Në lidhje me pasojat mjedisore të aktiviteteve njerëzore që lidhen me energjinë bërthamore, si dhe industrinë (përfshirë ushtrinë), duke përdorur substanca radioaktive si një përbërës ose bazë të produkteve të tyre, studimi i bazave të sigurisë së rrezatimit dhe dozimetrisë së rrezatimit po bëhet një temë mjaft e rëndësishme sot. Krahas burimeve natyrore të rrezatimit jonizues, çdo vit gjithnjë e më shumë vende shfaqen të kontaminuara me rrezatim si pasojë e veprimtarisë njerëzore. Kështu, për të ruajtur shëndetin tuaj dhe shëndetin e të dashurve tuaj, duhet të dini shkallën e kontaminimit të një zone të caktuar ose objekteve dhe ushqimeve. Një dozimetër mund të ndihmojë për këtë - një pajisje për matjen e dozës ose fuqisë efektive të rrezatimit jonizues për një periudhë të caktuar kohe.
Përpara se të vazhdoni me prodhimin (ose blerjen) e kësaj pajisjeje, është e nevojshme të keni një ide për natyrën e parametrit të matur. Rrezatimi jonizues (rrezatimi) është një rrjedhë fotonesh, grimcash elementare ose fragmente të ndarjes së atomeve të afta të jonizojnë një substancë. Ndahet në disa lloje. rrezatimi alfaështë një rrymë grimcash alfa - bërthamat e helium-4, grimcat alfa të lindura gjatë kalbjes radioaktive mund të ndalohen lehtësisht nga një fletë letre, kështu që paraqet rrezik kryesisht kur hyn në trup. rrezatimi beta- kjo është rrjedha e elektroneve që lindin gjatë zbërthimit beta, për t'u mbrojtur nga grimcat beta me energji deri në 1 MeV, mjafton një pllakë alumini disa milimetra e trashë. Rrezatimi gama ka një fuqi shumë më të madhe depërtuese, pasi përbëhet nga fotone me energji të lartë që nuk kanë ngarkesë; elementët e rëndë (plumbi, etj.) me një shtresë prej disa centimetrash janë efektivë për mbrojtje. Fuqia depërtuese e të gjitha llojeve të rrezatimit jonizues varet nga energjia.
Për regjistrimin e rrezatimit jonizues, përdoren kryesisht numëruesit Geiger-Muller. Kjo pajisje e thjeshtë dhe efektive është zakonisht një cilindër metalik ose qelqi i metalizuar nga brenda dhe një fije e hollë metalike e shtrirë përgjatë boshtit të këtij cilindri, vetë cilindri është i mbushur me gaz të rrallë. Parimi i funksionimit bazohet në jonizimin e ndikimit. Kur rrezatimi jonizues godet muret e numëruesit, elektronet rrëzohen prej tij, elektronet, duke lëvizur në gaz dhe duke u përplasur me atomet e gazit, nxjerrin elektronet nga atomet dhe krijojnë jone pozitive dhe elektrone të lira. Fusha elektrike midis katodës dhe anodës përshpejton elektronet drejt energjive në të cilat fillon jonizimi i ndikimit. Shfaqet një ortek jonesh, duke çuar në shumëzimin e transportuesve parësorë. Me një forcë mjaft të lartë të fushës, energjia e këtyre joneve bëhet e mjaftueshme për të gjeneruar ortekë dytësorë të aftë për të mbajtur një shkarkim të pavarur, si rezultat i të cilave rryma përmes numëruesit rritet ndjeshëm.
Jo të gjithë numëruesit Geiger mund të regjistrojnë të gjitha llojet e rrezatimit jonizues. Në thelb, ata janë të ndjeshëm ndaj një rrezatimi - rrezatimit alfa, beta ose gama, por shpesh ata mund të zbulojnë edhe rrezatime të tjera në një farë mase. Kështu, për shembull, numëruesi SI-8B Geiger është krijuar për të zbuluar rrezatimin e butë beta (po, në varësi të energjisë së grimcave, rrezatimi mund të ndahet në të butë dhe të fortë), por ky sensor është gjithashtu disi i ndjeshëm ndaj rrezatimit alfa dhe rrezatimi gama, rrezatimi.
Sidoqoftë, duke iu afruar megjithatë dizajnit të artikullit, detyra jonë është të bëjmë numëruesin Geiger më të thjeshtë, natyralisht të lëvizshëm, ose më saktë një dozimetër. Për prodhimin e kësaj pajisjeje, arrita të marr vetëm SBM-20. Ky numërues Geiger është krijuar për të regjistruar rrezatimin e fortë beta dhe gama. Ashtu si shumica e matësve të tjerë, SBM-20 funksionon me një tension prej 400 volt.
Karakteristikat kryesore të numëruesit Geiger-Muller SBM-20 (tabela nga libri i referencës):
Ky numërues ka një saktësi relativisht të ulët në matjen e rrezatimit jonizues, por të mjaftueshme për të përcaktuar tejkalimin e dozës së lejuar të rrezatimit për njerëzit. SBM-20 aktualisht përdoret në shumë dozimetra shtëpiake. Për të përmirësuar performancën, shpesh përdoren disa tuba menjëherë. Dhe për të rritur saktësinë e matjes së rrezatimit gama, dozimetrat janë të pajisur me filtra të rrezatimit beta, në këtë rast dozimetri regjistron vetëm rrezatimin gama, por më saktë.
Kur matni dozën e rrezatimit, duhet të merren parasysh disa faktorë që mund të jenë të rëndësishëm. Edhe në mungesë të plotë të burimeve të rrezatimit jonizues, numëruesi Geiger do të japë një numër të caktuar pulsesh. Ky është i ashtuquajturi sfond i kundërt me porosi. Këtu përfshihen edhe disa faktorë: ndotja radioaktive e materialeve të vetë numëruesit, emetimi spontan i elektroneve nga katoda e numëruesit dhe rrezatimi kozmik. E gjithë kjo jep një sasi të caktuar të impulseve "shtesë" për njësi të kohës.
Pra, skema e një dozimetri të thjeshtë bazuar në numëruesin Geiger SBM-20:
Unë e mbledh qarkun në një dërrasë buke:
Qarku nuk përmban pjesë të pakta (përveç, natyrisht, vetë njehsorit) dhe nuk përmban elementë të programueshëm (mikrokontrollues), të cilët do t'ju lejojnë të montoni qarkun në një kohë të shkurtër pa shumë vështirësi. Sidoqoftë, një dozimetër i tillë nuk përmban një shkallë, dhe është e nevojshme të përcaktohet doza e rrezatimit me vesh nga numri i klikimeve. Ky është versioni klasik. Qarku përbëhet nga një konvertues i tensionit 9 volt - 400 volt.
Një multivibrator është bërë në çipin NE555, frekuenca e të cilit është afërsisht 14 kHz. Për të rritur frekuencën e funksionimit, mund të ulni vlerën e rezistencës R1 në rreth 2.7 kOhm. Kjo do të jetë e dobishme nëse mbytja që keni zgjedhur (ose ndoshta e keni bërë) do të bëjë një kërcitje - me një rritje të frekuencës së funksionimit, kërcitja do të zhduket. Induktori L1 kërkohet me një vlerësim prej 1000 - 4000 μH. Mënyra më e shpejtë për të gjetur një mbytje të përshtatshme është në një llambë të djegur të kursimit të energjisë. Një mbytje e tillë përdoret në qark, në foton e mësipërme është plagosur në një bërthamë, e cila zakonisht përdoret për të bërë transformatorë pulsi. Transistori T1 mund të përdorë çdo kanal tjetër n të fushës me një tension të burimit kullues prej të paktën 400 volt, dhe mundësisht më shumë. Një konvertues i tillë do të japë vetëm disa miliamps rrymë në një tension prej 400 volt, por kjo është e mjaftueshme që një numërues Geiger të funksionojë disa herë. Pas fikjes së energjisë nga qarku në kondensatorin e ngarkuar C3, qarku do të funksionojë për rreth 20-30 sekonda të tjera, duke pasur parasysh kapacitetin e tij të vogël. Shtypësi VD2 kufizon tensionin në 400 volt. Kondensatori C3 duhet të përdoret për një tension prej të paktën 400 - 450 volt.
Çdo altoparlant piezo ose altoparlant mund të përdoret si Ls1. Në mungesë të rrezatimit jonizues, asnjë rrymë nuk rrjedh nëpër rezistorët R2 - R4 (ka pesë rezistorë në foto në tabelën e bukës, por rezistenca e tyre totale korrespondon me qarkun). Sapo grimca përkatëse hyn në numëruesin Geiger, jonizimi i gazit ndodh brenda sensorit dhe rezistenca e tij zvogëlohet ndjeshëm, si rezultat i të cilit ndodh një impuls aktual. Kondensatori C4 ndërpret pjesën konstante dhe i kalon altoparlantit vetëm një impuls aktual. Dëgjojmë një klikim.
Në rastin tim, dy bateri nga telefonat e vjetër përdoren si burim energjie (dy, pasi fuqia e kërkuar duhet të jetë më shumë se 5.5 volt për të nisur qarkun për shkak të bazës së elementit të aplikuar).
Pra, qarku funksionon, herë pas here klikon. Tani si ta përdorni. Opsioni më i thjeshtë - klikon pak - gjithçka është në rregull, klikohet shpesh apo edhe vazhdimisht - keq. Një tjetër mundësi është të numëroni përafërsisht numrin e pulseve në minutë dhe të konvertoni numrin e klikimeve në mikroR / orë. Për ta bërë këtë, duhet të merrni vlerën e ndjeshmërisë së numëruesit Geiger nga libri i referencës. Megjithatë, burime të ndryshme kanë gjithmonë numra paksa të ndryshëm. Në mënyrë ideale, matjet laboratorike duhet të bëhen për numëruesin e zgjedhur Geiger me burime referimi të rrezatimit. Pra, për SBM-20, vlera e ndjeshmërisë varion nga 60 në 78 pulse / μR sipas burimeve të ndryshme dhe librave të referencës. Pra, ne kemi llogaritur numrin e impulseve në një minutë, pastaj e shumëzojmë këtë numër me 60 për të përafruar numrin e impulseve në një orë dhe e ndajmë të gjithë këtë me ndjeshmërinë e sensorit, domethënë me 60 ose 78 ose çfarëdo që të merrni. më afër realitetit dhe si rezultat marrim vlerën në µR/h. Për një vlerë më të besueshme, është e nevojshme të merren disa matje dhe të llogaritet mesatarja aritmetike midis tyre. Kufiri i sipërm i nivelit të sigurt të rrezatimit është afërsisht 20 - 25 mikroR/h. Niveli i lejuar është deri në rreth 50 μR / orë. Numrat mund të ndryshojnë sipas vendit.
P.S. Më nxiti ta shqyrtoja këtë temë nga një artikull mbi përqendrimin e gazit të radonit që depërton në dhoma, ujë, etj. në rajone të ndryshme të vendit dhe burimet e tij.
