Baku Geiger - Muller
D Për të përcaktuar nivelin e rrezatimit, përdoret një pajisje e veçantë -. Dhe për pajisjet e tilla shtëpiake dhe pajisjet më profesionale të kontrollit dozimetrik, përdoret si një element i ndjeshëm. Numëruesi Geiger ... Kjo pjesë e radiometrit ju lejon të përcaktoni me saktësi nivelin e rrezatimit.
Historia e shfaqjes së numëruesit Geiger
V e para, një pajisje për përcaktimin e intensitetit të kalbjes së materialeve radioaktive lindi në 1908, ajo u shpik nga një gjerman fizikani Hans Geiger ... Njëzet vjet më vonë, së bashku me një fizikan tjetër Walter Müller pajisja u përmirësua, dhe për nder të këtyre dy shkencëtarëve u emërua.
V Gjatë periudhës së zhvillimit dhe formimit të fizikës bërthamore në ish-Bashkimin Sovjetik, u krijuan gjithashtu pajisje të përshtatshme, të cilat u përdorën gjerësisht në forcat e armatosura, në termocentralet bërthamore dhe në grupe të veçanta të kontrollit të rrezatimit të mbrojtjes civile. Përbërja e dozimetrave të tillë, duke filluar nga vitet shtatëdhjetë të shekullit të kaluar, përfshinte një numërues të bazuar në parimet Geiger, përkatësisht SBM-20 ... Ky banak, tamam si homologu i tij tjetër STS-5 , përdoret gjerësisht edhe sot e kësaj dite, dhe është gjithashtu pjesë e mjete moderne të kontrollit dozimetrik .
Fig. 1. Njehsuesi i shkarkimit të gazit STS-5.
Fig. 2. Njehsuesi i shkarkimit të gazit SBM-20.
Parimi i funksionimit të numëruesit Geiger-Muller
DHE Regjistrimi i grimcave radioaktive të propozuar nga Geiger është relativisht i thjeshtë. Ai bazohet në parimin e shfaqjes së impulseve elektrike në një mjedis gazi inert nën veprimin e një grimce radioaktive shumë të ngarkuar ose një sasie të lëkundjeve elektromagnetike. Për të ndalur më në detaje mbi mekanizmin e veprimit të banakut, le të ndalemi pak në dizajnin e tij dhe proceset që ndodhin në të, kur një grimcë radioaktive kalon përmes elementit të ndjeshëm të pajisjes.
R Pajisja e regjistrimit është një cilindër ose enë e mbyllur e mbushur me gaz inert, mund të jetë neoni, argon etj. Një enë e tillë mund të bëhet prej metali ose qelqi, dhe gazi në të është nën presion të ulët, kjo bëhet me qëllim për të thjeshtuar procesin e regjistrimit të një grimce të ngarkuar. Brenda kontejnerit ka dy elektroda (katodë dhe anodë), të cilat furnizohen me tension të lartë DC përmes një rezistence të veçantë ngarkese.
Fig. 3. Pajisja dhe qarku i numëruesit Geiger.
NS Kur njehsori aktivizohet në një atmosferë gazi inert, nuk ndodh asnjë shkarkim në elektroda për shkak të rezistencës së lartë të mediumit, por situata ndryshon nëse një grimcë radioaktive ose një sasi e lëkundjeve elektromagnetike hyn në dhomën e elementit të ndjeshëm të pajisjes. . Në këtë rast, një grimcë me një ngarkesë të një energjie mjaft të lartë rrëzon një numër të caktuar elektronesh nga mjedisi më i afërt, d.m.th. nga elementet e kasës ose fizikisht vetë elektrodat. Elektrone të tilla, duke qenë në një mjedis gazi inert, nën veprimin e një tensioni të lartë midis katodës dhe anodës, fillojnë të lëvizin drejt anodës, duke jonizuar molekulat e këtij gazi gjatë rrugës. Si rezultat, ata nxjerrin elektronet dytësore nga molekulat e gazit dhe ky proces rritet në një shkallë gjeometrike derisa të ndodhë një ndarje midis elektrodave. Në gjendjen e shkarkimit, qarku mbyllet për një periudhë shumë të shkurtër kohore dhe kjo shkakton një kërcim të rrymës në rezistencën e ngarkesës dhe është ky kërcim që bën të mundur regjistrimin e kalimit të një grimce ose kuantike përmes dhoma e regjistrimit.
