Geigera skaitītājs: ierīces un sadzīves variācijas. Ģēģera skaitītāji. Darbības princips

Ģēģera-Mullera skaitītājs

D Lai noteiktu radiācijas līmeni, tiek izmantota īpaša ierīce -. Un šādām sadzīves un profesionālākajām dozimetriskās kontroles ierīcēm tiek izmantots jutīgs elements Ģēģera skaitītājs . Šī radiometra daļa ļauj precīzi noteikt starojuma līmeni.

Ģēģera skaitītāja vēsture

IN pirmkārt, 1908. gadā dzima ierīce radioaktīvo materiālu sabrukšanas intensitātes noteikšanai, to izgudroja vācietis fiziķis Hanss Ģēģers . Divdesmit gadus vēlāk kopā ar citu fiziķi Valters Millers ierīce tika uzlabota, un par godu šiem diviem zinātniekiem tā tika nosaukta.

IN kodolfizikas attīstības un veidošanās periodā bijušajā Padomju Savienībā tika radītas arī atbilstošas ​​ierīces, kuras plaši izmantoja bruņotajos spēkos, atomelektrostacijās un īpašās grupās civilās aizsardzības radiācijas monitoringam. Kopš pagājušā gadsimta septiņdesmitajiem gadiem šādos dozimetros bija skaitītājs, kas balstīts uz Geigera principiem, proti SBM-20 . Šis skaitītājs, tieši tāpat kā cits no tā analogiem STS-5 , tiek plaši izmantots līdz mūsdienām, un arī ir daļa no mūsdienīgi līdzekļi dozimetriskā kontrole .

1. att. Gāzizlādes skaitītājs STS-5.

2. att. Gāzizlādes skaitītājs SBM-20.

Geigera-Mullera skaitītāja darbības princips

UN Ģēģera piedāvātā ideja par radioaktīvo daļiņu reģistrāciju ir samērā vienkārša. Tas ir balstīts uz elektrisko impulsu parādīšanās principu inertās gāzes vidē, iedarbojoties uz ļoti uzlādētu radioaktīvu daļiņu vai elektromagnētisko svārstību kvantu. Lai sīkāk pakavētos pie skaitītāja darbības mehānisma, nedaudz pakavēsimies pie tā konstrukcijas un tajā notiekošajiem procesiem, kad radioaktīvā daļiņa iziet cauri ierīces jutīgajam elementam.

R reģistrēšanas ierīce ir noslēgts balons vai tvertne, kas ir piepildīta ar inertu gāzi, tas var būt neons, argons utt. Šāds konteiners var būt izgatavots no metāla vai stikla, un tajā esošā gāze ir zem zema spiediena, tas tiek darīts ar nolūku, lai vienkāršotu uzlādētas daļiņas noteikšanas procesu. Tvertnes iekšpusē ir divi elektrodi (katods un anods), kuriem tiek pielikts augsts spriegums. līdzstrāva caur īpašu slodzes rezistoru.

3. att. Ierīce un shēma Geigera skaitītāja ieslēgšanai.

P Aktivizējot skaitītāju inertās gāzes vidē, uz elektrodiem nenotiek izlāde barotnes augstās pretestības dēļ, tomēr situācija mainās, ja jutīgā elementa kamerā nonāk radioaktīva daļiņa vai elektromagnētisko svārstību kvants. no ierīces. Šajā gadījumā daļiņa ar pietiekami augstu enerģijas lādiņu izsit noteiktu skaitu elektronu no tuvākās vides, t.i. no ķermeņa elementiem vai pašiem fiziskajiem elektrodiem. Šādi elektroni, nonākot inertās gāzes vidē, augsta sprieguma iedarbībā starp katodu un anodu, sāk virzīties uz anodu, pa ceļam jonizējot šīs gāzes molekulas. Rezultātā tie izsit no gāzes molekulām sekundāros elektronus, un šis process aug ģeometriskā mērogā, līdz notiek sabrukums starp elektrodiem. Izlādes stāvoklī ķēde aizveras uz ļoti īsu laiku, un tas izraisa strāvas lēcienu slodzes rezistorā, un tieši šis lēciens ļauj reģistrēt daļiņas vai kvanta iziešanu caur reģistrācijas kameru.

T Šis mehānisms ļauj reģistrēt vienu daļiņu, tomēr vidē, kur jonizējošais starojums ir pietiekami intensīvs, nepieciešama ātra reģistrācijas kameras atgriešanās sākotnējā stāvoklī, lai varētu noteikt jauna radioaktīvā daļiņa . To panāk divi Dažādi ceļi. Pirmais no tiem ir uz īsu laiku pārtraukt sprieguma padevi elektrodiem, tādā gadījumā inertās gāzes jonizācija pēkšņi apstājas, un jauna testa kameras iekļaušana ļauj sākt ierakstīšanu no paša sākuma. Šo skaitītāju veidu sauc pašizdziestošie dozimetri . Otra veida ierīces, proti, pašizdziestošie dozimetri, to darbības princips ir pievienot inertās gāzes videi speciālas piedevas, kuru pamatā ir dažādi elementi, piemēram, broms, jods, hlors vai spirts. Šajā gadījumā to klātbūtne automātiski noved pie izlādes pārtraukšanas. Ar šādu testa kameras struktūru kā slodzes rezistoru tiek izmantota pretestība, kas dažkārt ir vairākus desmitus megaohu. Tas ļauj izlādes laikā krasi samazināt potenciālu starpību katoda un anoda galos, kas aptur vadošu procesu un kamera atgriežas sākotnējā stāvoklī. Jāņem vērā, ka spriegums uz elektrodiem, kas mazāks par 300 voltiem, automātiski pārstāj uzturēt izlādi.

Viss aprakstītais mehānisms ļauj īsā laika periodā reģistrēt milzīgu skaitu radioaktīvo daļiņu.

Radioaktīvā starojuma veidi

H lai saprastu, kas ir reģistrēts Ģēģera-Mülera skaitītāji , ir vērts pakavēties pie tā, kādi tā veidi pastāv. Tūlīt ir vērts pieminēt, ka gāzizlādes skaitītāji, kas ir daļa no modernākajiem dozimetriem, spēj reģistrēt tikai radioaktīvo lādēto daļiņu skaitu vai kvantus, bet nevar noteikt ne to enerģētiskos raksturlielumus, ne starojuma veidu. Lai to izdarītu, dozimetri tiek padarīti daudzfunkcionālāki un mērķtiecīgāki, un, lai tos pareizi salīdzinātu, būtu precīzāk jāsaprot to iespējas.

P O modernas idejas kodolfizikas starojumu var iedalīt divos veidos, pirmais pēc formas elektro magnētiskais lauks , otrais formā daļiņu plūsma (korpuskulārais starojums). Pirmais veids var būt gamma daļiņu plūsma vai rentgenstari . To galvenā iezīme ir spēja izplatīties viļņa veidā ļoti lielos attālumos, savukārt tie viegli iziet cauri dažādiem objektiem un var viegli iekļūt lielākajā daļā. dažādi materiāli. Piemēram, ja cilvēkam kodolsprādziena dēļ ir nepieciešams paslēpties no gamma staru plūsmas, tad, slēpjoties mājas vai bumbu patvertnes pagrabā, ievērojot tā relatīvo hermētiskumu, viņš var pasargāt sevi no šāda veida starojuma tikai ar 50 procenti.

4. att. Rentgena un gamma starojuma kvanti.

T kāda veida starojums ir impulsīvs un to raksturo izplatīšanās vidi fotonu vai kvantu veidā, t.i. īsi sprādzieni elektromagnētiskā radiācija. Šādam starojumam var būt dažādi enerģijas un frekvences raksturlielumi, piemēram, rentgena starojumam ir tūkstoš reižu zemāka frekvence nekā gamma stariem. Tāpēc gamma stari ir daudz bīstamāki Priekš cilvēka ķermenis un to ietekme ir daudz postošāka.

UN Starojums, kas balstīts uz korpuskulāro principu, ir alfa un beta daļiņas (ķermeņi). Tie rodas kodolreakcijas rezultātā, kurā daži radioaktīvie izotopi tiek pārvērsti citos, atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu. Šajā gadījumā beta daļiņas ir elektronu plūsma, un alfa daļiņas ir daudz lielāki un stabilāki veidojumi, kas sastāv no diviem neitroniem un diviem protoniem, kas saistīti viens ar otru. Faktiski hēlija atoma kodolam ir šāda struktūra, tāpēc var apgalvot, ka alfa daļiņu plūsma ir hēlija kodolu plūsma.