Lista e elementeve të radios
| Emërtimi | Lloji | Emërtimi | sasi | shënim | Rezultati | blloku im i shënimeve |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Timer dhe oshilator i programueshëm | NE555 | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| T1 | Transistor MOSFET | IRF710 | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| VD1 | diodë ndreqës | 1N4007 | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| VD2 | Diodë mbrojtëse | 1V5KE400CA | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| C1, C2 | Kondensator | 10 nF | 2 | Në bllokun e shënimeve | ||
| C3 | kondensator elektrolitik | 2.7uF | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| C4 | Kondensator | 100 nF | 1 | 400 V |
Pavarësisht nëse e duam apo jo, termi "rrezatim" është futur për një kohë të gjatë në vetëdijen dhe qenien tonë, dhe askush nuk mund t'i fshihet faktit të pranisë së tij. Njerëzit duhet të mësojnë të jetojnë me këtë fenomen disi negativ. Fenomeni i rrezatimit mund të shfaqet me ndihmën e rrezatimeve të padukshme dhe të padukshme dhe është pothuajse e pamundur të zbulohet pa pajisje speciale.
Nga historia e studimit të rrezatimit
Në 1895 u zbuluan rrezet X. Një vit më vonë u zbulua fenomeni i radioaktivitetit të uraniumit, i lidhur edhe me zbulimin dhe përdorimin e rrezeve X. Studiuesve iu desh të përballeshin me një fenomen natyror krejtësisht të ri, të paparë deri tani.
Duhet theksuar se fenomeni i rrezatimit ishte hasur tashmë disa vite më parë, por fenomenit nuk iu kushtua vëmendja e duhur. Dhe kjo pavarësisht se edhe i famshmi Nikola Tesla, si dhe stafi i punës në laboratorin Edison, u dogjën me rreze X. Përkeqësimi i shëndetit u shpjegua me gjithçka mundën, por jo me rrezatim.
Më vonë, me fillimin e shekullit të 20-të, u shfaqën artikuj mbi efektet e dëmshme të rrezatimit në kafshët eksperimentale. Kjo kaloi gjithashtu pa u vënë re deri në një incident famëkeq në të cilin pësuan "vajzat e radiumit" - punëtore në një fabrikë që prodhonte ora me shkëlqim.
Menaxhmenti i fabrikës u tha vajzave për padëmshmërinë e radiumit dhe ata morën doza vdekjeprurëse të rrezatimit: lëpinë majat e furçave me bojë radiumi, për argëtim lyen thonjtë dhe madje edhe dhëmbët me një substancë ndriçuese. Pesë vajza që vuanin nga një punë e tillë arritën të bëjnë padi kundër fabrikës. Si rezultat, u krijua një precedent në lidhje me të drejtat e disa punëtorëve që morën sëmundje profesionale dhe paditën punëdhënësit e tyre.
Historia e shfaqjes së banakut Geiger-Muller
Fizikani gjerman Hans Geiger, i cili punoi në një nga laboratorët e Rutherford, në 1908 zhvilloi dhe propozoi një diagram skematik të numëruesit të "grimcave të ngarkuara". Ishte një modifikim i dhomës tashmë të njohur të asaj kohe të jonizimit, e cila u prezantua në formën e një kondensatori elektrik të mbushur me gaz në presion të ulët. Kamera u përdor nga Pierre Curie kur studioi vetitë elektrike të gazeve. Geiger lindi idenë për ta përdorur atë për të zbuluar rrezatimin jonizues pikërisht sepse ky rrezatim kishte një efekt të drejtpërdrejtë në nivelin e jonizimit të gazeve.
Në fund të viteve 1920, Walter Müller, nën drejtimin e Geiger, krijoi disa lloje të numëruesve të rrezatimit, me të cilët ishte e mundur të regjistroheshin një shumëllojshmëri e gjerë grimcash jonizuese. Puna për krijimin e sporteleve ishte shumë e nevojshme, sepse pa to ishte e pamundur të studioheshin materiale radioaktive. Geiger dhe Muller duhej të punonin me qëllim në krijimin e numëruesve të tillë që do të ishin të ndjeshëm ndaj cilësdo prej llojeve të rrezatimit të llojeve α, β dhe γ të identifikuara në atë kohë.
Numëruesit Geiger-Muller janë provuar të jenë sensorë të thjeshtë, të besueshëm, të lirë dhe praktik të rrezatimit. Kjo pavarësisht se ato nuk ishin instrumentet më të sakta për studimin e rrezatimit apo grimcave të caktuara. Por ato ishin shumë të përshtatshme si instrumente për matjet e përgjithshme të ngopjes së rrezatimit jonizues. Në kombinim me instrumente të tjera, ato ende përdoren nga fizikanët praktikë për matje më të sakta në procesin e eksperimentimit.
Çfarë është rrezatimi jonizues?
Për një kuptim më të mirë të funksionimit të njehsorëve Geiger-Muller, nuk do të dëmtonte të njiheshim me rrezatimin jonizues si të tillë. Mund të përfshijë gjithçka që shkakton jonizimin e substancave që janë në gjendje natyrore. Kjo do të kërkojë praninë e një lloj energjie. Në veçanti, drita ultravjollcë ose valët e radios nuk klasifikohen si rrezatim jonizues. Demarkacioni mund të fillojë me të ashtuquajturën "vjollcë e fortë", e quajtur edhe "rreze X e butë". Ky lloj rryme quhet rrezatim foton. Një rrymë fotonesh me energji të lartë janë gama kuante.
Për herë të parë, ndarja e rrezatimit jonizues në tre lloje u bë nga Ernst Rutherford. Gjithçka u bë në pajisje kërkimore që përfshinin një fushë magnetike në hapësirën boshe. Kjo më vonë u emërua:
- α - bërthamat e atomeve të heliumit;
- β - elektrone me energji të lartë;
- γ - gama kuanta (fotone).
Më vonë, neutronet u zbuluan. Pra, doli që grimcat alfa mund të mbahen lehtësisht edhe me letër të zakonshme, grimcat beta kanë një fuqi depërtuese pak më të lartë dhe rrezet gama më të lartat. Neutronet konsiderohen si më të rrezikshmit, veçanërisht në një distancë prej shumë dhjetëra metrash në hapësirën ajrore. Për shkak të indiferencës së tyre elektrike, ato nuk ndërveprojnë me asnjë shtresë elektronike të molekulave në substancë.
Sidoqoftë, kur godasin bërthamat atomike me një potencial të lartë, ato çojnë në paqëndrueshmëri dhe kalbje të tyre, pas së cilës formohen izotopet radioaktive. Dhe ato, më tej në procesin e kalbjes, formojnë vetë tërësinë e rrezatimit jonizues.
Pajisjet e kundërta Geiger-Muller dhe parimet e funksionimit
Sportelet e shkarkimit të gazit Geiger-Muller prodhohen kryesisht si tuba hermetikë, qelqi ose metali, nga të cilët është evakuuar i gjithë ajri. Ai zëvendësohet nga një gaz inert i shtuar (neon ose argon ose një përzierje e tyre) në presion të ulët, me papastërti halogjene ose alkooli. Telat e hollë shtrihen përgjatë boshteve të tubave, dhe cilindrat metalikë janë të vendosur në mënyrë koaksiale me to. Të dy tubat dhe telat janë elektroda: tubat janë katodë dhe telat janë anodë.
Minuset nga burimet e tensionit konstant janë të lidhura me katoda, dhe pluset nga burimet me tension të vazhdueshëm janë të lidhura me anodat - duke përdorur një rezistencë të madhe konstante. Nga pikëpamja elektrike, del një ndarës i tensionit. dhe në mes të tij niveli i tensionit është pothuajse i njëjtë me tensionin në burim. Si rregull, mund të arrijë deri në disa qindra volt.
Ndërsa grimcat jonizuese fluturojnë nëpër tuba, atomet në gazin inert, të cilët tashmë janë në një fushë elektrike me intensitet të lartë, përplasen me këto grimca. Energjia që u dha nga grimcat gjatë përplasjes është e konsiderueshme, mjafton që elektronet të shkëputen nga atomet e gazit. Vetë elektronet e rendit dytësor që rezultojnë janë në gjendje të formojnë përplasje të mëtejshme, pas së cilës shfaqet një kaskadë e tërë elektronike dhe jonike.
Kur ekspozohen ndaj një fushe elektrike, elektronet përshpejtohen drejt anodës, dhe jonet e gazit të ngarkuar pozitivisht - drejt katodave të tubave. Si rezultat, krijohet një rrymë elektrike. Meqenëse energjia e grimcave ishte përdorur tashmë për përplasje, tërësisht ose pjesërisht (grimcat fluturuan nëpër tub), atomet e gazit të jonizuar filluan të mbarojnë.
Sapo grimcat e ngarkuara hynë në numëruesin Geiger-Muller, rezistenca e tubit ra nga rryma e sapolindur, dhe në të njëjtën kohë voltazhi në shenjën qendrore të ndarësit ndryshoi, siç u tregua më herët. Pas kësaj, rezistenca në tub, si rezultat i rritjes së tij, rifillon dhe niveli i tensionit kthehet në gjendjen e mëparshme. Si rezultat, fitohen impulse të tensionit negativ. Duke numëruar pulset, mund të vendosni numrin e grimcave që kanë fluturuar. Intensiteti më i madh i fushës elektrike vërehet pranë anodës, për shkak të madhësisë së saj të vogël, si rezultat i së cilës numëruesit bëhen më të ndjeshëm.
Projektime të sporteleve Geiger-Muller
Të gjithë sportelet moderne Geiger-Muller kanë dy lloje kryesore: "klasike" dhe të sheshta. Sportelet klasike janë bërë nga tuba metalikë të valëzuar me mure të hollë. Sipërfaqet e valëzuara të njehsorëve i bëjnë tubat të ngurtë, ato do të përballojnë presionin e jashtëm atmosferik dhe nuk do t'i lejojnë ato të rrudhen nën asnjë ndikim. Në skajet e tubave ka izolues hermetikë qelqi ose plastikë. Ekzistojnë gjithashtu kapakë për t'u lidhur me qarkun. Tubat janë të shënuar dhe të veshur me një llak izolues të qëndrueshëm që tregon polaritetin e çezmave. Në përgjithësi, këta janë numërues universal për çdo lloj rrezatimi jonizues, veçanërisht për rrezatimin beta-gama.
Numëruesit që mund të jenë të ndjeshëm ndaj rrezatimit të butë β prodhohen ndryshe. Për shkak të gamës së vogël të grimcave β, ato bëhen të sheshta. Dritaret mikë vonojnë dobët rrezatimin beta. Një numërues i tillë mund të quhet sensor BETA-2. Në të gjithë sportelet e tjera, përcaktimi i vetive të tyre i atribuohet materialeve të prodhimit të tyre.