T Ky mekanizëm bën të mundur regjistrimin e një grimce, megjithatë, në një mjedis ku rrezatimi jonizues është mjaftueshëm intensiv, kërkohet një kthim i shpejtë i dhomës së regjistrimit në pozicionin e saj origjinal në mënyrë që të mund të përcaktohet grimca e re radioaktive ... Kjo realizohet nga dy menyra te ndryshme... E para prej tyre konsiston në ndalimin e furnizimit të tensionit në elektroda për një periudhë të shkurtër kohe, në këtë rast jonizimi i gazit inert ndalon papritur, dhe një aktivizim i ri i dhomës së provës ju lejon të filloni regjistrimin që në fillim. . Ky lloj njehsori quhet dozimetra që nuk shuhen vetë ... Lloji i dytë i pajisjeve, përkatësisht dozimetrat vetë-shuarës, parimi i funksionimit të tyre është shtimi i aditivëve specialë në një medium gazi inert bazuar në elementë të ndryshëm, për shembull, brom, jod, klor ose alkool. Në këtë rast, prania e tyre automatikisht çon në përfundimin e shkarkimit. Me këtë strukturë të dhomës së provës, rezistenca nganjëherë disa dhjetëra megohm përdoren si një rezistencë ngarkese. Kjo lejon që gjatë shkarkimit të zvogëlohet ndjeshëm diferenca potenciale në skajet e katodës dhe anodës, gjë që ndalon procesin e përcjelljes dhe dhoma kthehet në gjendjen e saj origjinale. Duhet të theksohet se voltazhi në elektroda më pak se 300 volt automatikisht ndalon ruajtjen e shkarkimit.
I gjithë mekanizmi i përshkruar lejon regjistrimin e një sasie të madhe të grimcave radioaktive në një periudhë të shkurtër kohe.
Llojet e rrezatimit
H për të kuptuar se çfarë saktësisht po regjistrohet Kundërshton Geiger - Muller , ia vlen të ndalemi se cilat lloje të tij ekzistojnë. Duhet të theksohet menjëherë se numëruesit e shkarkimit të gazit, të cilët janë pjesë e shumicës së dozimetrave moderne, mund të regjistrojnë vetëm numrin e grimcave ose kuanteve të ngarkuara radioaktive, por nuk mund të përcaktojnë as karakteristikat e tyre energjetike dhe as llojin e rrezatimit. Për këtë, dozimetrat bëhen më shumëfunksionalë dhe të synuar, dhe për t'i krahasuar ato në mënyrë korrekte, duhet të kuptohen më saktë aftësitë e tyre.
NS O ide moderne Rrezatimi i rrezatimit të fizikës bërthamore mund të ndahet në dy lloje, i pari në formë fushë elektromagnetike , e dyta në formë rrjedha e grimcave (rrezatimi korpuskular). Lloji i parë përfshin fluksi i grimcave gama ose rreze x ... Karakteristika kryesore e tyre është aftësia për t'u përhapur në formën e valës në distanca shumë të gjata, ndërsa kalojnë lehtësisht nëpër objekte të ndryshme dhe mund të depërtojnë lehtësisht më së shumti. materiale të ndryshme... Për shembull, nëse një person duhet të fshihet nga rrjedha e rrezeve gama për shkak të një shpërthimi bërthamor, pastaj të fshihet në bodrumin e një shtëpie ose strehë për bomba, me kusht që të jetë relativisht i ngushtë, ai do të jetë në gjendje të mbrohet nga ky lloj. rrezatimi me vetëm 50 për qind.
Fig. 4. Kuanta me rreze X dhe gama.