Ir pieņemta šāda klasifikācija , alfa daļiņām ir vismazākā iespiešanās spēja, lai no tām pasargātos, pietiek ar to, lai cilvēks un biezs kartons, beta daļiņām ir lielāka iespiešanās spēja, lai cilvēks varētu pasargāt sevi no šāda starojuma straumes, viņam būs nepieciešama dažu milimetru bieza metāla aizsardzība (piemēram, alumīnija loksne). Aizsardzības pret gamma kvantiem praktiski nav, un tie izplatās ievērojamos attālumos, izbalējot, attālinoties no epicentra vai avota, un pakļaujoties elektromagnētisko viļņu izplatīšanās likumiem.

5. att. Radioaktīvās daļiņas alfa un beta tips.

UZ Arī enerģijas daudzumi, kas piemīt visiem šiem trim starojuma veidiem, ir atšķirīgi, un alfa daļiņu plūsmai ir vislielākā no tām. Piemēram, alfa daļiņu enerģija ir septiņus tūkstošus reižu lielāka par beta daļiņu enerģiju , t.i. iespiešanās spēks dažādi veidi starojums, atrodas aizmugurē proporcionāla atkarība par to caururbjošo spēku.

D Cilvēka ķermenim tiek uzskatīts visbīstamākais radioaktīvā starojuma veids gamma kvanti , pateicoties lielai iespiešanās spējai, un pēc tam lejupejošas, beta daļiņas un alfa daļiņas. Tāpēc ir diezgan grūti noteikt alfa daļiņas, ja to nav iespējams pateikt ar parasto skaitītāju. Ģēģers - Mullers, jo viņiem šķērslis ir gandrīz jebkurš priekšmets, nemaz nerunājot par stikla vai metāla trauku. Ar šādu skaitītāju ir iespējams noteikt beta daļiņas, bet tikai tad, ja to enerģija ir pietiekama, lai izietu cauri skaitītāja konteinera materiālam.

Zema enerģijas patēriņa beta daļiņām parastais Geigera-Mullera skaitītājs ir neefektīvs.

PAR Līdzīga situācija ar gamma starojumu, pastāv iespēja, ka tie izies cauri tvertnei, nesākot jonizācijas reakciju. Lai to izdarītu, skaitītājos ir uzstādīts īpašs ekrāns (izgatavots no blīva tērauda vai svina), kas ļauj samazināt gamma staru enerģiju un tādējādi aktivizēt izlādi skaitītāja kamerā.

Geigera-Mullera skaitītāju pamatīpašības un atšķirības

AR Ir arī vērts izcelt dažus galvenos raksturlielumus un atšķirības dažādiem dozimetriem, kas aprīkoti ar Geiger-Muller gāzizlādes skaitītāji. Lai to izdarītu, jums vajadzētu salīdzināt dažus no tiem.

Visizplatītākie Geigera-Muller skaitītāji ir aprīkoti ar cilindrisks vai gala sensori. Cilindriski ir līdzīgi iegarenam cilindram caurules formā ar mazu rādiusu. Gala jonizācijas kamerai ir noapaļota vai taisnstūrveida forma. mazi izmēri, bet ar ievērojamu gala darba virsmu. Dažreiz ir dažādas gala kameras ar iegarenu cilindrisku cauruli ar nelielu ieejas logu gala pusē. Dažādas skaitītāju konfigurācijas, proti, pašas kameras, spēj reģistrēt dažāda veida starojumu vai to kombinācijas (piemēram, gamma un beta staru kombinācijas vai visu alfa, beta un gamma spektru). Tas kļūst iespējams, pateicoties īpaši izstrādātajam skaitītāja korpusa dizainam, kā arī materiālam, no kura tas ir izgatavots.

E Vēl viena svarīga sastāvdaļa paredzētajai skaitītāju izmantošanai ir ievades sensora elementa laukums un darba zona . Citiem vārdiem sakot, šī ir nozare, caur kuru mūs interesējošās radioaktīvās daļiņas nonāks un tiks reģistrētas. Jo lielāks šis laukums, jo vairāk skaitītājs spēs uztvert daļiņas, un jo lielāka būs tā jutība pret starojumu. Pases dati k norāda darba virsmas laukumu, kā likums, kvadrātcentimetros.

E Vēl viens svarīgs rādītājs, kas norādīts dozimetra raksturlielumos, ir skaļuma līmenis (mēra impulsos sekundē). Citiem vārdiem sakot, šo rādītāju var saukt par iekšējo fona vērtību. To var noteikt laboratorijā, šim nolūkam ierīci novieto labi aizsargātā telpā vai kamerā, parasti ar biezām svina sienām, un reģistrē pašas ierīces izstarotā starojuma līmeni. Ir skaidrs, ka, ja šāds līmenis ir pietiekami nozīmīgs, tad šie radītie trokšņi tieši ietekmēs mērījumu kļūdas.

Katram profesionālim un starojumam ir tāds raksturlielums kā radiācijas jutība, ko mēra arī impulsos sekundē (imp/s) vai impulsos uz mikrorentgenu (imp/µR). Šāds parametrs vai drīzāk tā izmantošana ir tieši atkarīgs no jonizējošā starojuma avota, uz kuru ir noregulēts skaitītājs un uz kura tiks veikti turpmāki mērījumi. Bieži vien regulēšanu veic avoti, tostarp tādi radioaktīvie materiāli kā rādijs - 226, kobalts - 60, cēzijs - 137, ogleklis - 14 un citi.

E Vēl viens rādītājs, pēc kura ir vērts salīdzināt dozimetrus, ir jonu starojuma noteikšanas efektivitāte vai radioaktīvās daļiņas. Šī kritērija esamība ir saistīta ar to, ka netiks reģistrētas visas radioaktīvās daļiņas, kas iet cauri dozimetra jutīgajam elementam. Tas var notikt gadījumā, ja gamma starojuma kvants neizraisīja jonizāciju skaitītāja kamerā vai daļiņu skaits, kas izgāja cauri un izraisīja jonizāciju un izlādi, ir tik liels, ka ierīce tos nepietiekami uzskaita, un citu iemeslu dēļ. Lai precīzi noteiktu šo konkrēta dozimetra raksturlielumu, to pārbauda, ​​izmantojot dažus radioaktīvos avotus, piemēram, plutoniju-239 (alfa daļiņām) vai talliju - 204, stronciju - 90, itriju - 90 (beta emitētājs), kā arī citi radioaktīvie materiāli.

AR Nākamais kritērijs, kas jāņem vērā, ir reģistrēts enerģijas diapazons . Jebkurai radioaktīvai daļiņai vai starojuma kvantam ir atšķirīgs enerģijas raksturlielums. Tāpēc dozimetri ir paredzēti, lai mērītu ne tikai noteiktu starojuma veidu, bet arī to attiecīgos enerģijas raksturlielumus. Šāds rādītājs tiek mērīts megaelektronvoltos vai kiloelektronvoltos, (MeV, KeV). Piemēram, ja beta daļiņām nav pietiekami daudz enerģijas, tad tās nespēs izsist elektronu skaitītāja kamerā un tāpēc netiks reģistrētas, vai arī tikai augstas enerģijas alfa daļiņas varēs izlauzties cauri Geigera-Mullera skaitītāja korpusa materiāls un izsist elektronu.

UN Pamatojoties uz iepriekš minēto, mūsdienu radiācijas dozimetru ražotāji ražo plašu ierīču klāstu dažādiem mērķiem un konkrētām nozarēm. Tāpēc ir vērts apsvērt konkrētus Geigera skaitītāju veidus.

Dažādas iespējasĢēģera-Mülera skaitītāji

P Pirmā dozimetru versija ir ierīces, kas paredzētas gamma fotonu un augstfrekvences (cietā) beta starojuma reģistrēšanai un noteikšanai. Šim mērījumu diapazonam ir paredzēti gandrīz visi iepriekš ražotie un modernie, gan sadzīves, piemēram:, gan profesionālie starojuma dozimetri, piemēram. Šādam starojumam ir pietiekama enerģija un augsta iespiešanās jauda, ​​lai Geigera skaitītāja kamera tos varētu reģistrēt. Šādas daļiņas un fotoni viegli iekļūst letes sienās un izraisa jonizācijas procesu, un to viegli fiksē ar atbilstošo dozimetra elektronisko uzpildīšanu.