Të gjithë numëruesit që regjistrojnë rrezatimin gama kanë katoda të bëra nga metale të tilla, në të cilat ka një numër të madh ngarkese. Gazrat jonizohen jashtëzakonisht në mënyrë të pakënaqshme nga fotonet gama. Sidoqoftë, fotonet gama mund të nxjerrin shumë elektrone dytësore nga katoda nëse zgjidhen siç duhet. Shumica e numëruesve Geiger-Muller për grimcat beta janë bërë për të pasur dritare të holla. Kjo bëhet për të përmirësuar përshkueshmërinë e grimcave, sepse ato janë thjesht elektrone të zakonshme që kanë marrë më shumë energji. Ata kanë një ndërveprim shumë të mirë dhe të shpejtë me substancat, si rezultat i të cilave humbet energjia.
Me grimcat alfa, gjërat janë shumë më keq. Për shembull, pavarësisht nga një energji mjaft e mirë, pak MeV, grimcat alfa kanë një ndërveprim shumë të fortë me molekulat që lëvizin gjatë rrugës dhe së shpejti humbasin potencialin e tyre energjetik. Numëruesit e zakonshëm i përgjigjen mirë rrezatimit α, por vetëm në një distancë prej disa centimetrash.
Për të bërë një vlerësim objektiv të nivelit të rrezatimit jonizues, dozimetrat në sportele me aplikim të përgjithshëm shpesh pajisen me dy numërues që funksionojnë në seri. Njëra mund të jetë më e ndjeshme ndaj rrezatimit α-β, dhe tjetra ndaj rrezatimit γ. Ndonjëherë shufrat ose pllakat e bëra nga lidhjet që përmbajnë papastërti të kadmiumit vendosen midis banakut. Kur neutronet godasin shufra të tilla, ndodh rrezatimi γ, i cili regjistrohet. Kjo është bërë për përcaktimin e mundshëm të rrezatimit neutron, dhe numëruesit e thjeshtë Geiger praktikisht nuk kanë ndjeshmëri ndaj tij.
Si përdoren në praktikë numëruesit Geiger
Industria sovjetike dhe tani ruse prodhon shumë lloje të sporteleve Geiger-Muller. Pajisjet e tilla përdoren kryesisht nga njerëz që kanë të bëjnë me objektet e industrisë bërthamore, institucionet shkencore ose arsimore, mbrojtjen civile dhe diagnostikimin mjekësor.
Pas katastrofës së Çernobilit, dozimetrat shtëpiake, më parë plotësisht të panjohur për popullsinë e vendit tonë edhe me emër, filluan të fitojnë popullaritet të vërtetë mbarëkombëtar. Filluan të shfaqen shumë modele shtëpiake. Të gjithë ata përdorin numëruesit e tyre Geiger-Muller si sensorë rrezatimi. Zakonisht, një ose dy tuba ose numërues fundorë instalohen në dozimetrat shtëpiake.
Numëruesi i shkarkimit të gazit Geiger-Muller (G-M). Fig.1 është një cilindër (cilindër) qelqi i mbushur me gaz inert (me
papastërtitë halogjene) në një presion pak më të ulët se atmosfera. Një cilindër i hollë metalik brenda balonës shërben si katodë K; anoda A është një përcjellës i hollë që kalon në qendër të cilindrit. Zbatohet një tension midis anodës dhe katodës U AT =200-1000 V. Anoda dhe katoda lidhen me qarkun elektronik të pajisjes radiometrike.
Fig.1 Numëruesi cilindrik Geiger-Muller.
1 – filament anodë 2 – katodë tubulare
U në – burim i tensionit të lartë
R n - rezistencë ndaj ngarkesës
Me V – rezervuari ndarës i magazinimit
R - pajisje numërimi me tregues
ξ është burim rrezatimi.
Me ndihmën e numëruesit G-M, është e mundur të regjistrohen të gjitha grimcat e rrezatimit (përveç grimcave α që absorbohen lehtësisht); në mënyrë që grimcat β të mos përthithen nga kutia, ajo ka vrima të mbuluara me një shtresë të hollë.
Le të shpjegojmë veçoritë e funksionimit të sportelit G-M.
Grimcat β ndërveprojnë drejtpërdrejt me molekulat e gazit të numëruesit, ndërsa neutronet dhe γ-fotonet (grimcat e pangarkuara) bashkëveprojnë dobët me molekulat e gazit. Në këtë rast, mekanizmi i formimit të joneve është i ndryshëm.
do të kryejmë një matje dozimetrike të mjedisit pranë pikave K dhe A, të dhënat e marra do të futen në tabelë. një.
Për të kryer matjen ju nevojiten:
1. Lidheni dozimetrin me një burim energjie (9v).
2. Në anën e pasme të dozimetrit, mbyllni dritaren e detektorit me një grilë (ekran).
3. Vendosni çelësinMODE(modaliteti) në pozicionin γ ("P").
4. Vendosni çelësinGAME(varg) në pozicionx1 (P n \u003d 0,1-50 μSv / orë).
5. Vendoseni çelësin e fuqisë së dozimetrit në pozicioninAKTIV(Aktivizuar).
6. Nëse një bip dëgjohet në pozicionin x1 dhe rreshtat numerikë të ekranit janë mbushur plotësisht, atëherë është e nevojshme të kaloni në diapazonin x10 (P n \u003d 50-500 μSv / orë).
7. Pas përfundimit të përmbledhjes së pulseve, ekrani i dozimetrit do të tregojë një dozë ekuivalente me fuqinëP Hγ µSv/h; pas 4-5 sekondash. do të ndodhë rivendosja.
8. Dozimetri është sërish gati për matjet e rrezatimit. Një cikël i ri matje fillon automatikisht.
Tabela 1.
Vlera që rezulton në hapësirën e punës (AB) përcaktohet nga formula
=
, µSv/h (6)
- Leximet e dozimetrit japin vlerat e sfondit të rrezatimit në pikë;
Sasia e rrezatimit në çdo pikë matjeje u bindet ligjeve të luhatjes. Prandaj, për të marrë vlerën më të mundshme të vlerës së matur, është e nevojshme të bëhen një sërë matjesh;
- në rastin e dozimetrisë së rrezatimit β, matjet duhet të kryhen pranë sipërfaqes së trupave në studim.
4. Marrja e matjeve. P.1. Përcaktimi i shkallës së dozës ekuivalente të rrezatimit të sfondit natyror.
Për të përcaktuar sfondin γ të mjedisit, ne zgjedhim (në lidhje me ndonjë objekt (trup)) dy pika A, K, të vendosura në një distancë prej ~ 1 metër nga njëra-tjetra dhe, pa prekur trupat,
Neutronet, duke bashkëvepruar me atomet e katodës, gjenerojnë mikrogrimca të ngarkuara (fragmente bërthamash). Rrezatimi gama
ndërvepron kryesisht me substancën (atomet) e katodës, duke gjeneruar rrezatim foton, i cili jonizon më tej molekulat e gazit.
Sapo të shfaqen jonet në vëllimin e numëruesit, lëvizja e ngarkesave do të fillojë nën veprimin e fushës elektrike anodë-katodike.
Pranë anodës, linjat e forcës së fushës elektrike trashen ndjeshëm (për shkak të diametrit të vogël të filamentit të anodës), forca e fushës rritet ndjeshëm. Elektronet, duke iu afruar filamentit, marrin një nxitim të madh, ka jonizimi i ndikimit të molekulave të gazit neutral , një shkarkim i pavarur korona përhapet përgjatë filamentit.
Për shkak të energjisë së këtij shkarkimi, energjia e momentit fillestar të grimcave rritet ndjeshëm (deri në 10 8 një herë). Kur një shkarkesë korona përhapet, një pjesë e ngarkesave do të rrjedhë ngadalë përmes një rezistence të madhe R n ~10 6 Ohm (Fig. 1). Në qarkun e detektorit të rezistencësR n do të ketë impulse të rrymës proporcionale me fluksin fillestar të grimcave. Impulsi aktual që rezulton transferohet në kapacitetin e ruajtjes C V (C~10 3 picofarad), i përforcuar dhe i regjistruar më tej nga skema e konvertimit R.
Duke pasur shumë rezistencëR n në qarkun e detektorit çon në faktin se ngarkesat negative do të grumbullohen në anodë. Forca e fushës elektrike të anodës do të ulet dhe në një moment jonizimi i ndikimit do të ndërpritet, shkarkimi do të shuhet.
Një rol të rëndësishëm në shtypjen e shkarkimit të gazit që rezulton luhet nga halogjenët e pranishëm në gazin e banakut. Potenciali jonizues i halogjeneve është më i ulët se ai i gazeve inerte, prandaj atomet halogjene "thithin" më aktivisht fotonet që shkaktojnë një shkarkim të pavarur, duke e shndërruar këtë energji në energji shpërndarjeje, duke shuar kështu shkarkimin e pavarur.
Pasi ndërpritet jonizimi i ndikimit (dhe shkarkimi i koronës), fillon procesi i rikuperimit të gazit në gjendjen fillestare (të punës). Gjatë kësaj kohe, sporteli nuk funksionon, d.m.th. nuk regjistron grimcat fluturuese. Ky interval
koha quhet "kohë e vdekur" (koha e rikuperimit). Për banakun G-Mkoha e vdekur = Δt~10 -4 sekonda.
Numëruesi G-M reagon ndaj goditjes së secilës grimcë të ngarkuar, pa i dalluar ato për nga energjia, por nëse fuqia bie
Meqenëse rrezatimi është konstant, shkalla e numërimit të pulsit është proporcionale me fuqinë e rrezatimit dhe numëruesi mund të kalibrohet në njësi të dozave të rrezatimit.
Cilësia e një detektori vetë-shuarës të shkarkimit të gazit përcaktohet nga varësia e frekuencës mesatare të pulsitNpër njësi të kohës nga tensioniU në elektrodat e tij me një intensitet konstant rrezatimi. Kjo varësi funksionale quhet karakteristikë e numërimit të detektorit (Fig. 2).
Siç tregohet në figurën 2, kurU < U 1 voltazhi i aplikuar është i pamjaftueshëm për shfaqjen e një shkarkimi gazi kur një grimcë e ngarkuar ose rreze gama hyn në detektor. Duke filluar me tension U AT > U 2 Jonizimi i ndikimit ndodh në numërues, një shkarkim korona përhapet përgjatë katodës dhe numëruesi regjistron kalimin e pothuajse çdo grimce. Me rritjen U AT përparaU 3 (shih Fig. 2), numri i pulseve të regjistruara rritet pak, gjë që shoqërohet me një rritje të caktuar të shkallës së jonizimit të gazit kundër. Një komplot i mirë kundër G-M nga U 2 përparaU R pothuajse e pavarur ngaU AT , d.m.th. shkon paralel me boshtinU AT , frekuenca mesatare e pulsit është pothuajse e pavarur ngaU AT .
Oriz. 2. Karakteristikë e numërimit të një detektori vetë-shues të shkarkimit të gazit.
3. Gabim relativ i instrumenteve gjatë matjes së P n : δP n = ±30%.
Le të shpjegojmë se si pulsi i njehsorit shndërrohet në lexime të shkallës së dozës së rrezatimit.
Është vërtetuar se në një fuqi rrezatuese konstante, shkalla e numërimit të pulsit është proporcionale me fuqinë e rrezatimit (dozën e matur). Matja e shkallës së dozës së rrezatimit bazohet në këtë parim.
