasta 13 mm, si se hace una ventana de mica de hasta 5 µm de espesor, entonces se registrará la radiación alfa. a una distancia de 24 mm, etc. Otro parámetro importante que afecta directamente la capacidad de detectar partículas alfa es su índice de energía. Si la energía de la partícula alfa es superior a 5 MeV, entonces la distancia de su registro para el espesor de la ventana de trabajo de cualquier tipo aumentará en consecuencia, y si la energía es menor, entonces la distancia deberá reducirse, hasta el Imposibilidad total de registrar radiación alfa blanda.

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

Por ejemplo , vale la pena sugerir las características de un contador Beta-1 moderno, que le permite registrar la radiación alfa, beta y gamma. Aquí están las métricas:

el área de la zona de trabajo del elemento sensible es de 7 m2/cm;
el espesor de la capa de mica es de 12 micras (la distancia de detección efectiva de las partículas alfa para el plutonio es de 239, aproximadamente 9 mm, para el cobalto - 60, la sensibilidad a la radiación es de aproximadamente 144 pulsos / microR);
eficiencia de medición de radiación para partículas alfa - 20% (para plutonio - 239), partículas beta - 45% (para talio -204) y gamma quanta - 60% (para la composición de estroncio - 90, itrio - 90);
el propio fondo del dosímetro es de aproximadamente 0,6 imp/s;
El sensor está diseñado para detectar 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. Finaliza el contador alfa-beta-gamma Beta-1.

A Por supuesto, todavía hay suficientes. amplia gama mostradores que están diseñados para espacios más estrechos y uso profesional. Dichos dispositivos tienen una serie de configuraciones y opciones adicionales (eléctricas, mecánicas, radiométricas, climáticas, etc.), que incluyen muchos términos y opciones especiales. Sin embargo, no nos centraremos en ellos. En efecto, para comprender los principios básicos de actuación Contadores Geiger-Muller , los modelos descritos anteriormente son suficientes.

V También es importante mencionar que existen subclases especiales contadores Geiger , que están especialmente diseñados para determinar varios tipos otra radiación. Por ejemplo, para determinar el valor Radiación ultravioleta, para detectar y determinar neutrones lentos que operan bajo el principio de una descarga de corona, y otras opciones que no están directamente relacionadas con este tema y no serán consideradas.

contador Geiger

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

Un circuito electrónico adicional proporciona energía al contador (generalmente no menos de 300 voltios), proporciona, si es necesario, la supresión de la descarga y cuenta el número de descargas a través del contador.

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

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

Nota

Cabe señalar que según razones históricas había una discrepancia entre el ruso y variantes inglesas este y los siguientes términos:

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 cómo funciona

Fundación Wikimedia. 2010 .

Vea qué es el "Contador Geiger" en otros diccionarios:

Contador Geiger-Müller- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. contador Geiger Müller; Tubo contador Geiger Müller vok. Geiger Müller Zahlrohr, n; GM Zahlrohr, n rus. Contador Geiger Muller, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; tubo … Fizikos terminų žodynas

Contador Geiger-Muller de bits- — Temas industria del petróleo y el gas ES analizador electrónico de altura de pulsos … Manual del traductor técnico

-...Wikipedia

- (Contador Geiger Muller), un detector de descarga de gas que se activa cuando una carga atraviesa su volumen. h c. La magnitud de la señal (pulso de corriente) no depende de la energía h c (el dispositivo funciona en el modo de descarga autosostenida). G. s. inventado en 1908 en Alemania. ... ... Enciclopedia Física

Un dispositivo de descarga de gas para detectar radiación ionizante (partículas a y b, cuantos g, cuantos de luz y rayos X, partículas de radiación cósmica, etc.). El contador Geiger-Muller es un tubo de vidrio sellado herméticamente... enciclopedia de tecnologia

contador Geiger- Contador Geiger CONTADOR GEIGER, detector de partículas de descarga de gas. Se activa cuando una partícula o un cuanto g entra en su volumen. Inventado en 1908 por el físico alemán H. Geiger y mejorado por él junto con el físico alemán W. Müller. Geiger... ... Diccionario Enciclopédico Ilustrado

CONTADOR GEIGER, detector de partículas por descarga de gas. Se activa cuando una partícula o un cuanto g entra en su volumen. Inventado en 1908 por el físico alemán H. Geiger y mejorado por él junto con el físico alemán W. Müller. Contador Geiger aplicado… … Enciclopedia moderna

Un dispositivo de descarga de gas para detectar y estudiar varios tipos de radiación radiactiva y otras radiaciones ionizantes: partículas α y β, cuantos γ, cuantos de luz y rayos X, partículas de alta energía en rayos cósmicos (ver Rayos cósmicos) y... Gran enciclopedia soviética

- [Nombrado alemán. físicos X. Geiger (N. Geiger; 1882 1945) y W. Muller (W. Muller; 1905 79)] detector de descarga de gas de radiación radiactiva y otras radiaciones ionizantes (partículas a y beta, cuantos, cuantos de luz y de rayos X, partículas cósmicas radiación ... ... Gran diccionario politécnico enciclopédico

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

contador Geiger- un dispositivo de descarga de gas para contar el número de partículas ionizantes que lo han atravesado. Es un condensador lleno de gas que se rompe cuando aparece una partícula ionizante en el volumen de gas. Los contadores Geiger son detectores (sensores) bastante populares de radiación ionizante. Hasta ahora, ellos, inventados a principios de nuestro siglo para las necesidades de la naciente física nuclear, curiosamente, no tienen ningún reemplazo completo.