T Ky lloj rrezatimi ka natyrë pulsuese dhe karakterizohet nga përhapja në mjedisi në formën e fotoneve ose kuanteve, d.m.th. ndezje të shkurtra rrezatimi elektromagnetik... Një rrezatim i tillë mund të ketë karakteristika të ndryshme të energjisë dhe frekuencës, për shembull, rrezet X kanë një frekuencë mijëra herë më të ulët se rrezet gama. Kjo është arsyeja pse rrezet gama janë dukshëm më të rrezikshme për Trupi i njeriut dhe ndikimi i tyre është shumë më shkatërrues.
DHE rrezatimi i bazuar në parimin korpuskular është grimca alfa dhe beta (korpuskulat). Ato rezultojnë nga reaksion bërthamor, në të cilin ka një transformim të disa izotopeve radioaktive në të tjera me çlirimin e një sasie kolosale të energjisë. Në këtë rast, grimcat beta janë një rrymë elektronesh, dhe grimcat alfa janë formacione shumë më të mëdha dhe më të qëndrueshme, të përbëra nga dy neutrone dhe dy protone të lidhur me njëri-tjetrin. Në fakt, një strukturë e tillë ka bërthamën e një atomi heliumi, kështu që mund të argumentohet se fluksi i grimcave alfa është një fluks i bërthamave të heliumit.
Klasifikimi i mëposhtëm është miratuar , grimcat alfa kanë aftësinë më pak depërtuese, për t'u mbrojtur prej tyre, mjafton që një person dhe karton i trashë Grimcat beta kanë një aftësi më të madhe depërtuese, në mënyrë që një person të mund të mbrohet nga rrjedha e një rrezatimi të tillë, ai do të ketë nevojë për mbrojtje metalike me trashësi disa milimetra (për shembull, një fletë alumini). Praktikisht nuk ka mbrojtje nga kuantet gama, dhe ato përhapen në distanca të konsiderueshme, duke u zbutur me distancë nga epiqendra ose burimi, dhe duke iu bindur ligjeve të përhapjes së valëve elektromagnetike.
Fig. 5. Grimcat radioaktive të tipit alfa dhe beta.
TE Sasia e energjisë që zotërojnë të tre këto lloje të rrezatimit është gjithashtu e ndryshme, dhe më e madhja prej tyre zotërohet nga fluksi i grimcave alfa. Për shembull, energjia që zotërojnë grimcat alfa është shtatë mijë herë më e madhe se energjia e grimcave beta , d.m.th. fuqi depërtuese tipe te ndryshme rrezatimi, është në shpinë marrëdhënie proporcionale nga aftësia e tyre depërtuese.
D Për trupin e njeriut, konsiderohet lloji më i rrezikshëm i rrezatimit radioaktiv gama kuanta , për shkak të fuqisë së lartë depërtuese, dhe më pas zvogëlimit të grimcave beta dhe grimcave alfa. Prandaj, është mjaft e vështirë të përcaktohen grimcat alfa, nëse është e pamundur të dallohen me një numërues të zakonshëm. Geiger - Muller, duke qenë se pothuajse çdo objekt është pengesë për ta, për të mos përmendur një enë qelqi apo metali. Është e mundur të përcaktohen grimcat beta me një numërues të tillë, por vetëm nëse energjia e tyre është e mjaftueshme për të kaluar nëpër materialin e kontejnerit të banakut.
Për grimcat beta me energji të ulët, numëruesi konvencional Geiger - Müller është i paefektshëm.
O situatë vëllazërore me rrezatimin gama, ekziston mundësia që ato të kalojnë nëpër enë pa shkaktuar reaksionin e jonizimit. Për këtë, në banakë vendoset një ekran i veçantë (nga çeliku i dendur ose plumbi), i cili bën të mundur reduktimin e energjisë së kuantave gama dhe në këtë mënyrë aktivizimin e shkarkimit në dhomën e banakut.
Karakteristikat themelore dhe dallimet e numëruesve Geiger - Muller
ME Ai gjithashtu do të nxjerrë në pah disa nga karakteristikat themelore dhe dallimet e dozimetrave të ndryshëm të pajisur me Numëruesit e shkarkimit të gazit Geiger-Muller... Për ta bërë këtë, duhet të krahasoni disa prej tyre.