Sapo ndodh një impuls në njehsor, ky sinjal transmetohet në njësinë e konvertimit, ku filtrohet sipas kohëzgjatjes, amplitudës, përmblidhet dhe rezultati transmetohet në ekranin e njehsorit në njësi të dozës së fuqisë.
Korrespondenca ndërmjet shpejtësisë së numërimit dhe fuqisë së matur, d.m.th. dozimetri është i kalibruar (në fabrikë) sipas një burimi të njohur rrezatimi C s 137 .
Duam apo jo, rrezatimi ka hyrë fort në jetën tonë dhe nuk do të largohet. Ne duhet të mësojmë të jetojmë me këtë fenomen, të dobishëm dhe të rrezikshëm. Rrezatimi manifestohet si rrezatime të padukshme dhe të padukshme dhe është e pamundur të zbulohen ato pa instrumente të posaçme.
Pak nga historia e rrezatimit
Rrezet X u zbuluan në 1895. Një vit më vonë, radioaktiviteti i uraniumit u zbulua, gjithashtu në lidhje me rrezet X. Shkencëtarët e kuptuan se ishin përballur me fenomene krejtësisht të reja, të paparë deri tani të natyrës. Është interesante se fenomeni i rrezatimit është vërejtur disa vite më parë, por nuk iu kushtua rëndësi, megjithëse Nikola Tesla dhe punëtorë të tjerë në laboratorin Edison morën djegie nga rrezet X. Dëmtimi i shëndetit i atribuohej çdo gjëje, por jo rrezeve që gjallesat nuk i kishin hasur kurrë në doza të tilla. Në fillim të shekullit të 20-të, filluan të shfaqen artikuj për efektet e dëmshme të rrezatimit te kafshët. As kësaj nuk iu kushtua asnjë rëndësi deri në historinë e bujshme të "vajzave të radiumit" - punëtore në një fabrikë që prodhonte ora me shkëlqim. Thjesht lagin furçat me majën e gjuhës. Fati i tmerrshëm i disa prej tyre as që u publikua, për arsye etike, dhe mbeti një provë vetëm për nervat e forta të mjekëve.
Në vitin 1939, fizikantja Lisa Meitner, e cila, së bashku me Otto Hahn dhe Fritz Strassmann, u referohet njerëzve që për herë të parë në botë ndanë bërthamën e uraniumit, padashur tregoi mundësinë e një reaksioni zinxhir, dhe që nga ai moment një Filloi reaksioni zinxhir i ideve për krijimin e një bombe, përkatësisht një bombe, dhe aspak "atom paqësor", për të cilin politikanët gjakatarë të shekullit të 20-të, natyrisht, nuk do të jepnin asnjë qindarkë. Ata që ishin "në dijeni" tashmë e dinin se çfarë do të çonte kjo dhe filloi gara e armëve bërthamore.
Si lindi numëruesi Geiger-Muller?
Fizikani gjerman Hans Geiger, i cili punoi në laboratorin e Ernst Rutherford, në 1908 propozoi parimin e funksionimit të numëruesit të "grimcave të ngarkuara" si një zhvillim të mëtejshëm të dhomës tashmë të njohur të jonizimit, e cila ishte një kondensator elektrik i mbushur me gaz në nivele të ulëta. presioni. Është përdorur që nga viti 1895 nga Pierre Curie për të studiuar vetitë elektrike të gazeve. Geiger kishte idenë ta përdorte atë për të zbuluar rrezatimin jonizues pikërisht sepse këto rrezatime kishin një efekt të drejtpërdrejtë në shkallën e jonizimit të gazit.
Në vitin 1928, Walter Müller, nën drejtimin e Geiger, krijon disa lloje të numëruesve të rrezatimit të dizajnuara për të regjistruar grimca të ndryshme jonizuese. Krijimi i numëratorëve ishte një nevojë shumë urgjente, pa të cilën ishte e pamundur të vazhdohej studimi i materialeve radioaktive, pasi fizika, si shkencë eksperimentale, është e paimagjinueshme pa instrumente matëse. Geiger dhe Müller punuan me qëllim në krijimin e njehsorëve të ndjeshëm ndaj secilit prej llojeve të rrezatimit të zbuluar: α, β dhe γ (neutronet u zbuluan vetëm në 1932).
Numëruesi Geiger-Muller rezultoi të ishte një sensor i thjeshtë, i besueshëm, i lirë dhe praktik rrezatimi. Megjithëse nuk është instrumenti më i saktë për studimin e llojeve të caktuara të grimcave ose rrezatimit, ai është jashtëzakonisht i përshtatshëm si instrument për matjen e përgjithshme të intensitetit të rrezatimit jonizues. Dhe në kombinim me detektorë të tjerë, ai përdoret gjithashtu nga fizikanët për matjet më të sakta në eksperimente.
rrezatimi jonizues
Për të kuptuar më mirë funksionimin e njehsorit Geiger-Muller, është e dobishme të keni një kuptim të rrezatimit jonizues në përgjithësi. Sipas përkufizimit, ato përfshijnë çdo gjë që mund të shkaktojë jonizimin e një substance në gjendjen e saj normale. Kjo kërkon një sasi të caktuar energjie. Për shembull, valët e radios apo edhe drita ultravjollcë nuk janë rrezatim jonizues. Kufiri fillon me "Ultraviolet e fortë", e njohur si "rreze X e butë". Ky lloj është një lloj rrezatimi foton. Fotonet me energji të lartë zakonisht quhen kunta gama.
Ernst Rutherford ishte i pari që ndau rrezatimin jonizues në tre lloje. Kjo u bë në një strukturë eksperimentale duke përdorur një fushë magnetike në një vakum. Më vonë doli se kjo:
α - bërthamat e atomeve të heliumit
β - elektrone me energji të lartë
γ - kuanta gama (fotone)
Më vonë, neutronet u zbuluan. Grimcat alfa mbahen lehtësisht edhe nga letra e zakonshme, grimcat beta kanë një fuqi depërtuese pak më të lartë dhe rrezet gama më të lartat. Neutronet më të rrezikshëm (në një distancë prej shumë dhjetëra metrash në ajër!). Për shkak të neutralitetit të tyre elektrik, ato nuk ndërveprojnë me predha elektronike të molekulave të substancës. Por një herë në bërthamën atomike, probabiliteti i së cilës është mjaft i lartë, ato çojnë në paqëndrueshmërinë dhe kalbjen e tij, me formimin, si rregull, të izotopeve radioaktive. Dhe tashmë ata, nga ana tjetër, të kalbur, formojnë vetë të gjithë "buqetën" e rrezatimit jonizues. Më e keqja nga të gjitha, vetë objekti i rrezatuar ose organizmi i gjallë bëhet burim rrezatimi për shumë orë dhe ditë.
Pajisja e njehsorit Geiger-Muller dhe parimi i funksionimit të tij
Një numërues i shkarkimit të gazit Geiger-Muller, si rregull, bëhet në formën e një tubi të mbyllur, qelqi ose metali, nga i cili evakuohet ajri, dhe në vend të kësaj shtohet një gaz inert (neoni ose argon ose një përzierje e tyre). nën presion të ulët, me një përzierje halogjenesh ose alkooli. Një tel i hollë shtrihet përgjatë boshtit të tubit, dhe një cilindër metalik është i vendosur në mënyrë koaksiale me të. Si tubi ashtu edhe teli janë elektroda: tubi është katodë dhe tela është anodë. Një minus nga një burim i tensionit konstant është i lidhur me katodën, dhe një plus nga një burim i tensionit konstant është i lidhur me anodën përmes një rezistence të madhe konstante. Elektrikisht fitohet një ndarës tensioni, në pikën e mesme të të cilit (bashkimi i rezistencës dhe anodës së numëruesit) voltazhi është pothuajse i barabartë me tensionin në burim. Zakonisht është disa qindra volt.
Kur një grimcë jonizuese fluturon nëpër tub, atomet e gazit inert, tashmë në fushën elektrike me intensitet të lartë, përjetojnë përplasje me këtë grimcë. Energjia e dhënë nga grimca gjatë përplasjes është e mjaftueshme për të shkëputur elektronet nga atomet e gazit. Vetë elektronet dytësore që rezultojnë janë të afta të formojnë përplasje të reja dhe, kështu, përftohet një ortek i tërë elektronesh dhe jonesh. Nën ndikimin e një fushe elektrike, elektronet përshpejtohen drejt anodës, dhe jonet e gazit të ngarkuar pozitivisht - drejt katodës së tubit. Kështu, ndodh një rrymë elektrike. Por meqenëse energjia e grimcave tashmë është shpenzuar në përplasje, tërësisht ose pjesërisht (grimca fluturoi nëpër tub), përfundon edhe furnizimi i atomeve të gazit të jonizuar, gjë që është e dëshirueshme dhe sigurohet nga disa masa shtesë, të cilat ne do të diskutojë gjatë analizimit të parametrave të numëruesve.
Kur një grimcë e ngarkuar hyn në numëruesin Geiger-Muller, rezistenca e tubit bie për shkak të rrymës që rezulton, dhe bashkë me të tensioni në mes të ndarësit të tensionit, i cili u diskutua më lart. Pastaj rezistenca e tubit, për shkak të rritjes së rezistencës së tij, rikthehet, dhe voltazhi përsëri bëhet i njëjtë. Kështu, marrim një impuls të tensionit negativ. Duke numëruar momentin, ne mund të vlerësojmë numrin e grimcave që kalojnë. Forca e fushës elektrike pranë anodës është veçanërisht e lartë për shkak të madhësisë së saj të vogël, gjë që e bën numëruesin më të ndjeshëm.
Projektime të sporteleve Geiger-Muller
Sportelet moderne Geiger-Muller janë në dispozicion në dy versione kryesore: "klasike" dhe të sheshta. Banaku klasik është bërë nga një tub metalik me mure të hollë me valëzim. Sipërfaqja e valëzuar e banakut e bën tubin të ngurtë, rezistent ndaj presionit të jashtëm atmosferik dhe nuk e lejon atë të shembet nën veprimin e tij. Në skajet e tubit ka izolues izolues të bërë nga qelqi ose plastika termike. Ato përmbajnë gjithashtu terminale-kapakë për t'u lidhur me qarkun e instrumentit. Tubi është i shënuar dhe i veshur me një llak izolues të qëndrueshëm, përveç, natyrisht, përfundimeve të tij. Polariteti i plumbave është gjithashtu i shënuar. Ky është një numërues universal për të gjitha llojet e rrezatimit jonizues, veçanërisht për beta dhe gama.
Numëruesit e ndjeshëm ndaj rrezatimit të butë β janë bërë ndryshe. Për shkak të gamës së shkurtër të grimcave β, ato duhet të bëhen të sheshta, me një dritare mike, e cila vonon dobët rrezatimin beta, një nga opsionet për një numërues të tillë është një sensor rrezatimi. BETA-2. Të gjitha vetitë e tjera të njehsorëve përcaktohen nga materialet nga të cilat janë bërë.