El diseño del contador Geiger es bastante simple. Una mezcla de gas que consiste en neón y argón fácilmente ionizables se introduce en un recipiente sellado con dos electrodos. El material del contenedor puede ser diferente: vidrio, metal, etc.

Por lo general, los medidores perciben la radiación con toda su superficie, pero también los hay que tienen una "ventana" especial en el cilindro para esto. El uso generalizado del contador Geiger-Muller se explica por su alta sensibilidad, la capacidad de registrar diversas radiaciones y la relativa simplicidad y bajo costo de instalación.

Diagrama de cableado del contador Geiger

Se aplica un alto voltaje U a los electrodos (ver Fig.), que en sí mismo no provoca ningún fenómeno de descarga. El contador permanecerá en este estado hasta que aparezca un centro de ionización en su medio gaseoso, un rastro de iones y electrones generados por una partícula ionizante que ha llegado desde el exterior. Electrones primarios, acelerando en campo eléctrico, ionizan "en el camino" otras moléculas del medio gaseoso, generando cada vez más nuevos electrones e iones. Este proceso, que se desarrolla como una avalancha, termina con la formación de una nube de iones de electrones en el espacio entre los electrodos, lo que aumenta significativamente su conductividad. En el entorno gaseoso del mostrador se produce una descarga, que es visible (si el recipiente es transparente) incluso a simple vista.

El proceso inverso, la restauración del medio gaseoso a su estado original en los llamados medidores de halógeno, ocurre por sí solo. Los halógenos (generalmente cloro o bromo), que están contenidos en una pequeña cantidad en el medio gaseoso, entran en juego y contribuyen a la recombinación intensiva de las cargas. Pero este proceso es bastante lento. El tiempo requerido para restaurar la sensibilidad a la radiación del contador Geiger y realmente determina su velocidad - tiempo "muerto" - es su principal característica de pasaporte.

Dichos medidores se designan como medidores autoextinguibles de halógeno. Con tensión de alimentación muy baja, buenos parametros Señal de salida y velocidad suficientemente alta, resultaron ser muy solicitados como sensores de radiación ionizante en dispositivos domésticos de monitoreo de radiación.

Los contadores Geiger son capaces de detectar una variedad de tipos de radiación ionizante: a, b, g, ultravioleta, rayos X, neutrones. Pero la sensibilidad espectral real del contador depende mucho de su diseño. Por lo tanto, la ventana de entrada de un contador sensible a la radiación a y b suave debe ser bastante delgada; para esto, generalmente se usa mica de 3 a 10 µm de espesor. El globo de un contador que reacciona a la radiación b y g dura suele tener la forma de un cilindro con un espesor de pared de 0,05 ... 0,06 mm (también sirve como cátodo del contador). La ventana del contador de rayos X está hecha de berilio y la ventana ultravioleta está hecha de vidrio de cuarzo.

La dependencia de la tasa de conteo en el voltaje de suministro en el contador Geiger

El boro se introduce en el contador de neutrones, tras la interacción con el cual el flujo de neutrones se convierte en partículas a fácilmente detectables. Radiación de fotones - ultravioleta, rayos X, radiación g - Los contadores Geiger perciben indirectamente - a través del efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, el efecto de la producción de pares; en cada caso, la radiación que interactúa con el material del cátodo se convierte en una corriente de electrones.

Cada partícula detectada por el contador forma un pulso corto en su circuito de salida. La cantidad de pulsos que aparecen por unidad de tiempo, la tasa de conteo del contador Geiger, depende del nivel de radiación ionizante y el voltaje en sus electrodos. El gráfico estándar de la tasa de conteo versus el voltaje de suministro Upit se muestra en la figura anterior. Aquí Uns es el voltaje de inicio de conteo; Ung y Uvg son los límites inferior y superior del área de trabajo, la llamada meseta, en la que la tasa de conteo es casi independiente del voltaje de suministro del medidor. El voltaje de operación Ur generalmente se elige en el medio de esta sección. Corresponde a Nr, la tasa de conteo en este modo.

La dependencia de la tasa de conteo del grado de exposición a la radiación del contador es su característica principal. El gráfico de esta dependencia es casi lineal y, por lo tanto, a menudo la sensibilidad a la radiación del contador se muestra en términos de pulsos / μR (pulsos por micro-roentgen; esta dimensión se deriva de la relación de la tasa de conteo - pulso / s - a la radiación nivel - μR / s).

En aquellos casos en que no está indicado, es necesario determinar la sensibilidad a la radiación del contador de acuerdo con su otro parámetro extremadamente importante: su propio fondo. Este es el nombre de la tasa de conteo, cuyo factor es de dos componentes: externo, el fondo de radiación natural, e interno, la radiación de radionúclidos atrapados en el propio diseño del contador, así como la emisión espontánea de electrones de su cátodo.

Dependencia de la tasa de conteo de la energía de los cuantos gamma ("carrera con rigidez") en el contador Geiger

Otra característica esencial del contador Geiger es la dependencia de su sensibilidad a la radiación de la energía ("dureza") de las partículas ionizantes. La medida en que esta dependencia es significativa se muestra en el gráfico de la figura. "Viaje con rigidez" obviamente afectará la precisión de las medidas tomadas.