D Lai reģistrētu šāda veida starojumu, populāri skaitītāji, piemēram, SBM-20 , kam ir sensors cilindriskas caurules cilindra formā ar koaksiāli savienotu katodu un anodu. Turklāt sensora caurules sienas vienlaikus kalpo kā katods un korpuss, un tās ir izgatavotas no nerūsējošā tērauda. Šim skaitītājam ir šādas īpašības:

• jutīgā elementa darba zonas laukums ir 8 kvadrātcentimetri;
• starojuma jutība pret gamma starojumu aptuveni 280 impulsi / s vai 70 impulsi / μR (pārbaude tika veikta cēzijam - 137 pie 4 μR / s);
• dozimetra iekšējais fons ir aptuveni 1 imp/s;
• Sensors ir paredzēts, lai noteiktu gamma starojumu ar enerģiju diapazonā no 0,05 MeV līdz 3 MeV un beta daļiņas ar enerģiju 0,3 MeV gar apakšējo robežu.

6. att. Geigera skaitītāja ierīce SBM-20.

Plkst Šim skaitītājam bija dažādas modifikācijas, piemēram, SBM-20-1 vai SBM-20U kuram ir līdzīgas īpašības, bet atšķiras ar kontaktu elementu un mērīšanas ķēdes pamatkonstrukciju. Arī citām šī Geigera-Mullera skaitītāja modifikācijām, un tās ir SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, ir līdzīgi parametri, daudzi no tiem ir atrodami sadzīves starojuma dozimetros, kas šodien atrodami veikalos. .

AR Nākamā radiācijas dozimetru grupa ir paredzēta reģistrēšanai gamma fotoni un rentgena stari . Ja runājam par šādu ierīču precizitāti, tad jāsaprot, ka fotons un gamma starojums ir elektromagnētiskā starojuma kvanti, kas pārvietojas ar gaismas ātrumu (apmēram 300 000 km/s), tāpēc šāda objekta reģistrēšana ir diezgan grūts uzdevums.

Šādu Geigera skaitītāju efektivitāte ir aptuveni viens procents.

H Lai to palielinātu, ir nepieciešams palielināt katoda virsmu. Faktiski gamma kvanti tiek reģistrēti netieši, pateicoties to izsistajiem elektroniem, kas pēc tam piedalās inertas gāzes jonizācijā. Lai pēc iespējas efektīvāk veicinātu šo parādību, tiek īpaši izvēlēts pretkameras materiāls un sieniņu biezums, kā arī katoda izmēri, biezums un materiāls. Šeit liels materiāla biezums un blīvums var samazināt reģistrācijas kameras jutību, un pārāk mazs ļaus augstfrekvences beta starojumam viegli iekļūt kamerā, kā arī palielinās ierīcei raksturīgā starojuma trokšņa daudzumu, kas mazina gamma kvantu noteikšanas precizitāti. Protams, precīzas proporcijas izvēlas ražotāji. Faktiski, pamatojoties uz šo principu, tiek ražoti dozimetri Ģēģera-Mülera skaitītāji Priekš tieša definīcija gamma starojums uz zemes, savukārt šāda ierīce izslēdz iespēju noteikt cita veida starojumu un radioaktīvos efektus, kas ļauj precīzi noteikt radiācijas piesārņojumu un līmeni negatīva ietekme uz vienu cilvēku tikai gamma starojumam.

IN sadzīves dozimetri, kas ir aprīkoti ar cilindriskiem sensoriem, ir uzstādīti šādi tipi: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 un daudzi citi. Turklāt dažos veidos uz ievades, gala, jutīgā loga ir uzstādīts īpašs filtrs, kas īpaši kalpo alfa un beta daļiņu nogriešanai un papildus palielina katoda laukumu, lai iegūtu vairāk efektīva definīcija gamma kvanti. Šie sensori ietver Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M un citus.

H Lai skaidrāk izprastu viņu darbības principu, ir vērts sīkāk apsvērt vienu no šiem skaitītājiem. Piemēram, gala skaitītājs ar sensoru Beta — 2 miljoni , kam ir noapaļota darba loga forma, kas ir aptuveni 14 kvadrātcentimetri. Šajā gadījumā radiācijas jutība pret kobaltu - 60 ir aptuveni 240 impulsi / μR. Šis tips Skaitītājam ir ļoti zems paštrokšņa līmenis , kas ir ne vairāk kā 1 impulss sekundē. Tas ir iespējams, pateicoties biezu sienu svina kamerai, kas, savukārt, ir paredzēta fotonu starojuma noteikšanai ar enerģiju diapazonā no 0,05 MeV līdz 3 MeV.

7. att. Beigu gamma skaitītājs Beta-2M.

Lai noteiktu gamma starojumu, ir pilnīgi iespējams izmantot gamma-beta impulsu skaitītājus, kas paredzēti cieto (augstfrekvences un augstas enerģijas) beta daļiņu un gamma kvantu reģistrēšanai. Piemēram, SBM modelis ir 20. Ja vēlaties izslēgt beta daļiņu reģistrāciju šajā dozimetra modelī, tad pietiek uzstādīt svina ekrānu vai vairogu no jebkura cita metāla materiāls(vadošais ekrāns ir efektīvāks). Šis ir visizplatītākais veids, ko lielākā daļa dizaineru izmanto, veidojot gamma un rentgenstaru skaitītājus.

"Mīkstā" beta starojuma reģistrācija.

UZ Kā jau minējām iepriekš, mīksta beta starojuma (starojums ar zemu enerģijas īpašībām un salīdzinoši zemu frekvenci) reģistrēšana ir diezgan sarežģīts uzdevums. Lai to izdarītu, ir jānodrošina iespēja tiem vieglāk iekļūt reģistrācijas kamerā. Šiem nolūkiem īpašs plāns darba logs, kā likums, no vizlas vai polimēra plēves, kas praktiski nerada šķēršļus šāda veida beta starojuma iekļūšanai jonizācijas kamerā. Šajā gadījumā pats sensora korpuss var darboties kā katods, un anods ir lineāru elektrodu sistēma, kas ir vienmērīgi sadalīti un uzstādīti uz izolatoriem. Reģistrācijas logs ir izveidots beigu versijā, un šajā gadījumā beta daļiņu ceļā parādās tikai plāna vizlas plēve. Dozimetros ar šādiem skaitītājiem gamma starojums tiek reģistrēts kā pielietojums un faktiski kā papildu funkcija. Un, ja vēlaties atbrīvoties no gamma kvantu reģistrācijas, jums ir jāsamazina katoda virsma.

8. att. Geigera skaitītāja ierīce.

AR Jāatzīmē, ka mīksto beta daļiņu noteikšanas skaitītāji tika izveidoti diezgan sen un tika veiksmīgi izmantoti pagājušā gadsimta otrajā pusē. Starp tiem visizplatītākie bija šāda veida sensori SBT10 Un SI8B , kam bija plānsienu vizlas darba logi. Vairāk modernā versija tāda ierīce Beta 5 ar darba loga laukumu aptuveni 37 kv/cm, taisnstūra forma no vizlas materiāla. Šādiem jutīgā elementa izmēriem ierīce spēj reģistrēt aptuveni 500 impulsus/µR, ja mēra ar kobaltu - 60. Tajā pašā laikā daļiņu noteikšanas efektivitāte ir līdz 80 procentiem. Citi šīs ierīces rādītāji ir šādi: paštroksnis ir 2,2 impulsi / s, enerģijas noteikšanas diapazons ir no 0,05 līdz 3 MeV, savukārt zemākais slieksnis mīkstā beta starojuma noteikšanai ir 0,1 MeV.

9. att. Beigu beta-gamma skaitītājs Beta-5.