Numëruesit më të zakonshëm Geiger-Muller janë të pajisur me cilindrike ose sensorë fundor... Cilindrike janë të ngjashme me një cilindër të zgjatur në formën e një tubi me një rreze të vogël. Dhoma e jonizimit fundor është e rrumbullakët ose drejtkëndëshe madhësi të vogël, por me një sipërfaqe pune të rëndësishme fundore. Ndonjëherë ka lloje të dhomave fundore me një tub cilindrik të zgjatur me një dritare të vogël hyrëse në anën fundore. Konfigurime të ndryshme numëruesish, përkatësisht vetë kamerat, janë në gjendje të regjistrojnë lloje të ndryshme të rrezatimit, ose kombinimet e tyre, (për shembull, kombinime të rrezeve gama dhe beta, ose të gjithë spektrin e alfa, beta dhe gama). Kjo bëhet e mundur për shkak të modelit të zhvilluar posaçërisht të trupit të njehsorit, si dhe materialit nga i cili është bërë.
E Një komponent tjetër i rëndësishëm për përdorimin e synuar të njehsorëve është zona e elementit ndijor të hyrjes dhe zona e punës ... Me fjalë të tjera, ky është sektori përmes të cilit do të hyjnë dhe regjistrohen grimcat radioaktive me interes. Sa më e madhe kjo zonë, aq më shumë numëruesi do të jetë në gjendje të kapë grimcat dhe aq më e fortë do të jetë ndjeshmëria e tij ndaj rrezatimit. Të dhënat e pasaportës tregojnë sipërfaqen e sipërfaqes së punës, zakonisht në centimetra katrorë.
E Një tregues tjetër i rëndësishëm që tregohet në karakteristikat e dozimetrit është madhësia e zhurmës (matur në impulse për sekondë). Me fjalë të tjera, ky tregues mund të quhet vlera e sfondit të vet. Mund të përcaktohet në kushte laboratorike duke e vendosur pajisjen në një dhomë ose dhomë të mbrojtur mirë, zakonisht me mure të trasha plumbi dhe duke regjistruar nivelin e rrezatimit që lëshon vetë pajisja. Është e qartë se nëse ky nivel është mjaft i rëndësishëm, atëherë këto zhurma të induktuara do të ndikojnë drejtpërdrejt në gabimin e matjes.
Çdo profesionist dhe rrezatim ka një karakteristikë të tillë si ndjeshmëria ndaj rrezatimit, e matur edhe në impulse për sekondë (imp/s), ose në impulse për mikro-roentgen (imp/μR). Një parametër i tillë, ose më mirë përdorimi i tij, varet drejtpërdrejt nga burimi i rrezatimit jonizues, të cilit i përshtatet numëruesi dhe me të cilin do të kryhet matja e mëtejshme. Shpesh, akordimi bëhet sipas burimeve që përfshijnë materiale radioaktive si radium - 226, kobalt - 60, cezium - 137, karbon - 14 dhe të tjerë.
E Një tregues tjetër me të cilin duhet të krahasohen dozimetrat është efikasiteti i zbulimit të rrezatimit jonik ose grimca radioaktive. Ekzistenca e këtij kriteri është për faktin se jo të gjitha grimcat radioaktive të kaluara përmes elementit të ndjeshëm të dozimetrit do të regjistrohen. Kjo mund të ndodhë në rastin kur kuanti i rrezeve gama nuk ka shkaktuar jonizimin në dhomën e kundërt, ose numri i grimcave të kaluara dhe shkaktuar jonizimin dhe shkarkimin është aq i madh sa që pajisja i numëron në mënyrë joadekuate ato, dhe për ndonjë arsye tjetër. Për të përcaktuar me saktësi këtë karakteristikë të një dozimetri të veçantë, ai testohet duke përdorur disa burime radioaktive, për shembull, plutonium-239 (për grimcat alfa), ose talium - 204, stroncium - 90, ittrium - 90 (emetues beta), si dhe materiale të tjera radioaktive.