El hecho de que el contador Geiger sea un dispositivo de avalancha también tiene sus inconvenientes: no se puede juzgar la causa raíz de su excitación por la reacción de dicho dispositivo. Los pulsos de salida generados por el contador Geiger bajo la influencia de partículas a, electrones, g-quanta no son diferentes. Las partículas mismas, sus energías desaparecen por completo en las avalanchas gemelas que generan.

La tabla muestra información sobre los contadores Geiger halógenos autoextinguibles de producción nacional, los más adecuados para los dispositivos domésticos de monitorización de la radiación.

	1	2	3	4	5	6	7
SBM19	400	100	2	310*	50	19x195	1
SBM20	400	100	1	78*	50	11x108	1
SBT9	380	80	0,17	40*	40	12x74	2
SBT10A	390	80	2,2	333*	5	(83x67x37)	2
SBT11	390	80	0,7	50*	10	(55x29x23.5)	3
SI8B	390	80	2	350-500	20	82х31	2
SI14B	400	200	2	300	30	84x26	2
SI22G	390	100	1,3	540*	50	19x220	4
SI23BG	400	100	2	200-400*	—	19x195	1

1 - tensión de funcionamiento, V;
2 - meseta - área de baja dependencia de la tasa de conteo en el voltaje de suministro, V;
3 — fondo propio del contador, imp/s, no más;
4 - sensibilidad a la radiación del contador, pulsos/μR (* - para cobalto-60);
5 - amplitud del pulso de salida, V, no menos;
6 — dimensiones, mm — diámetro x largo (largo x ancho x alto);
7.1 - duro b - yg - radiación;
7.2 - la misma y suave b - radiación;
7.3 - lo mismo y a - radiación;
7.4 - g - radiación.

Durante mucho tiempo no ha sido un problema comprar un dispositivo con el nombre condicional de "dosímetro doméstico" (si hubiera dinero; en este sentido, Fukushima echó a perder a los radiófobos y radiófilos (TM), pero creo que este dispositivo sería interesante para hacerlo usted mismo. .

El corazón de nuestro instrumento será un contador Geiger. Sabemos, por supuesto, que este detector tiene muchas carencias y, en general, “el aparato debe ser de centelleo”, pero el radiómetro de centelleo es mucho más complicado y tengo previsto el siguiente post. Además, el contador Geiger-Muller tiene una serie de ventajas innegables.

Vamos a empezar.

Detector

Entonces, el contador Geiger-Muller. (Fig. 1) El dispositivo más simple, que consta de dos electrodos colocados en un medio gaseoso a baja presión: un cátodo con un área grande y un ánodo en forma de alambre más o menos delgado, creando un campo local de alta intensidad . en el que se desarrolla el proceso de multiplicación de iones, por lo que un solo par de iones puede causar una poderosa avalancha de ionización y el encendido de una descarga autosostenida.

Arroz. 1. Contador Geiger-Muller. 1 - ánodo, 2 - cátodo, 3 - cilindro, 4 - salida del cátodo, 5, 6 - resortes que tensan el filamento del cátodo.

De hecho, el contador funciona como un tiratrón con un cátodo frío, solo que la descarga en él se enciende por ionización causada no por un pulso de la red, sino por una partícula cargada que vuela a través del gas. Después de que la descarga se haya encendido, debe extinguirse eliminando el voltaje del ánodo o ... O se apagará solo. Pero para ello se debe introducir algo en el ambiente gaseoso del contador que, bajo la acción de la descarga, se tome una forma que haga opaco el gas a la radiación ultravioleta y por ello, uno de los factores para el mantenimiento desaparecerá una descarga independiente, la emisión de fotoelectrones. Hay dos de estos aditivos: alcohol y halógenos (cloro, bromo y yodo). El primero en la descarga se descompone, convirtiéndose, en términos generales, en hollín, y luego no se vuelve a convertir en alcohol, y después de varias decenas de miles de pulsos, el contador también se agotará. Y los halógenos pasan de ser moleculares a ser atómicos, y el proceso es reversible. También se agotan, debido al hecho de que los halógenos atómicos reaccionan fácilmente con cualquier cosa, incluidas las paredes del contador, pero más a menudo tienen tiempo para recombinarse entre sí, por lo que los contadores de halógeno son mucho más duraderos y soportan miles de millones de pulsos. Estamos interesados principalmente en medidores de halógeno, porque:

A) son más duraderos
b) trabajan a 400-500 V, y no a mil quinientos, como los de alcohol,
c) son simplemente los más comunes.
En la Tabla 1, he enumerado varios contadores Geiger comunes y sus parámetros principales.

Tabla 1.
Parámetros básicos de algunos contadores Geiger-Muller.

Notas: 1 - la sensibilidad a la radiación alfa no está regulada; 2 - contador a pequeña escala, los datos sobre él son escasos.

Sensibilidad

A la hora de elegir un contador Geiger para nuestro dosímetro, primero hay que fijarse en su sensibilidad. Después de todo, difícilmente querrás un dispositivo que muestre algo solo donde explotó la madre de Kuzkina hace un par de horas. Mientras tanto, hay muchos contadores de este tipo, y por su casi total inutilidad para el profano, son muy baratos. Estos son todo tipo de SI-3BG, SI-13G y otros "contadores del fin del mundo" que se encuentran en los dosímetros del ejército para trabajar en el límite superior de las mediciones. Cuanto más sensible sea el contador, más pulsos por segundo dará al mismo nivel de radiación. El contador clásico SBM-20 (también llamado STS-5 de versiones anteriores), que se instaló tradicionalmente en todos los "sonajeros" de la perestroika-post-Chernobyl, con un fondo natural de 12 microR / h da alrededor de 18 pulsos por minuto. A partir de esta figura es conveniente bailar, contando la sensibilidad del contador en el "SBM-20".