UN Protams, tas ir pieminēšanas vērts Ģēģera-Mülera skaitītāji spēj noteikt alfa daļiņas. Ja mīkstā beta starojuma reģistrēšana šķiet diezgan grūts uzdevums, tad alfa daļiņu atklāt ir vēl grūtāk pat ar augstiem enerģijas rādītājiem. Šādu problēmu var atrisināt, tikai attiecīgi samazinot darba loga biezumu līdz biezumam, kas ir pietiekams alfa daļiņas iekļūšanai sensora reģistrācijas kamerā, kā arī gandrīz pilnībā tuvinot ievades logu. uz alfa daļiņu starojuma avotu. Šim attālumam jābūt 1 mm. Ir skaidrs, ka šāda ierīce automātiski reģistrēs jebkura cita veida starojumu, turklāt ar pietiekami daudz augsta efektivitāte. Tam ir gan pozitīvas, gan negatīvas puses:

Pozitīvi - šādu ierīci var izmantot visplašākajā radioaktīvā starojuma analīzes diapazonā

negatīvs - paaugstinātas jutības dēļ radīsies ievērojams trokšņa daudzums, kas apgrūtinās saņemto reģistrācijas datu analīzi.

UZ Turklāt, lai arī vizlas darba logs ir pārāk plāns, tas palielina skaitītāja iespējas, taču tas kaitē jonizācijas kameras mehāniskajai izturībai un necaurlaidībai, jo īpaši tāpēc, ka pašam logam ir diezgan liels darba virsmas laukums. Salīdzinājumam, iepriekš minētajos skaitītājos SBT10 un SI8B ar darba loga laukumu aptuveni 30 kv/cm vizlas slāņa biezums ir 13–17 µm un ar nepieciešamo biezumu alfa daļiņu ierakstīšanai. 4–5 µm logu var izgatavot tikai ne vairāk kā 0,2 kv/cm, mēs runājam par SBT9 skaitītāju.

PAR Tomēr reģistrācijas darba loga lielo biezumu var kompensēt radioaktīvā objekta tuvums, un otrādi, ar salīdzinoši mazu vizlas loga biezumu kļūst iespējams reģistrēt alfa daļiņu lielākā attālumā par 1 - 2 mm. Ir vērts sniegt piemēru, ja loga biezums ir līdz 15 mikroniem, alfa starojuma avotam jābūt mazākam par 2 mm, savukārt alfa daļiņu avots ir plutonija-239 emitētājs ar starojumu. enerģija 5 MeV. Turpināsim, ar ievades loga biezumu līdz 10 µm, alfa daļiņas iespējams reģistrēt jau attālumā līdz 13 mm, ja tiek izgatavots vizlas logs līdz 5 µm biezs, tad tiks reģistrēts alfa starojums. 24 mm attālumā utt. Cits svarīgs parametrs, kas tieši ietekmē spēju noteikt alfa daļiņas, ir to enerģijas indekss. Ja alfa daļiņas enerģija ir lielāka par 5 MeV, tad attiecīgi palielināsies tās reģistrācijas attālums jebkura veida darba loga biezumam, un, ja enerģija ir mazāka, attālums jāsamazina līdz pilnīga neiespējamība reģistrēt mīksto alfa starojumu.

E vēl vienu svarīgs punkts, ļaujot palielināt alfa skaitītāja jutību, tas ir gamma starojuma reģistrācijas spējas samazināšanās. Lai to izdarītu, ir pietiekami samazināt katoda ģeometriskos izmērus, un gamma fotoni izies caur reģistrācijas kameru, neizraisot jonizāciju. Šāds pasākums ļauj tūkstošiem un pat desmitiem tūkstošu reižu samazināt gamma staru ietekmi uz jonizāciju. Beta starojuma ietekmi uz reģistrācijas kameru vairs nav iespējams novērst, taču ir diezgan vienkārša izeja no šīs situācijas. Vispirms tiek reģistrēts kopējā tipa alfa un beta starojums, pēc tam tiek uzstādīts biezs papīra filtrs un tiek veikts otrs mērījums, kas reģistrēs tikai beta daļiņas. Alfa starojuma vērtību šajā gadījumā aprēķina kā starpību starp kopējo starojumu un atsevišķu beta starojuma aprēķina rādītāju.

Piemēram , ir vērts piedāvāt īpašības moderns skaitītājs Beta-1, kas ļauj reģistrēt alfa, beta, gamma starojumu. Šeit ir norādīti rādītāji.

• jutīgā elementa darba zonas platība ir 7 kv/cm;
• vizlas slāņa biezums ir 12 mikroni, (efektīvais alfa daļiņu noteikšanas attālums plutonijam ir 239, apmēram 9 mm, kobaltam - 60, starojuma jutība ir aptuveni 144 impulsi / mikroR);
• starojuma mērījumu efektivitāte alfa daļiņām - 20% (plutonijam - 239), beta daļiņām - 45% (tallijam -204), un gamma kvantiem - 60% (stroncija sastāvam - 90, itrijam - 90);
• paša dozimetra fons ir aptuveni 0,6 imp/s;
• Sensors ir paredzēts, lai noteiktu gamma starojumu ar enerģiju diapazonā no 0,05 MeV līdz 3 MeV un beta daļiņas ar enerģiju vairāk nekā 0,1 MeV gar apakšējo robežu un alfa daļiņas ar enerģiju 5 MeV vai vairāk.

10. att. Beidziet alfa-beta-gamma skaitītāju Beta-1.

UZ Protams, joprojām ir pietiekami daudz plaša spektra skaitītāji, kas paredzēti šaurākiem un profesionālai lietošanai. Šādām ierīcēm ir vairāki papildu iestatījumi un opcijas (elektriskie, mehāniskie, radiometriskie, klimatiskie utt.), Kas ietver daudzus īpašus terminus un opcijas. Tomēr mēs nekoncentrēsimies uz tiem. Patiešām, lai saprastu pamatprincipi darbības Ģēģera-Mülera skaitītāji , pietiek ar iepriekš aprakstītajiem modeļiem.

IN Ir arī svarīgi pieminēt, ka ir īpašas apakšklases Ģēģera skaitītāji , kas ir īpaši izstrādāti, lai noteiktu dažāda veida cits starojums. Piemēram, lai noteiktu vērtību ultravioletais starojums, lai atklātu un noteiktu lēnos neitronus, kas darbojas pēc koronaizlādes principa, un citas iespējas, kas nav tieši saistītas ar šo tēmu un netiks izskatītas.

Vācu fiziķa Hansa Vilhelma Geigera 1908. gadā izgudrotā ierīce, kas spēj noteikt, tiek plaši izmantota mūsdienās. Iemesls tam ir ierīces augstā jutība, tās spēja reģistrēt dažādus starojumus. Vienkārša darbība un zemās izmaksas ļauj iegādāties Geigera skaitītāju jebkurai personai, kura nolemj patstāvīgi izmērīt radiācijas līmeni jebkurā laikā un jebkurā vietā. Kas ir šī ierīce un kā tā darbojas?

Ģēģera skaitītāja darbības princips

Tās dizains ir diezgan vienkāršs. Gāzu maisījums, kas sastāv no neona un argona, tiek iesūknēts noslēgtā traukā ar diviem elektrodiem, kas viegli jonizējas. Tas tiek piegādāts elektrodiem (apmēram 400 V), kas pats par sevi neizraisa nekādas izlādes parādības līdz pašam brīdim, kad ierīces gāzveida vidē sākas jonizācijas process. Daļiņu parādīšanās no ārpuses noved pie tā, ka primārie elektroni, kas paātrināti attiecīgajā laukā, sāk jonizēt citas gāzveida vides molekulas. Rezultātā reibumā elektriskais lauks notiek lavīnai līdzīga jaunu elektronu un jonu radīšana, kas strauji palielina elektronu jonu mākoņa vadītspēju. Geigera skaitītāja gāzveida vidē notiek izlāde. Impulsu skaits, kas rodas noteiktā laika periodā, ir tieši proporcionāls atklāto daļiņu skaitam. Takovs iekšā vispārīgi runājotĢēģera skaitītāja darbības princips.

Reversais process, kura rezultātā gāzes vide atgriežas sākotnējā stāvoklī, notiek pats par sevi. Halogēnu ietekmē (parasti tiek izmantots broms vai hlors) šajā vidē notiek intensīva lādiņu rekombinācija. Šis process ir daudz lēnāks, un tāpēc laiks, kas nepieciešams, lai atjaunotu Geigera skaitītāja jutīgumu, ir ļoti svarīga ierīces pases īpašība.