Numëruesit e projektuar për të regjistruar rrezatimin gama përmbajnë një katodë të bërë nga metale me një numër të madh ngarkese, ose janë të veshur me metale të tilla. Gazi jonizohet jashtëzakonisht dobët nga fotonet gama. Por nga ana tjetër, fotonet gama janë të afta të nxjerrin shumë elektrone dytësore nga katoda, nëse zgjidhet siç duhet. Numëruesit Geiger-Muller për grimcat beta janë bërë me dritare të holla për përshkueshmëri më të mirë të grimcave, pasi ato janë elektrone të zakonshme që sapo kanë marrë shumë energji. Ata ndërveprojnë shumë mirë me materien dhe e humbin shpejt këtë energji.
Në rastin e grimcave alfa, situata është edhe më e keqe. Pra, pavarësisht nga një energji shumë e mirë, e rendit të disa MeV, grimcat alfa ndërveprojnë shumë fort me molekulat që janë në rrugë dhe humbin shpejt energjinë. Nëse materia krahasohet me një pyll dhe një elektron me një plumb, atëherë grimcat alfa do të duhet të krahasohen me një rezervuar që shpërthen nëpër pyll. Sidoqoftë, një numërues i zakonshëm i përgjigjet mirë rrezatimit α, por vetëm në një distancë deri në disa centimetra.
Për një vlerësim objektiv të nivelit të rrezatimit jonizues dozimetra në njehsorët për përdorim të përgjithshëm, ato shpesh janë të pajisura me dy sportele që funksionojnë paralelisht. Njëra është më e ndjeshme ndaj rrezatimit α dhe β, dhe e dyta ndaj rrezeve γ. Një skemë e tillë për përdorimin e dy numëruesve zbatohet në dozimetër RADEX RD1008 dhe në dozimetër-radiometër RADEX MKS-1009 në të cilin është instaluar sporteli BETA-2 dhe BETA-2 M. Ndonjëherë një shufër ose pllakë e bërë nga një aliazh që përmban një përzierje kadmiumi vendoset midis banakut. Kur neutronet godasin një shirit të tillë, ndodh rrezatimi γ, i cili regjistrohet. Kjo është bërë për të qenë në gjendje të zbulojë rrezatimin neutron, ndaj të cilit numëruesit e thjeshtë Geiger janë praktikisht të pandjeshëm. Një mënyrë tjetër është mbulimi i trupit (katodës) me papastërti të afta për të dhënë ndjeshmëri ndaj neutroneve.
Halogjenet (klori, bromi) përzihen me gazin për të shuar shpejt shkarkimin. Avujt e alkoolit shërbejnë për të njëjtin qëllim, megjithëse alkooli në këtë rast është jetëshkurtër (kjo është përgjithësisht një veçori e alkoolit) dhe banaku "i kthjellët" vazhdimisht fillon të "tingëllojë", domethënë nuk mund të funksionojë në mënyrën e përcaktuar. Kjo ndodh diku pas regjistrimit të 1e9 pulseve (miliardë) që nuk është aq shumë. Matësit halogjenë janë shumë më të qëndrueshëm.
Parametrat dhe mënyrat e funksionimit të numëruesve Geiger
Ndjeshmëria e numëruesve Geiger.
Ndjeshmëria e numëruesit vlerësohet nga raporti i numrit të mikro-roentgjeneve nga një burim shembullor me numrin e pulseve të shkaktuara nga ky rrezatim. Për shkak se numëruesit Geiger nuk janë krijuar për të matur energjinë e grimcave, një vlerësim i saktë është i vështirë. Numëruesit janë të kalibruar kundrejt burimeve standarde të izotopit. Duhet të theksohet se ky parametër mund të ndryshojë shumë për lloje të ndryshme numëruesish, më poshtë janë parametrat e numëruesve më të zakonshëm Geiger-Muller:
Numëruesi Geiger-Muller Beta 2- 160 ÷ 240 imps / µR
Numëruesi Geiger-Muller Beta 1- 96 ÷ 144 imps / µR
Numëruesi Geiger-Muller SBM-20- 60 ÷ 75 impulse / µR
Numëruesi Geiger-Muller SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imps/µR
Numëruesi Geiger-Muller SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imps/µR
Zona e dritares së hyrjes ose zona e punës
Zona e sensorit të rrezatimit përmes së cilës fluturojnë grimcat radioaktive. Kjo karakteristikë lidhet drejtpërdrejt me dimensionet e sensorit. Sa më e madhe të jetë zona, aq më shumë grimca do të kapë numëruesi Geiger-Muller. Zakonisht ky parametër tregohet në centimetra katrorë.
Numëruesi Geiger-Muller Beta 2- 13,8 cm 2
Numëruesi Geiger-Muller Beta 1- 7 cm 2
Ky tension korrespondon afërsisht me mesin e karakteristikës së funksionimit. Karakteristika e funksionimit është një pjesë e sheshtë e varësisë së numrit të pulseve të regjistruara nga tensioni, kështu që quhet edhe "pllajë". Në këtë pikë arrihet shpejtësia më e lartë e funksionimit (kufiri i sipërm i matjes). Vlera tipike 400 V.
Gjerësia e karakteristikës së funksionimit të njehsorit.
Ky është ndryshimi midis tensionit të prishjes së shkëndijës dhe tensionit të daljes në pjesën e sheshtë të karakteristikës. Vlera tipike është 100 V.
Pjerrësia e karakteristikës së funksionimit të banakut.
Pjerrësia matet si përqindje e pulseve për volt. Karakterizon gabimin statistikor të matjeve (duke numëruar numrin e pulseve). Vlera tipike është 0.15%.
Temperatura e lejuar e funksionimit të njehsorit.
Për matësa për qëllime të përgjithshme -50 ... +70 gradë Celsius. Ky është një parametër shumë i rëndësishëm nëse njehsori funksionon në dhoma, kanale dhe vende të tjera të pajisjeve komplekse: përshpejtues, reaktorë, etj.
Burimi i punës së banakut.
Numri i përgjithshëm i pulseve që numëruesi regjistron para momentit kur leximet e tij fillojnë të bëhen të pasakta. Për pajisjet me aditivë organikë, vetë-fikja është zakonisht 1e9 (dhjetë në fuqinë e nëntë, ose një miliard). Burimi konsiderohet vetëm nëse voltazhi i funksionimit aplikohet në njehsor. Nëse numëruesi thjesht ruhet, ky burim nuk konsumohet.
Koha e vdekur e sportelit.
Kjo është koha (koha e rikuperimit) gjatë së cilës njehsori përçon rrymën pasi aktivizohet nga një grimcë që kalon. Ekzistenca e një kohe të tillë do të thotë se ekziston një kufi i sipërm i frekuencës së pulsit, dhe kjo kufizon diapazonin e matjes. Një vlerë tipike është 1e-4 s, pra dhjetë mikrosekonda.
Duhet të theksohet se për shkak të kohës së vdekur, sensori mund të rezultojë të jetë "jashtë shkallës" dhe të jetë i heshtur në momentin më të rrezikshëm (për shembull, një reaksion zinxhir spontan në prodhim). Ka pasur raste të tilla dhe për t'i luftuar ato përdoren ekrane plumbi, duke mbuluar një pjesë të sensorëve të sistemeve të alarmit të emergjencës.
Sfondi i personalizuar kundër.
Matur në dhomat e plumbit me mure të trasha për të vlerësuar cilësinë e njehsorëve. Vlera tipike 1 ... 2 impulse në minutë.
Zbatimi praktik i numëruesve Geiger
Industria sovjetike dhe tani ruse prodhon shumë lloje sportelesh Geiger-Muller. Këtu janë disa marka të zakonshme: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, sportelet e serisë Gamma, sportelet fundore të serisë " Beta’ dhe ka shumë të tjerë. Të gjitha ato përdoren për të kontrolluar dhe matur rrezatimin: në objektet e industrisë bërthamore, në institucionet shkencore dhe arsimore, në mbrojtjen civile, mjekësinë dhe madje edhe jetën e përditshme. Pas aksidentit të Çernobilit, dozimetrat shtëpiake, të panjohura më parë për popullsinë edhe me emër, janë bërë shumë të njohura. Janë shfaqur shumë marka të dozimetrave shtëpiake. Të gjithë ata përdorin numëruesin Geiger-Muller si sensor rrezatimi. Në dozimetrat shtëpiake, instalohen një deri në dy tuba ose numërues fundorë.
NJËSITË MATJE TË SASISËVE TË RREZATIMIT
Për një kohë të gjatë, njësia e matjes P (roentgen) ishte e zakonshme. Sidoqoftë, kur kaloni në sistemin SI, shfaqen njësi të tjera. Roentgeni është një njësi e dozës së ekspozimit, "sasia e rrezatimit", e cila shprehet me numrin e joneve të formuara në ajrin e thatë. Në një dozë prej 1 R, 2,082e9 çifte jonesh formohen në 1 cm3 ajër (që korrespondon me 1 njësi ngarkese CGSE). Në sistemin SI, doza e ekspozimit shprehet në kulonë për kilogram, dhe me rrezet X kjo lidhet me ekuacionin:
1 C/kg = 3876 R
Doza e absorbuar e rrezatimit matet në xhaul për kilogram dhe quhet Gri. Kjo është për të zëvendësuar njësinë e vjetëruar rad. Shpejtësia e dozës së absorbuar matet në gri për sekondë. Shkalla e dozës së ekspozimit (EDR), e matur më parë në rentgen për sekondë, tani matet në amper për kilogram. Doza ekuivalente e rrezatimit në të cilën doza e përthithur është 1 Gy (Gri) dhe faktori i cilësisë së rrezatimit është 1 quhet Sievert. Rem (ekuivalenti biologjik i një roentgeni) është një e qindta e sievertit dhe tani konsiderohet e vjetëruar. Sidoqoftë, edhe sot të gjitha njësitë e vjetëruara përdoren në mënyrë shumë aktive.
Konceptet kryesore në matjet e rrezatimit janë doza dhe fuqia. Doza është numri i ngarkesave elementare në procesin e jonizimit të një substance, dhe fuqia është shkalla e formimit të dozës për njësi të kohës. Dhe në cilat njësi shprehet është çështje shije dhe komoditeti.
Edhe doza më e vogël është e rrezikshme për sa i përket efekteve afatgjata në trup. Llogaritja e rrezikut është mjaft e thjeshtë. Për shembull, dozimetri juaj tregon 300 miliroentgens në orë. Nëse qëndroni në këtë vend për një ditë, do të merrni një dozë prej 24 * 0,3 = 7,2 rentgen. Kjo është e rrezikshme dhe ju duhet të largoheni nga këtu sa më shpejt të jetë e mundur. Në përgjithësi, pasi të keni zbuluar edhe rrezatim të dobët, duhet të largoheni prej tij dhe ta kontrolloni atë edhe në distancë. Nëse ajo "ju ndjek", ju mund të "përgëzoheni", ju jeni goditur nga neutronet. Dhe jo çdo dozimetër mund t'u përgjigjet atyre.