¿Qué nos da la sensibilidad del contador? Precisión y velocidad de reacción. El hecho es que las partículas de radiación radiactiva no nos llegan a tiempo, pero tienen que hacerlo, y el contador perderá algunas de ellas, pero funcionará con algunas (de fotones de radiación gamma, de aproximadamente uno de varios centenar). Así que los impulsos del contador Geiger (y de cualquier contando detector de radiación) van en momentos absolutamente aleatorios con intervalos impredecibles entre ellos. Y contando el número de impulsos en un minuto, otro, tercero, obtenemos varios significados. Y la desviación estándar de estos valores, es decir, el error al determinar la tasa de conteo, será proporcional a raíz cuadrada de los impulsos registrados. Cuantos más pulsos haya, menor será el error relativo (en porcentaje del valor medido) de su cálculo: .
Cuando tenemos un detector, el SBM-20 de "referencia" mencionado, y el tiempo de conteo es de 40 segundos (esto se hizo en dosímetros domésticos simples, que muestran directamente la cantidad de pulsos contados como el nivel de tasa de dosis en μR / h), contra un fondo natural, el número de pulsos es de ~ 10 piezas. Y esto significa que la desviación estándar es de aproximadamente tres. Y el error al nivel de confianza del 95% es el doble, es decir, 6 pulsos. Por lo tanto, tenemos una imagen triste: una lectura del dosímetro de 10 µR/h significa que la tasa de dosis está entre 4 y 16 µR/h. Y podremos hablar de la detección de una anomalía solo cuando el dosímetro muestre una desviación de tres sigma, es decir, más de 20 μR/h...

Para aumentar la precisión, puede aumentar el tiempo de conteo. Si lo hacemos tres minutos, es decir, cuatro veces más, cuadriplicamos el número de impulsos, lo que significa que duplicamos la precisión. Pero luego perderemos la respuesta del dispositivo a breves ráfagas de radiación, por ejemplo, al pasar "su excelencia" después de una gammagrafía o terapia con yodo radiactivo, o viceversa, cuando pasa por el reloj con SPD en el bazar de radio. Y tomando un detector cuatro veces más sensible (4 SBM-20, un SBM-19, SBT-10 o SI-8B conectados en paralelo) y dejando el mismo tiempo de medida, aumentaremos la precisión y ahorraremos la velocidad de reacción.

Diseño alfa, beta, gamma y contador

La radiación alfa se retrasa por una hoja de papel. La radiación beta se puede proteger con una lámina de plexiglás. Y a partir de la radiación gamma fuerte, debe construir una pared de ladrillos de plomo. Probablemente todo el mundo sabe esto. Y todo esto está directamente relacionado con los contadores Geiger: para que él sienta la radiación, al menos debe penetrar en su interior. Y no debería volar a través de ella, como un neutrino a través de la Tierra.

El contador de tipo SBM-20 (y su hermano mayor SBM-19 y los más jóvenes SBM-10 y SBM-21) tienen una caja de metal en la que no hay ventanas de entrada especiales. De esto se deduce que no se trata de ninguna sensibilidad a la radiación alfa. Siente bastante bien los rayos beta, pero solo si son lo suficientemente duros para penetrar. Esto está en algún lugar alrededor de 300 keV. Pero siente radiación gamma, a partir de un par de decenas de keV.

Y los contadores SBT-10 y SI-8B (así como nuevos e inaccesibles debido a los precios de chatarra Beta-1,2 y 5) en lugar de una carcasa de acero sólido tienen una ventana extensa hecha de mica delgada. A través de esta ventana, las partículas beta con energías superiores a 100-150 keV pueden penetrar, lo que permite ver la contaminación por carbono-14, que es absolutamente invisible para los medidores de acero. Además, la ventana de mica permite que el contador detecte partículas alfa. Es cierto que, en relación con este último, hay que fijarse en el grosor de la mica de contadores específicos. Entonces, SBT-10 con su mica gruesa prácticamente no lo ve, mientras que Beta-1 y 2 tienen una mica más delgada, lo que le da una eficiencia de detección de partículas alfa de plutonio-239 de alrededor del 20%. SI-8B: en algún lugar en el medio entre ellos.

Y ahora en cuanto al vuelo a través. El caso es que las partículas alfa y beta del contador Geiger registran casi todo lo que podría penetrar en su interior. Pero con gamma quanta, todo es triste. Para que un cuanto gamma provoque un pulso en el contador, debe sacar un electrón de su pared. Este electrón debe superar el espesor del metal desde el punto donde se produjo la interacción hasta la superficie interna y, por lo tanto, el "volumen de trabajo" del detector, donde interactúa con los fotones de radiación gamma, es la capa de metal más delgada, de varias micras. Por lo tanto, está claro que la eficiencia del contador para la radiación gamma es muy baja, cien o más veces menor que para la radiación beta.