Neskatoties uz to, ka Geigera skaitītāja darbības princips ir diezgan vienkāršs, tas spēj reaģēt uz dažāda veida jonizējošo starojumu. Tas ir α-, β-, γ-, kā arī rentgenstaru, neitronu un Viss atkarīgs no ierīces konstrukcijas. Tādējādi Geigera skaitītāja, kas spēj reģistrēt α- un mīksto β starojumu, ieejas logs ir izgatavots no vizlas ar biezumu no 3 līdz 10 mikroniem. Atklāšanai tas ir izgatavots no berilija, bet ultravioletais - no kvarca.

Kur tiek izmantots Ģēģera skaitītājs?

Geigera skaitītāja darbības princips ir mūsdienu dozimetru darbības pamats. Šīs mazās, salīdzinoši zemās cenas ierīces ir diezgan jutīgas un var parādīt rezultātus lasāmās vienībās. To lietošanas vienkāršība ļauj darbināt šīs ierīces pat tiem, kam ir ļoti attāla izpratne par dozimetriju.

Dozimetri atbilstoši savām iespējām un mērījumu precizitātei ir profesionāli un mājsaimniecības. Ar to palīdzību iespējams savlaicīgi un efektīvi noteikt esošo jonizētā starojuma avotu gan atklātās vietās, gan iekštelpās.

Šīs ierīces, kas savā darbā izmanto Ģēģera skaitītāja darbības principu, var savlaicīgi dot signālu par briesmām, izmantojot gan vizuālos, gan skaņas vai vibrācijas signālus. Tātad, jūs vienmēr varat pārbaudīt pārtiku, apģērbu, pārbaudīt mēbeles, aprīkojumu, būvmateriālus utt., vai nav cilvēka ķermenim kaitīga starojuma.

Ģēģera skaitītājs- gāzizlādes ierīce caur to izgājušo jonizējošo daļiņu skaita skaitīšanai. Tas ir ar gāzi pildīts kondensators, kas izlaužas, kad gāzes tilpumā parādās jonizējoša daļiņa. Geigera skaitītāji ir diezgan populāri jonizējošā starojuma detektori (sensori). Līdz šim tiem, kas tika izgudroti pašā mūsu gadsimta sākumā topošās kodolfizikas vajadzībām, dīvainā kārtā nav neviena pilnvērtīga aizvietotāja.

Geigera skaitītāja dizains ir diezgan vienkāršs. Gāzu maisījumu, kas sastāv no viegli jonizējama neona un argona, ievada noslēgtā traukā ar diviem elektrodiem. Tvertnes materiāls var būt dažāds – stikls, metāls u.c.

Parasti skaitītāji uztver starojumu ar visu virsmu, bet ir arī tādi, kuriem cilindrā ir īpašs “logs”. Geigera-Muller skaitītāja plašā izmantošana ir izskaidrojama ar tā augsto jutību, spēju reģistrēt dažādus starojumus, kā arī uzstādīšanas salīdzinošo vienkāršību un zemās izmaksas.

Geigera skaitītāja elektroinstalācijas shēma

Uz elektrodiem tiek pielikts augsts spriegums U (sk. att.), kas pats par sevi neizraisa nekādas izlādes parādības. Skaitītājs paliks šādā stāvoklī, līdz tā gāzveida vidē parādīsies jonizācijas centrs - jonu un elektronu pēdas, ko ģenerē jonizējošā daļiņa, kas nākusi no ārpuses. Primārie elektroni, paātrinoties elektriskais lauks, jonizē "pa ceļam" citas gāzveida vides molekulas, radot arvien vairāk jaunu elektronu un jonu. Attīstoties kā lavīnai, šis process beidzas ar elektronu jonu mākoņa veidošanos telpā starp elektrodiem, kas būtiski palielina tā vadītspēju. Skaitītāja gāzes vidē notiek izlāde, kas ir redzama (ja tvertne ir caurspīdīga) pat ar vienkāršu aci.

Reversais process - gāzveida vides atjaunošana sākotnējā stāvoklī tā sauktajos halogēna skaitītājos - notiek pats par sevi. Sāk darboties halogēni (parasti hlors vai broms), kas nelielā daudzumā atrodas gāzveida vidē, kas veicina intensīvu lādiņu rekombināciju. Bet šis process ir diezgan lēns. Laiks, kas nepieciešams, lai atjaunotu Geigera skaitītāja radiācijas jutību un faktiski nosaka tā ātrumu - "mirušais" laiks - ir tā galvenā pases īpašība.

Šādi skaitītāji ir apzīmēti kā halogēna pašizdziestošie skaitītāji. Ar ļoti zemu barošanas spriegumu, labi parametri izejas signāls un pietiekami liels ātrums, tie izrādījās pieprasīti kā jonizējošā starojuma sensori sadzīves radiācijas monitoringa ierīcēs.

Geigera skaitītāji spēj noteikt visvairāk dažādi veidi jonizējošais starojums - a, b, g, ultravioletais, rentgens, neitroni. Bet faktiskā skaitītāja spektrālā jutība ir ļoti atkarīga no tā konstrukcijas. Tādējādi pret a un mīkstu b starojumu jutīga skaitītāja ievades logam jābūt diezgan plānam; šim nolūkam parasti izmanto 3–10 µm biezu vizlu. Skaitītāja balonam, kas reaģē uz cieto b un g starojumu, parasti ir cilindra forma ar sieniņu biezumu 0,05 ... 0,06 mm (tas kalpo arī kā skaitītāja katods). Rentgena skaitītāja logs ir izgatavots no berilija, bet ultravioletais logs ir izgatavots no kvarca stikla.

Skaitīšanas ātruma atkarība no barošanas sprieguma Geigera skaitītājā

Boru ievada neitronu skaitītājā, ar kuru mijiedarbības rezultātā neitronu plūsma tiek pārvērsta viegli nosakāmās a-daļiņās. Fotonu starojums - ultravioletais, rentgena, g-starojums - Geigera skaitītāji uztver netieši - caur fotoelektrisko efektu, Komptona efektu, pāru veidošanās efektu; katrā gadījumā starojums, kas mijiedarbojas ar katoda materiālu, tiek pārvērsts elektronu plūsmā.

Katra skaitītāja atklātā daļiņa savā izejas ķēdē veido īsu impulsu. Impulsu skaits, kas parādās laika vienībā - Geigera skaitītāja skaitīšanas ātrums - ir atkarīgs no jonizējošā starojuma līmeņa un sprieguma uz tā elektrodiem. Skaitīšanas ātruma standarta diagramma attiecībā pret barošanas spriegumu Upit ir parādīta attēlā iepriekš. Šeit Uns ir skaitīšanas sākuma spriegums; Ung un Uvg ir darba zonas apakšējā un augšējā robeža, tā sauktā plato, uz kuras skaitīšanas ātrums gandrīz nav atkarīgs no skaitītāja barošanas sprieguma. Darba spriegums Ur parasti tiek izvēlēts šīs sadaļas vidū. Tas atbilst Nr, skaitīšanas ātrumam šajā režīmā.

Skaitīšanas ātruma atkarība no skaitītāja radiācijas iedarbības pakāpes ir tā galvenā īpašība. Šīs atkarības grafiks ir gandrīz lineārs, tāpēc bieži skaitītāja radiācijas jutība tiek parādīta impulsu / μR izteiksmē (impulsi uz mikrorentgenu; šī dimensija izriet no skaitīšanas ātruma - impulsa / s - attiecības pret starojumu līmenis - μR / s).

Tajos gadījumos, kad tas nav norādīts, ir jānosaka skaitītāja radiācijas jutība pēc tā otra ārkārtīgi svarīgā parametra - sava fona. Tas ir skaitīšanas ātruma nosaukums, kura koeficients ir divas sastāvdaļas: ārējais - dabisks radiācijas fons, un iekšējais - radionuklīdu starojums, kas iesprostoti pašā skaitītāja konstrukcijā, kā arī tā katoda spontāna elektronu emisija.

Skaitīšanas ātruma atkarība no gamma kvantu enerģijas ("gājiens ar stingrību") Geigera skaitītājā

Vēl viena būtiska Geigera skaitītāja īpašība ir tā radiācijas jutības atkarība no jonizējošo daļiņu enerģijas ("cietības"). To, cik lielā mērā šī atkarība ir nozīmīga, parāda diagramma attēlā. "Ceļošana ar stingrību" acīmredzami ietekmēs veikto mērījumu precizitāti.