Për burimet e rrezatimit, përdoret një vlerë që karakterizon numrin e zbërthimeve për njësi të kohës, quhet aktivitet dhe matet gjithashtu në shumë njësi të ndryshme: curie, becquerel, rutherford dhe disa të tjera. Sasia e aktivitetit, e matur dy herë me ndarje të mjaftueshme kohore, nëse zvogëlohet, ju lejon të llogaritni kohën, sipas ligjit të zbërthimit radioaktiv, kur burimi bëhet mjaft i sigurt.
Prezantimi
1. Caktimi i sporteleve
Pajisja dhe parimi i funksionimit të banakut
Ligjet themelore fizike
1 Rimëkëmbja pas regjistrimit të grimcave
2 Karakteristikë dozimetrike
3 Karakteristikë e numërimit të sensorit
konkluzioni
Bibliografi
Prezantimi
Numëruesit Geiger-Muller janë detektorët (sensorët) më të zakonshëm të rrezatimit jonizues. Deri më tani, ato, të shpikura në fillim të shekullit tonë për nevojat e fizikës bërthamore të sapolindur, nuk kanë, çuditërisht, ndonjë zëvendësim të plotë. Në thelbin e tij, numëruesi Geiger është shumë i thjeshtë. Një përzierje gazi e përbërë kryesisht nga neoni dhe argoni lehtësisht i jonizueshëm u fut në një enë të mbyllur mirë të evakuuar me dy elektroda. Baloni mund të jetë qelqi, metali etj. Zakonisht metrat e perceptojnë rrezatimin me të gjithë sipërfaqen e tyre, por ka edhe nga ato që kanë një “dritare” të veçantë në tullumbace për këtë.
Në elektroda aplikohet një tension i lartë U (shih Fig.), i cili në vetvete nuk shkakton asnjë fenomen shkarkimi. Numëruesi do të mbetet në këtë gjendje derisa të shfaqet një qendër jonizimi në mjedisin e tij të gaztë - një gjurmë jonesh dhe elektronesh të krijuara nga një grimcë jonizuese që ka ardhur nga jashtë. Elektronet primare, duke u përshpejtuar në një fushë elektrike, jonizojnë "gjatë rrugës" molekula të tjera të mediumit të gaztë, duke gjeneruar gjithnjë e më shumë elektrone dhe jone të reja. Duke u zhvilluar si një ortek, ky proces përfundon me formimin e një reje elektron-jonike në hapësirën ndërelektrodike, e cila rrit ndjeshëm përçueshmërinë e saj. Në mjedisin e gazit të banakut ndodh një shkarkesë, e cila është e dukshme (nëse ena është transparente) edhe me një sy të thjeshtë.
Procesi i kundërt - kthimi i mediumit të gazit në gjendjen e tij origjinale në të ashtuquajturat matës halogjen - ndodh vetvetiu. Halogjenët (zakonisht klor ose brom), të përmbajtura në një sasi të vogël në mjedisin e gaztë, hyjnë në veprim, të cilat kontribuojnë në rikombinimin intensiv të ngarkesave. Por ky proces është shumë më i ngadalshëm. Kohëzgjatja e nevojshme për të rivendosur ndjeshmërinë ndaj rrezatimit të numëruesit Geiger dhe në fakt përcakton shpejtësinë e tij - koha "e vdekur" - është karakteristika e rëndësishme e pasaportës së tij. Njehsorët e tillë quhen matës halogjenë vetë-shuarës. Me tensionin më të ulët të furnizimit, parametrat e shkëlqyer të sinjalit të daljes dhe shpejtësinë mjaft të lartë, ato janë dëshmuar veçanërisht të përshtatshme për t'u përdorur si sensorë të rrezatimit jonizues në pajisjet e monitorimit të rrezatimit shtëpiak.
Numëruesit Geiger janë në gjendje t'i përgjigjen një sërë llojeve të rrezatimit jonizues - a, b, g, ultravjollcë, rreze x, neutron. Por ndjeshmëria reale spektrale e numëruesit varet në një masë të madhe nga dizajni i tij. Kështu, dritarja hyrëse e një kundër-sensitive ndaj rrezatimit a- dhe të butë b duhet të jetë shumë e hollë; për këtë zakonisht përdoret mikë me trashësi 3 ... 10 mikron. Baloni i një numëruesi që i përgjigjet rrezatimit të fortë b- dhe g zakonisht ka formën e një cilindri me trashësi muri 0,05 .... 0,06 mm (shërben edhe si katodë e numëruesit). Dritarja e banakut me rreze X është bërë nga berilium, dhe numëruesi ultravjollcë është prej xhami kuarci.
Numëruesi dozimetrik i rrezatimit geiger muller
1. Caktimi i sporteleve
Numëruesi Geiger-Muller është një pajisje me dy elektroda e krijuar për të përcaktuar intensitetin e rrezatimit jonizues, ose, me fjalë të tjera, për të numëruar grimcat jonizuese që dalin nga reaksionet bërthamore: jonet e heliumit (- grimcat), elektronet (- grimcat), X- kuantet e rrezeve (- grimcat) dhe neutronet. Grimcat përhapen me një shpejtësi shumë të madhe [deri në 2 . 10 7 m / s për jonet (energjia deri në 10 MeV) dhe rreth shpejtësisë së dritës për elektronet (energjia 0,2 - 2 MeV)], për shkak të së cilës ato depërtojnë brenda numëruesit. Roli i numëruesit është të formojë një impuls të tensionit të shkurtër (fraksion të një milisekondi) (njësi - dhjetëra volt) kur një grimcë hyn në vëllimin e pajisjes.
Në krahasim me detektorët (sensorët) e tjerë të rrezatimit jonizues (dhoma e jonizimit, numëruesi proporcional), numëruesi Geiger-Muller ka një ndjeshmëri të lartë të pragut - ju lejon të kontrolloni sfondin radioaktiv natyror të tokës (1 grimcë për cm 2 në 10 - 100 sekonda). Kufiri i sipërm i matjes është relativisht i ulët - deri në 10 4 grimca për cm 2 në sekondë ose deri në 10 Sievert në orë (Sv / h). Një tipar i numëruesit është aftësia për të formuar të njëjtat impulse të tensionit të daljes pavarësisht nga lloji i grimcave, energjia e tyre dhe numri i jonizimeve të prodhuara nga grimca në vëllimin e sensorit.
2. Pajisja dhe parimi i funksionimit të sportelit
Funksionimi i numëruesit Geiger bazohet në një shkarkim gazi pulsues jo të vetë-qëndrueshëm ndërmjet elektrodave metalike, i cili inicohet nga një ose më shumë elektrone që shfaqen si rezultat i jonizimit të gazit -, -, ose -grimcë. Matësit zakonisht përdorin një model cilindrik të elektrodave, dhe diametri i cilindrit të brendshëm (anodë) është shumë më i vogël (2 ose më shumë rend të madhësisë) se ai i jashtëm (katoda), që ka një rëndësi thelbësore. Diametri karakteristik i anodës është 0.1 mm.
Grimcat hyjnë në banak përmes guaskës së vakumit dhe katodës në një version "cilindrik" të dizajnit (Fig. 2, a) ose përmes një dritareje të veçantë të hollë të sheshtë në versionin "fund" të dizajnit (Fig. 2 , b). Varianti i fundit përdoret për të zbuluar grimcat β që kanë një aftësi të ulët depërtuese (për shembull, ato mbahen nga një fletë letre), por janë shumë të rrezikshme biologjikisht nëse burimi i grimcave hyn në trup. Detektorët me dritare mike përdoren gjithashtu për të numëruar grimcat β me energji relativisht të ulët (rrezatimi beta "i butë").
Oriz. 2. Ndërtimet skematike të një cilindrike ( a) dhe fund ( b) Numron Geiger. Emërtimet: 1 - guaskë vakum (xhami); 2 - anodë; 3 - katodë; 4 - dritare (mikë, celofan)
Në versionin cilindrik të banakut, i krijuar për të regjistruar grimcat me energji të lartë ose rrezet e buta X, përdoret një guaskë vakum me mure të hollë, dhe katoda është bërë prej fletë metalike të hollë ose në formën e një filmi të hollë metalik (bakër, alumini) i depozituar në sipërfaqen e brendshme të guaskës. Në një numër dizajnesh, një katodë metalike me mure të hollë (me ngurtësues) është një element i guaskës së vakumit. Rrezatimi i fortë me rreze x (grimca) ka një fuqi të lartë depërtuese. Prandaj, ai regjistrohet nga detektorë me mure mjaft të trasha të guaskës së vakumit dhe një katodë masive. Në njehsorët e neutroneve, katoda është e veshur me një shtresë të hollë kadmiumi ose bori, në të cilën rrezatimi neutron shndërrohet në rrezatim radioaktiv përmes reaksioneve bërthamore.
Vëllimi i pajisjes zakonisht mbushet me argon ose neon me një përzierje të vogël (deri në 1%) të argonit me një presion afër atmosferës (10 -50 kPa). Për të eliminuar fenomenet e padëshiruara pas shkarkimit, një përzierje e avujve të bromit ose alkoolit (deri në 1%) futet në mbushjen e gazit.
Aftësia e një numëruesi Geiger për të zbuluar grimcat pavarësisht nga lloji dhe energjia e tyre (për të gjeneruar një impuls të tensionit pavarësisht nga numri i elektroneve të formuara nga grimca) përcaktohet nga fakti se, për shkak të diametrit shumë të vogël të anodës, pothuajse i gjithë voltazhi i aplikuar në elektroda është i përqendruar në një shtresë të ngushtë afër anodës. Jashtë shtresës ekziston një "rajon i bllokimit të grimcave" në të cilin ato jonizojnë molekulat e gazit. Elektronet e shkëputura nga grimca nga molekulat përshpejtohen drejt anodës, por gazi jonizohet dobët për shkak të forcës së ulët të fushës elektrike. Jonizimi rritet ndjeshëm pas hyrjes së elektroneve në shtresën afër anodës me një forcë të lartë fushe, ku ortekët e elektroneve (një ose disa) zhvillohen me një shkallë shumë të lartë të shumëzimit të elektroneve (deri në 10 7). Sidoqoftë, rryma që rezulton nuk arrin ende një vlerë që korrespondon me gjenerimin e sinjalit të sensorit.
Një rritje e mëtejshme e rrymës në vlerën e funksionimit është për shkak të faktit se, njëkohësisht me jonizimin, fotonet ultravjollcë gjenerohen në ortekë me një energji prej rreth 15 eV, e mjaftueshme për të jonizuar molekulat e papastërtive në mbushjen e gazit (për shembull, jonizimi potenciali i molekulave të bromit është 12,8 V). Elektronet që u shfaqën si rezultat i fotojonizimit të molekulave jashtë shtresës përshpejtohen drejt anodës, por ortekët nuk zhvillohen këtu për shkak të forcës së ulët të fushës dhe procesi ka pak efekt në zhvillimin e shkarkimit. Në shtresë, situata është e ndryshme: fotoelektronet që rezultojnë, për shkak të intensitetit të lartë, nisin ortekët intensivë në të cilët krijohen fotone të reja. Numri i tyre e kalon atë fillestar dhe procesi në shtresë sipas skemës "fotone - ortekë elektronikë - fotone" rritet me shpejtësi (disa mikrosekonda) (hyn në "modalitetin e shkas"). Në këtë rast, shkarkimi nga vendi i ortekëve të parë të inicuar nga grimca përhapet përgjatë anodës ("ndezja tërthore"), rryma e anodës rritet ndjeshëm dhe formohet buza kryesore e sinjalit të sensorit.