Nutrición

El contador Geiger requiere energía de alto voltaje para funcionar. Los dispositivos halógenos típicos de la producción soviética-rusa requieren un voltaje de aproximadamente 400 V, muchos medidores occidentales están diseñados para 500 o 900 V. Algunos medidores requieren un voltaje de hasta un kilovoltio y medio: estos son los medidores antiguos con enfriamiento por alcohol de los tipos MS y VS, contadores de rayos X para análisis de rayos X, neutrones. No nos interesarán mucho. Se suministra energía al medidor a través de una resistencia de balasto de varios megaohmios: limita el pulso de corriente y reduce el voltaje en el medidor después de que ha pasado el pulso, lo que facilita la extinción. El valor de esta resistencia se proporciona en los datos de referencia para un dispositivo específico: un valor demasiado pequeño acorta la vida útil del detector y un valor demasiado grande aumenta el tiempo muerto. Por lo general, se puede tomar alrededor de 5 MΩ.

Cuando el voltaje aumenta desde cero, el contador Geiger funciona primero como una cámara de ionización ordinaria y luego como un contador proporcional: cada uno de los pares de iones que se formaron durante el paso de la partícula genera un pequeño ion, aumentando la corriente de iones cientos y miles de veces. Al mismo tiempo, muy débiles, medidos en milivoltios, los pulsos ya se pueden detectar en la resistencia de carga en el circuito contador. A medida que aumenta el voltaje, las avalanchas se vuelven cada vez más grandes y, en algún momento, las más fuertes comienzan a sostenerse, encendiendo una descarga independiente. En este momento, en lugar de pulsos débiles de milivoltios de avalanchas que pasan a través del espacio entre electrodos y desaparecen en los electrodos, ¡aparecen gigantes, con una amplitud de varias decenas de voltios! Y su frecuencia aumenta rápidamente con el aumento de voltaje, hasta que el destello de la descarga comienza a causar cada avalancha Obviamente, con un aumento adicional en el voltaje, la tasa de conteo debería dejar de aumentar. Y así sucede: en la dependencia de la sensibilidad del voltaje, hay meseta.

Sin embargo, un aumento en el voltaje no deja la tasa de conteo sin cambios: una descarga puede surgir así, por emisión espontánea. Y con el aumento del voltaje, la probabilidad de tal descarga solo aumenta. Por lo tanto, la meseta resulta estar inclinada y, a partir de un cierto voltaje, la tasa de conteo comienza a crecer rápidamente y luego la descarga se vuelve continua. En este modo, por supuesto, el contador no solo no realiza su función, sino que también falla rápidamente.

Arroz. 2. Dependencia de la tasa de conteo del contador Geiger en el voltaje de suministro.

La presencia de una meseta facilita enormemente el suministro de energía del contador Geiger: no requiere fuentes de alto voltaje altamente estables, que se requieren para los contadores de centelleo. La longitud de esta meseta para medidores de bajo voltaje es de 80-100 V. En muchos dosímetros domésticos soviéticos de origen cooperativo y en casi todos los diseños de aficionados de esa época, el medidor se alimentaba de un convertidor de voltaje basado en un generador de bloqueo sin ninguna pista. de estabilización. El cálculo fue el siguiente: con una batería nueva, el voltaje en el ánodo del contador correspondía al límite superior de la meseta, por lo que el alto voltaje alcanzó el límite inferior de la meseta ya con una batería bastante descargada.

Fondo y tiempo muerto

Cualquier detector de cualquier radiación siempre tiene alguna señal oscura, que se registra cuando no cae radiación sobre el detector. El contador Geiger-Muller no es una excepción. Una de las fuentes del fondo oscuro es la emisión espontánea mencionada anteriormente. El segundo es la radiactividad del propio contador, que es especialmente importante para los contadores con ventana de mica, ya que la mica natural contiene inevitablemente impurezas de uranio y torio. Y si este último prácticamente no depende de nada y es una constante para una instancia dada del detector, entonces el fondo de la emisión espontánea depende de la magnitud del alto voltaje, la temperatura y la "edad" del contador. Debido a esto, se vuelve una mala idea alimentar el contador con un voltaje no estabilizado, que usaremos principalmente para medir niveles bajos de radiación: el auto-zumbido del contador depende muy significativamente del voltaje de suministro.

La tasa de conteo de su propio fondo alcanza un nivel correspondiente a 3-10 μR / h en contadores Geiger, es decir, constituye una fracción significativa de la tasa de conteo en condiciones normales de radiación. El fondo es especialmente bueno para los sensores de mica: SBT-10, SI-8B, Beta. Por lo tanto, debe restarse de los resultados de la medición. Pero para esto necesitas saber. El libro de referencia no ayudará aquí: solo se dan allí los valores máximos. Para medir su propio fondo, necesita una "casa" de plomo con un grosor de al menos 5 cm, mientras que superficie interna debe cubrir con láminas de cobre de 2-3 mm de espesor y plexiglás de 5 mm. El hecho es que la "casa" estará bajo el fuego de los rayos cósmicos, que hacen de la casa misma una fuente de rayos X, principalmente en las características líneas de plomo. Y si hace la protección solo con plomo, este "brillo" fluorescente y el contador "verán", en lugar de una "oscuridad" completa. Y se necesita plexiglás de los electrones eliminados por el mismo espacio del plomo y el cobre, cuya energía también es suficiente para ser detectada por un contador Geiger.