Tam, ka Geigera skaitītājs ir lavīnas ierīce, ir arī savi trūkumi - pēc šādas ierīces reakcijas nevar spriest par tā ierosmes pamatcēloni. Izejas impulsi, ko ģenerē Geigera skaitītājs a-daļiņu, elektronu, g-kvantu ietekmē, neatšķiras. Pašas daļiņas, to enerģijas pilnībā izzūd to radītajās dvīņu lavīnās.

Tabulā parādīta informācija par pašdzēšamajiem vietējās ražošanas halogēna Geigera skaitītājiem, kas ir vispiemērotākie mājsaimniecības ierīces radiācijas kontrole.

	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	82x31	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 - darba spriegums, V;
• 2 - plato - apgabals ar zemu skaitīšanas ātruma atkarību no barošanas sprieguma, V;
• 3 — savs skaitītāja fons, imp/s, ne vairāk;
• 4 - skaitītāja radiācijas jutība, impulsi/μR (* - kobaltam-60);
• 5 - izejas impulsa amplitūda, V, ne mazāka;
• 6 — izmēri, mm — diametrs x garums (garums x platums x augstums);
• 7.1 - cietais b - un g - starojums;
• 7.2 - tas pats un mīksts b - starojums;
• 7.3 - tas pats un a - starojums;
• 7,4 - g - starojums.

Geigera skaitītājs SI-8B (PSRS) ar vizlas logu mīksta β-starojuma mērīšanai. Logs ir caurspīdīgs, zem tā redzams spirālveida stieples elektrods, otrs elektrods ir ierīces korpuss

Stāsts

Šo principu 1908. gadā ierosināja Hanss Geigers; 1928. gadā Valters Millers, strādājot Ģēģera vadībā, praksē ieviesa vairākas ierīces versijas, kuru dizains atšķīrās atkarībā no skaitītāja reģistrētā starojuma veida.

Ierīce

Tas ir ar gāzi pildīts kondensators, kas izlaužas, kad jonizējošā daļiņa iziet cauri gāzes tilpumam. Papildu elektroniskā shēma nodrošina skaitītāju ar jaudu (parasti vismaz 300 volti). Ja nepieciešams, nodrošina izlādes slāpēšanu un uzskaita izlāžu skaitu caur skaitītāju.

Geigera skaitītāji ir sadalīti pašizdziestošajos un pašizdziestošajos (nav nepieciešama ārēja izlādes beigu ķēde).

Mērot vājas jonizējošā starojuma plūsmas ar Geigera skaitītāju, ir jāņem vērā tā fons. Pat biezā svina vairogā skaitīšanas ātrums nekad nekļūst nulle. Viens no šīs skaitītāja spontānās darbības iemesliem ir kosmiskā starojuma cietā sastāvdaļa, kas bez būtiskas vājināšanās iekļūst pat caur desmitiem centimetru svina un sastāv galvenokārt no mioniem. Aptuveni 1 mūons minūtē izlido caur katru kvadrātcentimetru netālu no Zemes virsmas, savukārt to reģistrēšanas efektivitāte ar Ģēģera skaitītāju ir gandrīz 100%. Vēl viens fona avots ir paša skaitītāja materiālu radioaktīvais "piesārņojums". Turklāt būtisku ieguldījumu iekšējā fona veidošanā sniedz spontāna elektronu emisija no skaitītāja katoda.

Gribam vai nē, radiācija ir stingri ienākusi mūsu dzīvē un negrasās pamest. Mums jāiemācās sadzīvot ar šo gan noderīgo, gan bīstamo parādību. Radiācija izpaužas kā neredzami un nemanāmi starojumi, un tos nav iespējams noteikt bez īpašiem instrumentiem.

Nedaudz no radiācijas vēstures

Rentgenstari tika atklāti 1895. gadā. Gadu vēlāk tika atklāta urāna radioaktivitāte, arī saistībā ar rentgena stariem. Zinātnieki saprata, ka viņus gaida pilnīgi jaunas, līdz šim neredzētas dabas parādības. Interesanti, ka radiācijas fenomens tika pamanīts dažus gadus agrāk, taču tam netika piešķirta nozīme, lai gan apdegumi no plkst. rentgenstari saņēma vairāk Nikola Tesla un citus Edisona laboratorijas darbiniekus. Kaitējums veselībai tika piedēvēts jebkam, bet ne stariem, ar kādiem dzīvā būtne nekad nebija sastapusi tādās devās. 20. gadsimta pašā sākumā sāka parādīties raksti par starojuma kaitīgo ietekmi uz dzīvniekiem. Arī tam netika piešķirta nozīme līdz sensacionālajam stāstam par "radija meitenēm" - strādniekiem rūpnīcā, kas ražoja gaismas pulksteņus. Viņi vienkārši saslapina otas ar mēles galu. Dažu no viņiem briesmīgais liktenis ētisku apsvērumu dēļ pat netika publicēts un palika pārbaudījums tikai ārstu stiprajiem nerviem.

1939. gadā fiziķe Līze Meitnere, kura kopā ar Oto Hānu un Fricu Strasmanu atsaucas uz cilvēkiem, kuri pasaulē pirmo reizi sadalīja urāna kodolu, netīšām izpļāpājās par iespēju. ķēdes reakcija, un no šī brīža sākās ideju ķēdes reakcija par bumbas, proti, bumbas, nevis “mierīgā atoma” radīšanu, par ko 20. gadsimta asinskārie politiķi, protams, nebūtu atdevuši ne santīma. Tie, kas bija "zinoši", jau zināja, pie kā tas novedīs, un sākās kodolieroču sacensības.

Kā radās Geigera-Mullera skaitītājs?

Vācu fiziķis Hanss Geigers, kurš strādāja Ernsta Rezerforda laboratorijā, 1908. gadā ierosināja "uzlādēto daļiņu" skaitītāja darbības principu kā jau zināmās jonizācijas kameras tālāku attīstību, kas bija elektrisks kondensators, kas piepildīts ar gāzi zemā līmenī. spiedienu. To kopš 1895. gada izmanto Pjērs Kirī, lai pētītu gāzu elektriskās īpašības. Ģēģerim radās ideja to izmantot jonizējošā starojuma noteikšanai tieši tāpēc, ka šiem starojumiem bija tieša ietekme uz gāzes jonizācijas pakāpi.

1928. gadā Valters Millers Geigera vadībā izveido vairāku veidu starojuma skaitītājus, kas paredzēti dažādu jonizējošo daļiņu reģistrēšanai. Skaitītāju izveide bija ļoti steidzama nepieciešamība, bez kuras nebija iespējams turpināt radioaktīvo materiālu izpēti, jo fizika kā eksperimentāla zinātne nav iedomājama bez mērinstrumentiem. Geigers un Millers mērķtiecīgi strādāja pie skaitītāju izveides, kas būtu jutīgi pret katru no tiem atklātajiem starojuma veidiem: α, β un γ (neitroni tika atklāti tikai 1932. gadā).

Geigera-Mullera skaitītājs izrādījās vienkāršs, uzticams, lēts un praktisks starojuma sensors. Lai gan tas nav precīzākais instruments noteiktu daļiņu vai starojuma veidu pētīšanai, tas ir ārkārtīgi piemērots kā instruments vispārējai jonizējošā starojuma intensitātes mērīšanai. Un kombinācijā ar citiem detektoriem to izmanto arī fiziķi, lai veiktu visprecīzākos mērījumus eksperimentos.

jonizējošā radiācija

Lai labāk izprastu Geigera-Mullera skaitītāja darbību, ir lietderīgi izprast jonizējošo starojumu kopumā. Pēc definīcijas tie ietver visu, kas var izraisīt vielas jonizāciju tās normālā stāvoklī. Tas prasa noteiktu enerģijas daudzumu. Piemēram, radioviļņi vai pat ultravioletā gaisma neattiecas uz jonizējošo starojumu. Robeža sākas ar "cieto ultravioleto staru", aka "soft X-ray". Šis starojuma veids ir fotonu veida starojums. Augstas enerģijas fotonus parasti sauc par gamma kvantiem.