Buza e pasme e sinjalit (ulja e rrymës) është për shkak të dy arsyeve: një rënie në potencialin e anodës për shkak të një rënie të tensionit nga rryma në të gjithë rezistencën (në skajin kryesor, potenciali mbahet nga kapaciteti ndërelektrod) dhe një rënie në forcën e fushës elektrike në shtresën nën veprimin e ngarkesës hapësinore të joneve pasi elektronet largohen për në anodë (ngarkesa rrit potencialet e pikave, si rezultat i së cilës rënia e tensionit në shtresë zvogëlohet, dhe në zonën e bllokimit të grimcave rritet). Të dyja arsyet zvogëlojnë intensitetin e zhvillimit të ortekëve dhe procesi sipas skemës "ortek - fotone - ortekë" zbehet, dhe rryma përmes sensorit zvogëlohet. Pas përfundimit të pulsit aktual, potenciali i anodës rritet në nivelin fillestar (me një vonesë të caktuar për shkak të ngarkesës së kapacitetit ndërelektrod përmes rezistencës së anodës), shpërndarja e potencialit në hendekun midis elektrodave kthehet në formën e tij origjinale si si rezultat i ikjes së joneve në katodë, dhe numëruesi rikthen aftësinë për të regjistruar ardhjen e grimcave të reja.
Janë prodhuar dhjetëra lloje të detektorëve të rrezatimit jonizues. Për përcaktimin e tyre përdoren disa sisteme. Për shembull, STS-2, STS-4 - numërues fundor vetë-shues, ose MS-4 - një numërues me një katodë bakri (V - me tungsten, G - me grafit), ose SAT-7 - numërues i grimcave të fytyrës fundore, SBM-10 - kundër - grimca metalike, SNM-42 - numërues neutron metalik, CPM-1 - numërues për rrezatimin me rreze X, etj.
3. Ligjet themelore fizike
.1 Rikuperimi pas regjistrimit të grimcave
Koha që jonet të lënë hendekun pas regjistrimit të një grimce rezulton të jetë relativisht e gjatë - disa milisekonda, gjë që kufizon kufirin e sipërm të matjes së shkallës së dozës së rrezatimit. Me një intensitet të lartë rrezatimi, grimcat arrijnë në një interval më të shkurtër se koha e nisjes së joneve dhe sensori nuk regjistron disa grimca. Procesi ilustrohet nga një oshilogram i tensionit në anodën e sensorit gjatë rikthimit të performancës së tij (Fig. 3).
Oriz. 3. Oshilogramet e tensionit në anodën e numëruesit Geiger. U o- amplituda e sinjalit në modalitetin normal (qindra volt). 1 - 5 - numri i grimcave
Hyrja e grimcës së parë (1 në figurën 3) në vëllimin e sensorit fillon një shkarkim pulsues të gazit, i cili çon në një ulje të tensionit me U o(amplitudë normale të sinjalit). Më tej, voltazhi rritet si rezultat i një rënie të ngadaltë të rrymës përmes hendekut kur jonet shkojnë në katodë dhe për shkak të ngarkesës së kapacitetit ndërelektrod nga burimi i tensionit përmes rezistencës kufizuese. Nëse një grimcë tjetër (2 në figurën 3) hyn në sensor në një interval të shkurtër kohor pas mbërritjes së të parës, atëherë proceset e shkarkimit zhvillohen dobët për shkak të tensionit të ulët dhe forcës së ulët të fushës në anodë nën veprimin e jonit. ngarkesë hapësinore. Sinjali i sensorit në këtë rast është i papranueshëm i vogël. Ardhja e grimcës së dytë pas një intervali më të gjatë kohor pas të parës (grimcat 3 - 5 në figurën 3) jep një sinjal me amplitudë më të madhe, pasi rritet tensioni dhe zvogëlohet ngarkesa hapësinore.
Nëse grimca e dytë hyn në sensor pas të parës pas një intervali më të vogël se intervali kohor midis grimcave 1 dhe 2 në Fig. 3, atëherë për arsyet e përmendura më lart, sensori nuk gjeneron fare sinjal ("nuk e numëron" grimcën). Në këtë drejtim, intervali kohor midis grimcave 1 dhe 2 quhet "koha e vdekur e numëruesit" (amplituda e sinjalit të grimcës 2 është 10% e normales). Intervali kohor midis grimcave 2 dhe 5 në Fig. 3 quhet "koha e rikuperimit të sensorit" (sinjali i grimcave 5 është 90% normal). Gjatë kësaj kohe, amplituda e sinjaleve të sensorëve zvogëlohet dhe ato mund të mos regjistrohen nga numëruesi i impulseve elektrike.
Koha e vdekur (0,01 - 1 ms) dhe koha e rikuperimit (0,1 - 1 ms) janë parametra të rëndësishëm të një numëruesi Geiger. Norma më e lartë e regjistruar e dozës është sa më e lartë, aq më të vogla janë vlerat e këtyre parametrave. Faktorët kryesorë që përcaktojnë parametrat janë presioni i gazit dhe vlera e rezistencës kufizuese. Me një ulje të presionit dhe vlerës së rezistencës, koha e vdekur dhe koha e rikuperimit zvogëlohen, pasi shkalla e ikjes së joneve nga hendeku rritet dhe konstanta kohore e procesit të ngarkimit të kapacitetit ndërelektrod zvogëlohet.
3.2 Karakterizimi dozimetrik
Ndjeshmëria e numëruesit Geiger është raporti i frekuencës së impulseve të gjeneruara nga sensori me shpejtësinë e dozës së rrezatimit, e matur në mikrosievert në orë (µSv/h; opsionet: Sv/s, mSv/s, µSv/s). Vlerat tipike të ndjeshmërisë: 0.1 - 1 puls për mikrosievert. Në intervalin e funksionimit, ndjeshmëria është një faktor proporcionaliteti midis leximit të njehsorit (numri i pulseve për sekondë) dhe shpejtësisë së dozës. Jashtë intervalit, proporcionaliteti është shkelur, i cili pasqyron karakteristikën dozimetrike të detektorit - varësinë e leximeve nga shpejtësia e dozës (Fig. 4).
Oriz. Varësia e shkallës së numërimit nga shpejtësia e dozës së rrezatimit radioaktiv (karakteristikat dozimetrike) për dy numërues me presione të ndryshme gazi (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)
Nga konsideratat fizike, rezulton se leximet e sensorit me rritjen e shkallës së dozës nuk mund të kalojnë vlerën (1/), ku është koha e vdekur e sensorit (grimcat që vijnë pas një intervali kohor më të vogël se nuk merren parasysh). Prandaj, seksioni linear i punës i karakteristikës dozimetrike kalon pa probleme në zonën e rrezatimit intensiv në një vijë të drejtë horizontale në nivelin (1/).
Me zvogëlimin e kohës së vdekur, karakteristika dozimetrike e sensorit ndryshon në një vijë të drejtë horizontale në një nivel më të lartë me një fuqi më të lartë rrezatimi dhe kufiri i sipërm i matjes rritet. Kjo situatë vërehet kur presioni i gazit ulet (Fig. 4). Sidoqoftë, në të njëjtën kohë, ndjeshmëria e sensorit zvogëlohet (numri i grimcave që kalojnë hendekun e shkarkimit të gazit pa përplasje me molekulat rritet). Prandaj, kur presioni ulet, karakteristika dozimetrike zbret. Matematikisht, karakteristika përshkruhet nga marrëdhënia e mëposhtme:
ku N- shpejtësia e numërimit (leximet e sensorit - numri i pulseve për sekondë); - kundërndjeshmëria (pulse për sekondë për mikrosievert); R- norma e dozës së rrezatimit; - Koha e vdekur e sensorit (në sekonda).
3.3 Përgjigja e sensorit
Kontrolli i shkallës së dozës së rrezatimit më së shpeshti duhet të kryhet jashtë ose në terren, ku sensori mundësohet nga bateritë ose burime të tjera galvanike. Tensioni i tyre ulet ndërsa punojnë. Në të njëjtën kohë, proceset e shkarkimit të gazit në sensor varen nga voltazhi në një masë shumë të fortë. Prandaj, varësia e leximeve të numëruesit Geiger nga voltazhi me një normë konstante të dozës së rrezatimit është një nga karakteristikat më të rëndësishme të sensorit. Varësia quhet karakteristikë e numërimit të sensorit (Fig. 5).
Në njërën nga varësitë e paraqitura (lakorja 2), janë shënuar pikat karakteristike A-D. Në tension të ulët (në të majtë të pikës POR) elektronet e gjeneruara në sensor kur hyn një grimcë jonizuese, nisin ortekët e elektroneve, por intensiteti i tyre është i pamjaftueshëm për të gjeneruar një impuls aktual të amplitudës së kërkuar dhe leximet e numëruesit janë të barabarta me zero. Pika POR korrespondon me "tensionin e fillimit të numërimit". Me një rritje të tensionit në seksion A - B leximet e numëruesit rriten, pasi rritet probabiliteti i elektroneve nga rajoni i bllokimit të grimcave në shtresën afër anodës me forcë të lartë të fushës. Në një tension të ulët, elektronet rikombinohen me jonet gjatë lëvizjes së tyre në shtresë (ato së pari mund të "ngjiten" në molekulat e papastërtisë së bromit me formimin e joneve negative). Në pikën AT voltazhi është i mjaftueshëm për të lëvizur shpejt pothuajse të gjitha elektronet në shtresë, dhe intensiteti i rikombinimit është afër zeros. Sensori gjeneron sinjale me amplitudë normale.
Në pjesën e punës të karakteristikës së numërimit B - C(“rrafshnalta karakteristike”) leximet e numëruesit rriten pak me rritjen e tensionit, gjë që ka një rëndësi të madhe praktike dhe është një avantazh i numëruesit Geiger. Cilësia e tij është më e lartë, aq më e gjatë është pllaja (100 -400 V) dhe aq më e ulët është pjerrësia e seksionit horizontal të karakteristikës së numërimit.
Oriz. 5. Varësia e shpejtësisë së numërimit nga tensioni (karakteristika e numërimit) në vlera të ndryshme të presionit të gazit dhe përmbajtjes së papastërtisë së bromit: 1 - 8 kPa, 0,5%; 2 - 16 kPa, 0,5%; 3 - 16 kPa, 0,1% për një normë doze rrezatimi prej 5 µSv/h. A, B, C, D- pikat karakteristike të kurbës 2
Pjerrësia (ose pjerrësia) e një pllaje S karakterizohet nga një ndryshim në përqindje në leximet e njehsorit për njësi të tensionit:
, (2)
ku NB dhe N C - leximi i njehsorit në fillim dhe në fund të pllajës; U B dhe U C- vlerat e tensionit në fillim dhe në fund të pllajës. Vlerat tipike të pjerrësisë janë 0,01 - 0,05%/V.