Al medir el fondo, debe tenerse en cuenta que la "casa" de plomo no ofrece ningún obstáculo para los muones cósmicos. Su flujo es ~0.015. Por ejemplo, 0,12 o 7,2 pasarán por el contador SBM-20 con un área efectiva de ~8. Debido a la alta energía, la eficiencia del registro de muones cósmicos por casi cualquier contador Geiger puede tomarse como 100%, y este valor debe restarse del fondo oscuro.

Si el fondo intrínseco es una fuente de errores a niveles bajos, entonces el tiempo muerto afecta a niveles altos de radiación. La esencia del fenómeno es que inmediatamente después del pulso, la capacitancia del medidor aún no se ha cargado al voltaje inicial a través de la resistencia de carga. Además, la descarga en el contador solo se apagó, pero el aditivo de extinción aún no había tenido tiempo de volver a su estado original. Por lo tanto, durante 150-200 μs, el contador tiene un estado en el que es insensible a la siguiente partícula, después de lo cual restaura gradualmente la sensibilidad. (Fig. 3)

Arroz. 3. Tiempo muerto del contador Geiger

La corrección del tiempo muerto se encuentra mediante la fórmula:

donde m y n son las tasas de conteo medidas y corregidas, respectivamente, y es el tiempo muerto.

A niveles muy altos de radiación, muchos contadores Geiger (aquí también depende del resto del circuito) tienen un efecto desagradable y peligroso: la ionización constante impide la formación de pulsos individuales. El contador comienza a "quemarse" continuamente con una descarga constante y la tasa de conteo cae bruscamente a un valor muy pequeño. En lugar de salirse de la escala, el dosímetro muestra algunos números moderadamente elevados, o incluso casi normales. Mientras tanto, decenas y cientos de roentgens por hora brillan y deberías correr, pero las lecturas del dosímetro te tranquilizan. Es por eso que, además del sensible principal, en los dosímetros del ejército casi siempre hay un contador de "día del juicio final", que es muy insensible, pero capaz de digerir miles de R / h.

De la tasa de recuento a la dosis. Accidente cerebrovascular con rigidez y otras cosas malas.

En términos generales, un contador Geiger no mide la tasa de dosis. Solo obtenemos la tasa de conteo: cuántos pulsos por minuto o segundo dio el contador. A la dosis - la energía absorbida en un kilogramo del cuerpo humano (o algo más), esto tiene una relación muy lejana. En primer lugar, en relación con el principio de funcionamiento: el contador Geiger no se preocupa en absoluto por la naturaleza de la partícula y su energía. Los impulsos de fotones de cualquier energía, partículas beta, muones, positrones, protones, serán los mismos. Pero la eficiencia de registro es diferente.

Como ya dije, el contador Geiger registra la radiación beta con una eficiencia de decenas de por ciento. Y los cuantos gamma-gamma son solo fracciones de un porcentaje. Y todo esto recuerda a los metros plegables con kilogramos, e incluso con coeficientes tomados arbitrariamente. Además, la sensibilidad del contador a la radiación gamma no es la misma a diferentes energías (Fig. 4). La sensibilidad de la dosis a la radiación de diferentes energías puede diferir en casi un orden de magnitud. La naturaleza de este fenómeno es clara: la radiación gamma de baja energía tiene muchas más posibilidades de ser absorbida por una fina capa de materia, por lo que cuanto menor sea la energía, mayor será la eficiencia (hasta que la absorción en las paredes del contador comience a afectar ). En la región de alta energía, ocurre lo contrario: al aumentar la energía, aumenta la eficiencia de detección, lo cual es un fenómeno bastante inusual entre los detectores de radiación ionizante.

Arroz. Fig. 4. Dependencia energética de la dosis de sensibilidad del contador Geiger-Muller (izquierda) y resultado de su compensación mediante un filtro.

Afortunadamente, a altas energías (por encima de 0,5-1 MeV), la eficiencia del contador Geiger frente a la radiación gamma es casi proporcional a la energía. Esto significa que la dependencia energética de la sensibilidad a la dosis es pequeña allí. Y la joroba a bajas energías se puede quitar fácilmente con un filtro de plomo de unos 0,5 mm de espesor. El espesor del filtro se selecciona de tal manera que a una energía correspondiente a la máxima sensibilidad del detector (esto es 50-100 keV, dependiendo del espesor de la ventana de entrada del detector), la multiplicidad de absorción sería el valor de este pico Cuanto mayor es la energía, menor es la absorción en el plomo, ya 500-1000 keV, donde la sensibilidad del detector se iguala, es casi imperceptible.

Se puede lograr una corrección más precisa utilizando un filtro multicapa hecho de diferentes metales, que debe seleccionarse para un contador específico.

Tal filtro reduce el "golpe con rigidez" a un valor de 15-20% en todo el rango de 50-3000 keV y convierte el indicador (bueno, un indicador de radiómetro de búsqueda) en un dosímetro.

Dicho filtro generalmente se hace removible, ya que hace que el sensor sea insensible a la radiación alfa y beta.

***

En general, esto es todo lo que un diseñador de dispositivos basados en él necesita saber sobre el contador Geiger-Muller. Como puede ver, el dispositivo es realmente simple, aunque hay una serie de sutilezas. En la próxima serie, construiremos algo útil basado en ello.