Ernsts Rezerfords bija pirmais, kurš iedalīja jonizējošo starojumu trīs veidos. Tas tika veikts eksperimentālā iestatījumā, izmantojot magnētisko lauku vakuumā. Vēlāk izrādījās, ka šis:

α - hēlija atomu kodoli
β - augstas enerģijas elektroni
γ — gamma kvanti (fotoni)

Vēlāk tika atklāti neitroni. Alfa daļiņas viegli aiztur pat parasts papīrs, beta daļiņām ir nedaudz lielāka iespiešanās spēja, un gamma stariem ir vislielākā. Bīstamākie neitroni (daudzu desmitu metru attālumā gaisā!). Elektriskās neitralitātes dēļ tie nesadarbojas ar vielas molekulu elektronu apvalkiem. Bet nokļūstot atoma kodols, kuru iespējamība ir diezgan augsta, noved pie tā nestabilitātes un sabrukšanas, kā likums, veidojoties radioaktīviem izotopiem. Un jau tie, savukārt, bojājas, paši veido visu jonizējošā starojuma "buķeti". Sliktākais, ka apstarotais objekts vai dzīvais organisms pats kļūst par starojuma avotu daudzām stundām un dienām.

Geigera-Mullera skaitītāja ierīce un tās darbības princips

Gāzeizlādes Geigera-Mullera skaitītājs parasti tiek izgatavots slēgtas caurules, stikla vai metāla veidā, no kuras tiek izvadīts gaiss, un tā vietā tiek pievienota inerta gāze (neons vai argons vai to maisījums). zemā spiedienā, ar halogēnu vai spirta piejaukumu. Gar caurules asi ir izstiepts plāns vads, un ar to koaksiāli atrodas metāla cilindrs. Gan caurule, gan vads ir elektrodi: caurule ir katods, bet vads ir anods. Mīnuss no pastāvīga sprieguma avota ir savienots ar katodu, un plus no pastāvīga sprieguma avota ir savienots ar anodu caur lielu pastāvīgu pretestību. Elektriski tiek iegūts sprieguma dalītājs, kura viduspunktā (pretestības un skaitītāja anoda krustpunktā) spriegums ir gandrīz vienāds ar spriegumu pie avota. Parasti tas ir vairāki simti voltu.

Jonizējošajai daļiņai izlidojot cauri caurulei, inertās gāzes atomi, jau atrodoties augstas intensitātes elektriskajā laukā, piedzīvo sadursmes ar šo daļiņu. Enerģija, ko daļiņa atdod sadursmes laikā, ir pietiekama, lai atdalītu elektronus no gāzes atomiem. Iegūtie sekundārie elektroni paši spēj radīt jaunas sadursmes, un tādējādi tiek iegūta vesela elektronu un jonu lavīna. Elektriskā lauka ietekmē elektroni tiek paātrināti pret anodu, bet pozitīvi lādēti gāzes joni - pret caurules katodu. Tādējādi ir elektrība. Bet tā kā daļiņas enerģija jau ir iztērēta sadursmēm, pilnībā vai daļēji (daļiņa izlidoja cauri caurulei), beidzas arī jonizēto gāzes atomu padeve, kas ir vēlama un tiek nodrošināta ar dažiem papildu pasākumiem, kurus mēs apspriedīs, analizējot skaitītāju parametrus.

Kad uzlādēta daļiņa nonāk Geigera-Mullera skaitītājā, caurules pretestība samazinās iegūtās strāvas dēļ un līdz ar to arī spriegums sprieguma dalītāja viduspunktā, kas tika apspriests iepriekš. Tad caurules pretestība, palielinoties tās pretestībai, tiek atjaunota, un spriegums atkal kļūst tāds pats. Tādējādi mēs iegūstam negatīvu sprieguma impulsu. Saskaitot momentus, mēs varam novērtēt garāmejošo daļiņu skaitu. Elektriskā lauka stiprums pie anoda ir īpaši augsts tā mazā izmēra dēļ, kas padara skaitītāju jutīgāku.

Geigera-Muller skaitītāju dizaini

Mūsdienu Geiger-Muller skaitītāji ir pieejami divās galvenajās versijās: "klasiskā" un plakana. Klasiskā lete ir izgatavota no plānsienu metāla caurules ar rievojumu. Skaitītāja gofrētā virsma padara cauruli stingru, izturīgu pret ārējo iedarbību atmosfēras spiediens un neļauj viņai saburzīt zem viņa ietekmes. Caurules galos ir blīvējoši izolatori, kas izgatavoti no stikla vai termoreaktīvas plastmasas. Tajos ir arī spailes-vāciņi savienošanai ar instrumenta ķēdi. Caurule ir marķēta un pārklāta ar izturīgu izolācijas laku, ja neskaita, protams, tās secinājumus. Ir atzīmēta arī vadu polaritāte. Šis ir universāls skaitītājs visu veidu jonizējošajam starojumam, īpaši beta un gamma starojumam.

Skaitītāji, kas ir jutīgi pret mīkstu β-starojumu, tiek izgatavoti atšķirīgi. β-daļiņu nelielā diapazona dēļ tās jāveido plakanas, ar vizlas logu, kas vāji aizkavē beta starojumu, viens no šāda skaitītāja variantiem ir radiācijas sensors BETA-2. Visas pārējās skaitītāju īpašības nosaka materiāli, no kuriem tie ir izgatavoti.

Skaitītāji, kas paredzēti gamma starojuma reģistrēšanai, satur katodu, kas izgatavots no metāliem ar lielu lādiņu skaitu vai ir pārklāts ar šādiem metāliem. Gāzi ārkārtīgi vāji jonizē gamma fotoni. Bet, no otras puses, gamma fotoni spēj izsist no katoda daudz sekundāro elektronu, ja tas ir pareizi izvēlēts. Geigera-Mullera beta daļiņu skaitītāji ir izgatavoti ar plāniem logiem, lai nodrošinātu labāku daļiņu caurlaidību, jo tie ir parastie elektroni, kas tikko saņēmuši daudz enerģijas. Viņi ļoti labi mijiedarbojas ar matēriju un ātri zaudē šo enerģiju.

Alfa daļiņu gadījumā situācija ir vēl sliktāka. Tātad, neskatoties uz ļoti pienācīgu enerģiju, kas ir vairāku MeV, alfa daļiņas ļoti spēcīgi mijiedarbojas ar molekulām, kas atrodas ceļā, un ātri zaudē enerģiju. Ja matēriju salīdzina ar mežu un elektronu ar lodi, tad alfa daļiņas būs jāsalīdzina ar tvertni, kas plosās cauri mežam. Tomēr parasts skaitītājs labi reaģē uz α-starojumu, bet tikai attālumā līdz vairākiem centimetriem.

Objektīvam jonizējošā starojuma līmeņa novērtējumam dozimetri uz letes vispārējai lietošanai bieži tiek piegādāti ar diviem skaitītājiem, kas darbojas paralēli. Viens ir jutīgāks pret α un β starojumu, bet otrs pret γ-stariem. Šāda divu skaitītāju izmantošanas shēma ir ieviesta dozimetrā RADEX RD1008 un dozimetra-radiometrā RADEX MKS-1009 kurā ir uzstādīts skaitītājs BETA-2 Un BETA-2M. Dažreiz starp skaitītājiem tiek novietots stienis vai plāksne, kas izgatavota no sakausējuma, kas satur kadmija piejaukumu. Kad neitroni skar šādu stieni, rodas γ-starojums, kas tiek reģistrēts. Tas tiek darīts, lai varētu noteikt neitronu starojumu, pret kuru vienkāršie Geigera skaitītāji ir praktiski nejutīgi. Vēl viens veids ir pārklāt korpusu (katodu) ar piemaisījumiem, kas spēj radīt jutību pret neitroniem.

Halogēni (hlors, broms) tiek sajaukti ar gāzi, lai ātri nodzēstu izlādi. Spirta tvaiki kalpo tam pašam mērķim, lai gan alkohols šajā gadījumā ir īslaicīgs (tā parasti ir alkohola īpašība) un “attīrītais” skaitītājs pastāvīgi sāk “zvanīt”, tas ir, tas nevar darboties noteiktajā režīmā. Tas notiek kaut kur pēc 1e9 impulsu reģistrācijas (miljards), kas nav tik daudz. Halogēna skaitītāji ir daudz izturīgāki.