Stabiliteti relativ i leximeve në pllajën e karakteristikës së numërimit sigurohet nga një lloj specifik shkarkimi që ndodh në sensor me ardhjen e një grimce jonizuese. Një rritje e tensionit intensifikon zhvillimin e ortekëve të elektroneve, por kjo çon vetëm në një përshpejtim të përhapjes së shkarkimit përgjatë anodës, dhe aftësia e numëruesit për të gjeneruar një sinjal për grimcë pothuajse nuk shqetësohet.
Një rritje e lehtë e shpejtësisë së numërimit me rritjen e tensionit në pllajën e karakteristikës së numërimit shoqërohet me emetimin e elektroneve nga katoda nën veprimin e shkarkimit. Emetimi është për shkak të të ashtuquajturave - procese, të cilat kuptohen si tërheqje e elektroneve nga jonet, atomet e ngacmuar dhe fotonet. Koeficienti konsiderohet me kusht i barabartë me numrin e elektroneve për jon (supozohen atomet dhe fotonet e ngacmuara). Vlerat karakteristike të koeficientit janë 0,1 - 0,01 (10 - 100 jone nxjerrin një elektron, në varësi të llojit të gazit dhe materialit katodë). Në vlera të tilla të koeficientit, numëruesi Geiger nuk funksionon, pasi elektronet që largohen nga katoda regjistrohen si grimca jonizuese (regjistrohen sinjale të rreme).
Funksionimi normal i njehsorit sigurohet nga futja e avullit të bromit ose alkoolit në mbushjen e gazit ("shuarja e papastërtive"), gjë që ul ndjeshëm koeficientin (nën 10 -4). Në këtë rast, numri i sinjaleve të rreme gjithashtu zvogëlohet ndjeshëm, por mbetet i dukshëm (për shembull, disa përqind). Me rritjen e tensionit, proceset e shkarkimit intensifikohen; numri i joneve, atomeve të ngacmuara dhe fotoneve rritet dhe, në përputhje me rrethanat, rritet numri i sinjaleve false. Kjo shpjegon rritjen e lehtë të leximeve të sensorëve në pllajën e karakteristikës së numërimit (rritje në pjerrësi) dhe në fund të pllajës (kalimi në një seksion të pjerrët C- D). Me një rritje të përmbajtjes së papastërtive, koeficienti zvogëlohet në një masë më të madhe, gjë që zvogëlon pjerrësinë e pllajës dhe rrit gjatësinë e saj (lakoret 2 dhe 3 në figurën 5).
Mekanizmi fizik i veprimit të shuarjes së papastërtive konsiston në një ulje të mprehtë të furnizimit të joneve, atomeve të ngacmuara dhe fotoneve në katodë, gjë që mund të shkaktojë emetimin e elektroneve, si dhe në një rritje të funksionit të punës së elektroneve nga katoda. Jonet e gazit kryesor (neoni ose argoni) në procesin e lëvizjes drejt katodës bëhen atome neutrale si rezultat i "rimbushjes" në përplasjet me molekulat e papastërtive, pasi potencialet jonizuese të neonit dhe argonit janë më të mëdha se ato të bromit dhe alkoolit. (përkatësisht: 21.5 V; 15, 7V; 12.8V; 11.3V). Energjia e çliruar në këtë rast shpenzohet në shkatërrimin e molekulave ose në formimin e fotoneve me energji të ulët që nuk janë në gjendje të shkaktojnë fotoemetim të elektroneve. Fotonet e tilla, për më tepër, absorbohen mirë nga molekulat e papastërtive.
Jonet e papastërtive të formuara gjatë rimbushjes hyjnë në katodë, por nuk shkaktojnë emetim elektronesh. Në rastin e bromit, kjo shpjegohet me faktin se energjia potenciale e jonit (12.8 eV) është e pamjaftueshme për të tërhequr dy elektrone nga katoda (njëri për të neutralizuar jonin dhe tjetri për të nisur një ortek elektroni). meqë funksioni i punës së elektroneve nga katoda në prani të papastërtive bromi rritet në 7 eV. Në rastin e alkoolit, kur jonet neutralizohen në katodë, energjia e çliruar zakonisht shpenzohet në shpërbërjen e një molekule komplekse, dhe jo në nxjerrjen e elektroneve.
Atomet e ngacmuara jetëgjata (metastabile) të gazit kryesor që lindin në shkarkim në parim mund të bien në katodë dhe të shkaktojnë emetimin e elektroneve, pasi energjia e tyre potenciale është mjaft e lartë (për shembull, 16.6 eV për neonin). Sidoqoftë, probabiliteti i procesit rezulton të jetë shumë i vogël, pasi atomet, në përplasje me molekulat e papastërtive, transferojnë energjinë e tyre tek ata - ato "shohen". Energjia shpenzohet në ndarjen e molekulave të papastërtive ose në emetimin e fotoneve me energji të ulët që nuk shkaktojnë fotoemetim të elektroneve nga katoda dhe absorbohen mirë nga molekulat e papastërtive.
Përafërsisht në mënyrë të ngjashme, fotonet me energji të lartë që vijnë nga shkarkimi, të cilat mund të shkaktojnë emetimin e elektroneve nga katoda, "shohen": ato absorbohen nga molekulat e papastërtive me konsumin e mëvonshëm të energjisë për ndarjen e molekulave dhe emetimin e energjisë së ulët. fotone.
Qëndrueshmëria e sporteleve me shtimin e bromit është shumë më e lartë (10 10 - 10 11 impulse), pasi nuk kufizohet nga dekompozimi i molekulave të papastërtive shuarëse. Ulja e përqendrimit të bromit është për shkak të aktivitetit të tij kimik relativisht të lartë, i cili ndërlikon teknologjinë e prodhimit të sensorëve dhe vendos kufizime në zgjedhjen e materialit katodë (për shembull, përdoret çelik inox).
Karakteristika e numërimit varet nga presioni i gazit: me rritjen e tij, tensioni i fillimit të numërimit rritet (pika POR zhvendoset djathtas në Fig. 5), dhe niveli i pllajës rritet si rezultat i kapjes më efikase të grimcave jonizuese nga molekulat e gazit në sensor (lakoret 1 dhe 2 në Fig. 5). Rritja e tensionit të numërimit mbrapsht shpjegohet me faktin se kushtet në sensor korrespondojnë me degën e djathtë të kurbës Paschen.
konkluzioni
Përdorimi i gjerë i numëruesit Geiger-Muller shpjegohet me ndjeshmërinë e tij të lartë, aftësinë për të regjistruar lloje të ndryshme të rrezatimit dhe thjeshtësinë krahasuese dhe koston e ulët të instalimit. Banaku u shpik në 1908 nga Geiger dhe u përmirësua nga Müller.
Një numërues cilindrik Geiger-Muller përbëhet nga një tub metalik ose një tub qelqi i metalizuar nga brenda dhe një fije e hollë metalike e shtrirë përgjatë boshtit të cilindrit. Filamenti shërben si anodë, tubi shërben si katodë. Tubi është i mbushur me një gaz të rrallë, në shumicën e rasteve përdoren gazra fisnikë si argoni dhe neoni. Ndërmjet katodës dhe anodës krijohet një tension rreth 400 V. Për shumicën e matësve ekziston një e ashtuquajtur pllajë, e cila shtrihet afërsisht nga 360 në 460 V, në këtë diapazon luhatjet e vogla të tensionit nuk ndikojnë në shpejtësinë e numërimit.
Funksionimi i numëruesit bazohet në jonizimin e ndikimit. γ-kuantet e emetuara nga një izotop radioaktiv, duke rënë në muret e numëruesit, nxjerrin elektronet prej tij. Elektronet, duke lëvizur në gaz dhe duke u përplasur me atomet e gazit, nxjerrin elektronet nga atomet dhe krijojnë jone pozitive dhe elektrone të lira. Fusha elektrike midis katodës dhe anodës përshpejton elektronet drejt energjive në të cilat fillon jonizimi i ndikimit. Ka një ortek jonesh, dhe rryma përmes numëruesit rritet ndjeshëm. Në këtë rast, një impuls i tensionit formohet në rezistencën R, i cili futet në pajisjen e regjistrimit. Në mënyrë që numëruesi të mund të regjistrojë grimcën tjetër që ra në të, shkarkimi i ortekut duhet të shuhet. Kjo ndodh automatikisht. Në momentin që shfaqet një impuls aktual në rezistencën R, ndodh një rënie e madhe e tensionit, kështu që tensioni midis anodës dhe katodës zvogëlohet ndjeshëm - aq sa shkarkimi ndalon dhe numëruesi është përsëri gati për funksionim.
Një karakteristikë e rëndësishme e banakut është efikasiteti i tij. Jo të gjithë fotonet γ që godasin numëruesin do të japin elektrone dytësore dhe do të regjistrohen, pasi aktet e bashkëveprimit të rrezeve γ me lëndën janë relativisht të rralla dhe disa nga elektronet dytësore thithen në muret e pajisjes përpara se të arrijnë në vëllimi i gazit.
Efikasiteti i numëruesit varet nga trashësia e mureve të banakut, materiali i tyre dhe energjia e rrezatimit γ. Më efikasët janë numëruesit, muret e të cilëve janë bërë nga një material me numër të madh atomik Z, pasi kjo rrit formimin e elektroneve dytësore. Përveç kësaj, muret e banakut duhet të jenë mjaft të trasha. Trashësia e murit të numëruesit zgjidhet nga kushti i barazisë së tij në rrugën mesatare të lirë të elektroneve dytësore në materialin e murit. Me një trashësi të madhe muri, elektronet dytësore nuk do të kalojnë në vëllimin e punës të numëruesit dhe nuk do të ndodhë një impuls aktual. Meqenëse rrezatimi γ ndërvepron dobët me lëndën, efikasiteti i numëruesve γ është zakonisht i ulët dhe arrin vetëm 1-2%. Një tjetër disavantazh i numëruesit Geiger-Muller është se nuk bën të mundur identifikimin e grimcave dhe përcaktimin e energjisë së tyre. Këto mangësi mungojnë në sportelet e scintilacionit.
Bibliografi
1 Acton D.R. Pajisjet e shkarkimit të gazit me një katodë të ftohtë. M.; L.: Energjia, 1965.
2 Kaganov I.L. Pajisjet jonike. Moskë: Energjia, 1972.
3 Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Pajisjet elektronike me elektrovakum dhe shkarkimin e gazit: një manual. Moskë: Radio dhe komunikim, 1985.
4 Knol M., Eichmeicher I. Elektronikë teknike T. 2. M .: Energjia, 1971.
5 Sidorenko V.V. Detektorët e rrezatimit jonizues: një manual. L .: Ndërtimi i anijeve, 1989