Independientemente de si lo queremos o no, pero el término "radiación" durante mucho tiempo se acuñó en nuestra conciencia y ser, y nadie puede esconderse del hecho de su presencia. La gente tiene que aprender a vivir con este fenómeno algo negativo. El fenómeno de la radiación puede manifestarse con la ayuda de radiaciones invisibles e imperceptibles, y es casi imposible revelarlo sin un equipo especial.

De la historia del estudio de la radiación.

En 1895 se descubrieron los rayos X. Un año después se descubrió el fenómeno de la radiactividad del uranio, asociado también al descubrimiento y uso de los rayos X. Los investigadores tuvieron que enfrentarse a un fenómeno natural completamente nuevo, hasta ahora desconocido.

Cabe señalar que el fenómeno de la radiación ya se había encontrado varios años antes, pero no se le prestó la debida atención. Y esto a pesar de que fueron quemados rayos X incluso el famoso Nikola Tesla, así como el personal de trabajo en el laboratorio de Edison. El deterioro de la salud fue explicado por todo lo que pudieron, pero no por la radiación.

Posteriormente, con el inicio del siglo XX, aparecieron artículos sobre los efectos nocivos de las radiaciones en animales de experimentación. Esto también pasó desapercibido hasta un notorio incidente en el que sufrieron las "chicas del radio", trabajadoras de una fábrica que producía relojes luminosos.

La dirección de la fábrica les habló a las niñas sobre la inocuidad del radio, y ellas tomaron dosis letales de radiación: lamieron las puntas de los pinceles con pintura de radio, por diversión se pintaron las uñas e incluso los dientes con una sustancia luminosa. Cinco niñas que sufrían por tal trabajo lograron presentar una demanda contra la fábrica. Como resultado, se sentó un precedente en relación con los derechos de algunos trabajadores que contrajeron enfermedades profesionales y demandaron a sus empleadores.

La historia de la aparición del contador Geiger-Muller.

El físico alemán Hans Geiger, que trabajaba en uno de los laboratorios de Rutherford, desarrolló y propuso en 1908 diagrama de circuito funcionamiento del contador de "partículas cargadas". Era una modificación de la ya conocida cámara de ionización de entonces, que se presentaba en forma de condensador eléctrico lleno de gas a baja presión. La cámara fue utilizada por Pierre Curie cuando estudió las propiedades eléctricas de los gases. A Geiger se le ocurrió la idea de usarlo para detectar radiación ionizante precisamente porque esta radiación tenía un efecto directo en el nivel de ionización de los gases.

A finales de la década de 1920, Walter Müller, bajo la dirección de Geiger, creó algunos tipos de contadores de radiación, con los que era posible registrar una gran variedad de partículas ionizantes. El trabajo en la creación de contadores fue muy necesario, porque sin ellos era imposible estudiar materiales radiactivos. Geiger y Muller tuvieron que trabajar a propósito en la creación de tales contadores que serían sensibles a cualquiera de las variedades de radiación de los tipos α, β y γ identificados en ese momento.

Los contadores Geiger-Muller han demostrado ser sensores de radiación simples, fiables, baratos y prácticos. Esto a pesar de que no eran los instrumentos más precisos para estudiar la radiación o ciertas partículas. Pero eran muy adecuados como instrumentos para mediciones generales de la saturación de la radiación ionizante. En combinación con otros instrumentos, los físicos prácticos todavía los utilizan para realizar mediciones más precisas en el proceso de experimentación.

¿Qué es la radiación ionizante?

Para una mejor comprensión del funcionamiento de los contadores Geiger-Muller, no estaría de más familiarizarse con la radiación ionizante como tal. Puede incluir todo lo que provoca la ionización de sustancias que se encuentran en estado natural. Esto requerirá la presencia de algún tipo de energía. En particular, luz ultravioleta o las ondas de radio no se clasifican como radiación ionizante. La demarcación puede comenzar con el llamado "ultravioleta duro", también llamado "rayos X blandos". Este tipo de flujo se llama radiación de fotones. Una corriente de fotones de alta energía son los cuantos gamma.

Por primera vez, la división de la radiación ionizante en tres tipos fue realizada por Ernst Rutherford. Todo se hizo con equipos de investigación que involucraban un campo magnético en el espacio vacío. Esto más tarde se nombró:

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

Más tarde, se descubrieron los neutrones. Entonces, resultó que las partículas alfa pueden retenerse fácilmente incluso con papel ordinario, las partículas beta tienen un poder de penetración ligeramente mayor y los rayos gamma tienen el más alto. Los neutrones se consideran los más peligrosos, especialmente a una distancia de muchas decenas de metros en el espacio aéreo. Debido a su indiferencia eléctrica, no interactúan con ninguna capa de electrones de las moléculas de la sustancia.

Sin embargo, al entrar núcleos atómicos con un alto potencial conducen a su inestabilidad y descomposición, después de lo cual se forman isótopos radiactivos. Y aquellos, más adelante en el proceso de descomposición, forman la totalidad de la radiación ionizante.

Contadores Geiger-Muller y principios de funcionamiento

Los contadores Geiger-Muller de descarga de gas se fabrican principalmente como tubos herméticos, de vidrio o metal, de los que se ha evacuado todo el aire. Se sustituye por un gas inerte añadido (neón o argón o una mezcla de los mismos) a baja presión, con impurezas de halógeno o alcohol. Los cables delgados se estiran a lo largo de los ejes de los tubos y los cilindros de metal se ubican coaxialmente con ellos. Tanto los tubos como los alambres son electrodos: los tubos son cátodos y los alambres son ánodos.