Ģēģera skaitītāju parametri un darbības režīmi

Geigera skaitītāju jutība.

Skaitītāja jutība tiek novērtēta pēc mikrorentgenu skaita no paraugavota un šī starojuma izraisīto impulsu skaita attiecības. Tā kā Geigera skaitītāji nav paredzēti daļiņu enerģijas mērīšanai, precīzu aplēsi ir grūti izdarīt. Skaitītāji ir kalibrēti pret standarta izotopu avotiem. Jāatzīmē, ka šis parametrs dažādi veidi skaitītāji var ievērojami atšķirties, tālāk ir norādīti visizplatītāko Geigera-Mullera skaitītāju parametri:

Ģēģera-Mullera skaitītājs Beta 2- 160 ÷ 240 imps/µR

Ģēģera-Mullera skaitītājs Beta 1- 96 ÷ 144 imps/µR

Ģēģera-Mullera skaitītājs SBM-20- 60 ÷ 75 impulsi / µR

Ģēģera-Mullera skaitītājs SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imps/µR

Ģēģera-Mullera skaitītājs SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imps/µR

Ieejas logu zona vai darba zona

Radiācijas sensora laukums, caur kuru lido radioaktīvās daļiņas. Šis raksturlielums ir tieši saistīts ar sensora izmēriem. Kā vairāk platības, jo vairāk daļiņu noķers Geigera-Mullera skaitītājs. Parasti šo parametru norāda kvadrātcentimetros.

Ģēģera-Mullera skaitītājs Beta 2- 13,8 cm2

Ģēģera-Mullera skaitītājs Beta 1- 7 cm2

Šis spriegums atbilst aptuveni darbības raksturlieluma vidum. Darbības raksturlielums ir plakana daļa no reģistrēto impulsu skaita atkarības no sprieguma, tāpēc to sauc arī par "plato". Šajā brīdī tiek sasniegts lielākais darbības ātrums (augšējā mērījumu robeža). Tipiskā vērtība 400 V.

Skaitītāja darbības raksturlieluma platums.

Šī ir atšķirība starp dzirksteles sabrukšanas spriegumu un izejas spriegumu raksturlieluma plakanajā daļā. Tipiskā vērtība ir 100 V.

Skaitītāja darbības raksturlieluma slīpums.

Slīpumu mēra kā impulsu procentuālo daudzumu uz voltu. Tas raksturo mērījumu (impulsu skaita) statistisko kļūdu. Tipiskā vērtība ir 0,15%.

Skaitītāja pieļaujamā darba temperatūra.

Vispārējiem mērītājiem -50 ... +70 grādi pēc Celsija. Tas ir ļoti svarīgs parametrs, ja skaitītājs darbojas kamerās, kanālos un citās sarežģītas iekārtas vietās: akseleratoros, reaktoros utt.

Skaitītāja darba resurss.

Kopējais impulsu skaits, ko skaitītājs reģistrē pirms brīža, kad tā rādījumi sāk kļūt nepareizi. Ierīcēm ar organiskām piedevām pašizdziestība parasti ir 1e9 (desmit līdz devītajai jaudai jeb viens miljards). Resurss tiek ņemts vērā tikai tad, ja skaitītājam tiek pievienots darba spriegums. Ja skaitītājs tiek vienkārši saglabāts, šis resurss netiek patērēts.

Skaitītāja miris laiks.

Šis ir laiks (atkopšanas laiks), kurā skaitītājs vada strāvu pēc tam, kad to iedarbina garāmejoša daļiņa. Šāda laika esamība nozīmē, ka impulsa frekvencei ir augšējā robeža, un tas ierobežo mērījumu diapazonu. Tipiskā vērtība ir 1e-4 s, t.i., desmit mikrosekundes.

Jāņem vērā, ka nāves laika dēļ sensors var izrādīties “ārpus skalas” un klusēt visbīstamākajā brīdī (piemēram, spontāna ķēdes reakcija ražošanā). Tādi gadījumi ir bijuši, un to apkarošanai tiek izmantoti svina sieti, kas aizsedz daļu avārijas signalizācijas sistēmu sensoru.

Pielāgots skaitītāja fons.

Mērīts svina kamerās ar biezām sienām, lai novērtētu skaitītāju kvalitāti. Tipiskā vērtība 1 ... 2 impulsi minūtē.

Geigera skaitītāju praktiskā pielietošana

Padomju un tagad Krievijas rūpniecība ražo daudzu veidu Geigera-Muller skaitītājus. Šeit ir daži izplatīti zīmoli: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, Gamma sērijas skaitītāji, sērijas gala skaitītāji " Beta' un ir vēl daudzi citi. Tos visus izmanto starojuma kontrolei un mērīšanai: kodolrūpniecības objektos, zinātnes un izglītības iestādēs, civilajā aizsardzībā, medicīnā un pat ikdienā. Pēc Černobiļas avārijas, mājsaimniecības dozimetri, kas iedzīvotājiem iepriekš nebija zināmi pat pēc nosaukuma, ir kļuvuši ļoti populāri. Ir parādījušies daudzi mājsaimniecības dozimetru zīmoli. Visi no tiem izmanto Geigera-Muller skaitītāju kā starojuma sensoru. Mājsaimniecības dozimetros ir uzstādīta viena līdz divas caurules vai gala skaitītāji.

STAROJUMA DAUDZUMU MĒRVIENĪBAS

Ilgu laiku mērvienība P (rentgens) bija izplatīta. Taču, pārejot uz SI sistēmu, parādās citas mērvienības. Rentgens ir ekspozīcijas devas vienība, "starojuma daudzums", ko izsaka ar jonu skaitu, kas veidojas sausā gaisā. Pie 1 R devas 1 cm3 gaisa (kas atbilst 1 CGSE lādiņa vienībai) veidojas 2,082e9 jonu pāri. SI sistēmā ekspozīcijas devu izsaka kulonos uz kilogramu, un ar rentgena stariem to saista ar vienādojumu:

1 C/kg = 3876 R

Absorbēto starojuma devu mēra džoulos uz kilogramu, un to sauc par pelēko. Tas ir paredzēts, lai aizstātu novecojušo rad vienību. Absorbētās devas jauda tiek mērīta pelēkās krāsās sekundē. Ekspozīcijas devas jauda (EDR), kas iepriekš tika mērīta rentgenogēnos sekundē, tagad tiek mērīta ampēros uz kilogramu. Ekvivalentu starojuma devu, pie kuras absorbētā doza ir 1 Gy (Gray) un starojuma kvalitātes koeficients ir 1, sauc par Zīvertu. Rem (rentgena bioloģiskais ekvivalents) ir zīverta simtdaļa, un tagad tas tiek uzskatīts par novecojušu. Tomēr pat šodien visas novecojušās vienības tiek ļoti aktīvi izmantotas.

Galvenie jēdzieni radiācijas mērījumos ir deva un jauda. Deva ir skaitlis elementārās maksas vielas jonizācijas procesā, un jauda ir devas veidošanās ātrums laika vienībā. Un kādās vienībās tas izteikts, tas ir gaumes un ērtības jautājums.

Pat mazākā deva ir bīstama ilgtermiņa ietekmes uz ķermeni ziņā. Riska aprēķins ir diezgan vienkāršs. Piemēram, jūsu dozimetrs rāda 300 milirentgēnus stundā. Ja jūs paliksit šajā vietā vienu dienu, jūs saņemsiet devu 24 * 0,3 = 7,2 rentgena. Tas ir bīstami, un jums pēc iespējas ātrāk jātiek prom. Kopumā, atklājot pat vāju starojumu, ir jāatkāpjas no tā un jāpārbauda pat no attāluma. Ja viņa tev “seko”, tevi var “apsveikt”, tevi ir skāruši neitroni. Un ne katrs dozimetrs var uz tiem reaģēt.

Radiācijas avotiem izmanto vērtību, kas raksturo sabrukšanas skaitu laika vienībā, to sauc par aktivitāti un mēra arī daudzās dažādās vienībās: kirī, bekerels, ruterfords un dažas citas. Divreiz ar pietiekamu laika atdalīšanu mērīts aktivitātes apjoms, ja tas samazinās, ļauj aprēķināt laiku, pēc radioaktīvās sabrukšanas likuma, kad avots kļūst pietiekami drošs.