Los menos están conectados a los cátodos de las fuentes de voltaje de CC y a los ánodos, utilizando una gran resistencia constante, las ventajas de las fuentes con Voltaje constante. Desde un punto de vista eléctrico, sale un divisor de voltaje. y en el medio, el nivel de voltaje es casi el mismo que el voltaje en la fuente. Como regla general, puede alcanzar varios cientos de voltios.

A medida que las partículas ionizantes vuelan a través de los tubos, los átomos del gas inerte, que ya se encuentran en un campo eléctrico de alta intensidad, chocan con estas partículas. La energía que fue cedida por las partículas durante la colisión es considerable, es suficiente para que los electrones se desprendan de los átomos del gas. Los electrones de orden secundario resultantes son capaces de formar más colisiones, después de lo cual surge toda una cascada electrónica e iónica.

Cuando se exponen a un campo eléctrico, los electrones se aceleran hacia los ánodos y los iones de gas cargados positivamente hacia los cátodos de los tubos. Como resultado, se genera una corriente eléctrica. Como la energía de las partículas ya se había agotado para las colisiones, total o parcialmente (las partículas volaron por el tubo), los átomos del gas ionizado comenzaron a agotarse.

Tan pronto como las partículas cargadas entraron en el contador Geiger-Muller, la resistencia del tubo cayó por la corriente naciente y, al mismo tiempo, cambió el voltaje en la marca central del separador, como se indicó anteriormente. Después de eso, la resistencia en el tubo, como resultado de su crecimiento, se reanuda y el nivel de voltaje vuelve a su estado anterior. Como resultado, se obtienen pulsos de tensión negativa. Al contar los pulsos, puede establecer la cantidad de partículas que han volado. La mayor intensidad del campo eléctrico se observa cerca del ánodo, debido a su pequeño tamaño, por lo que los contadores se vuelven más sensibles.

Diseños de contadores Geiger-Muller

Todos los contadores Geiger-Muller modernos tienen dos variedades principales: "clásico" y plano. Los mostradores clásicos están hechos de tubos de metal corrugado de paredes delgadas. Las superficies corrugadas de los medidores hacen que los tubos sean rígidos, resistirán la presión atmosférica externa y no permitirán que se arruguen bajo ninguna influencia. En los extremos de los tubos hay aisladores herméticos de vidrio o plástico. También existen tomas-tapas para conectar al circuito. Los tubos están marcados y recubiertos con un barniz aislante duradero que indica la polaridad de los grifos. En general, estos son contadores universales para cualquier tipo de radiación ionizante, especialmente para la radiación beta-gamma.

Los contadores que pueden ser sensibles a la radiación β suave se fabrican de manera diferente. Debido a los pequeños rangos de partículas β, se hacen planas. Las ventanas de mica retrasan débilmente la radiación beta. Uno de esos contadores puede llamarse sensor BETA-2. En todos los demás contadores, la determinación de sus propiedades se atribuye a los materiales de su fabricación.

Todos los contadores que registran la radiación gamma tienen cátodos hechos de estos metales, en los que hay un gran número de carga. Los gases son extremadamente insatisfactoriamente ionizados por fotones gamma. Sin embargo, los fotones gamma pueden eliminar muchos electrones secundarios de los cátodos si se eligen correctamente. La mayoría de los contadores Geiger-Muller para partículas beta están hechos para tener ventanas delgadas. Esto se hace para mejorar la permeabilidad de las partículas, porque son electrones ordinarios que han recibido más energía. Tienen una interacción muy buena y rápida con las sustancias, como resultado de lo cual se pierde energía.

Con las partículas alfa, las cosas son mucho peores. Por ejemplo, a pesar de una energía bastante decente, unos pocos MeV, las partículas alfa tienen una interacción muy fuerte con las moléculas que se mueven en el camino y pronto pierden su potencial energético. Los contadores ordinarios responden bien a la radiación α, pero solo a una distancia de unos pocos centímetros.

Para hacer una evaluación objetiva del nivel de radiación ionizante, dosímetros en medidores con Aplicacion General a menudo equipado con dos contadores que funcionan secuencialmente. Uno puede ser más sensible a la radiación α-β y el otro a la radiación γ. A veces, entre los mostradores se colocan barras o placas hechas de aleaciones que contienen impurezas de cadmio. Cuando los neutrones golpean tales barras, se produce radiación γ, que se registra. Esto se hace para la posible determinación de la radiación de neutrones, y los contadores Geiger simples prácticamente no tienen sensibilidad.

Cómo se utilizan los contadores Geiger en la práctica

La industria soviética, y ahora la rusa, produce muchas variedades de contadores Geiger-Muller. Dichos dispositivos son utilizados principalmente por personas que tienen algo que ver con instalaciones de la industria nuclear, instituciones científicas o educativas, defensa civil y diagnósticos médicos.

Después del desastre de Chernobyl, los dosímetros domésticos, que antes eran completamente desconocidos para la población de nuestro país, incluso por su nombre, comenzaron a ganar una verdadera popularidad en todo el país. Muchos modelos domésticos comenzaron a aparecer. Todos ellos utilizan sus propios contadores Geiger-Muller como sensores de radiación. Por lo general, se instalan uno o dos tubos o contadores finales en los dosímetros domésticos.