ME kriteri tjetër mbi të cilin duhet ndalur është gamën e energjive të regjistruara ... Çdo grimcë radioaktive ose kuantike rrezatimi ka një karakteristikë të ndryshme të energjisë. Prandaj, dozimetrat janë krijuar për të matur jo vetëm një lloj specifik rrezatimi, por edhe karakteristikat e tyre përkatëse të energjisë. Ky tregues matet në megaelektronvolt ose kiloelektronvolt, (MeV, KeV). Për shembull, nëse grimcat beta nuk kanë energji të mjaftueshme, atëherë ato nuk do të jenë në gjendje të heqin një elektron në dhomën e kundërt, dhe për këtë arsye nuk do të regjistrohen, ose vetëm grimcat alfa me energji të lartë do të jenë në gjendje të depërtojnë përmes materialit. të trupit të kundërt Geiger-Muller dhe eliminojnë elektronin.
DHE Bazuar në sa më sipër, prodhuesit modernë të dozimetrave të rrezatimit prodhojnë një gamë të gjerë pajisjesh për qëllime të ndryshme dhe industri specifike. Prandaj, ia vlen të merren parasysh lloje specifike të numëruesve Geiger.
Opsione të ndryshme Kundërshton Geiger - Muller
NS Versioni i parë i dozimetrave është një pajisje e krijuar për të regjistruar dhe zbuluar fotonet gama dhe rrezatimin beta me frekuencë të lartë (të fortë). Pothuajse të gjitha ato të prodhuara më parë dhe ato moderne, si ato shtëpiake, ashtu edhe dozimetrat profesionistë të rrezatimit, janë krijuar për këtë gamë matjeje, për shembull:. Një rrezatim i tillë ka energji të mjaftueshme dhe fuqi të lartë depërtuese që dhoma e kundërt Geiger t'i regjistrojë ato. Grimca dhe fotone të tilla depërtojnë lehtësisht nëpër muret e banakut dhe shkaktojnë procesin e jonizimit, dhe kjo regjistrohet lehtësisht nga mbushja elektronike përkatëse e dozimetrit.
D Për regjistrimin e këtij lloji rrezatimi përdoren sportelet e njohura si p.sh SBM-20 që ka një sensor në formën e një tubi cilindrike me katodë teli dhe anodë të rregulluar në mënyrë koaksiale. Për më tepër, muret e tubit të sensorit shërbejnë si katodë dhe si strehim, dhe janë prej çeliku inox. Ky numërues ka karakteristikat e mëposhtme:
- sipërfaqja e zonës së punës së elementit të ndjeshëm është 8 centimetra katrorë;
- ndjeshmëria ndaj rrezatimit për rrezatim gama të rendit 280 imp / s, ose 70 imp / μR (testimi u krye për cezium - 137 në 4 μR / s);
- sfondi i brendshëm i dozimetrit është rreth 1 puls / s;
- Sensori është projektuar për të regjistruar rrezatimin gama me një energji në rangun nga 0,05 MeV në 3 MeV, dhe grimcat beta me një energji prej 0,3 MeV në kufirin e poshtëm.
Fig. 6. Pajisje Geiger counter SBM-20.
Kanë kishte modifikime të ndryshme të këtij sporteli, për shembull, SBM-20-1 ose SBM-20U Kush ka karakteristika të ngjashme, por ndryshojnë në dizajnin bazë të elementeve të kontaktit dhe qarkut matës. Modifikimet e tjera të këtij numëruesi Geiger - Muller, dhe këto janë SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG kanë parametra të ngjashëm, shumë prej tyre gjenden në dozimetrat e rrezatimit shtëpiake që mund të gjenden sot në dyqane.
ME grupi tjetër i dozimetrave të rrezatimit është projektuar për regjistrim gama fotone dhe rreze x ... Nëse flasim për saktësinë e pajisjeve të tilla, atëherë duhet kuptuar se rrezatimi foton dhe gama janë kuanta të rrezatimit elektromagnetik që lëvizin me shpejtësinë e dritës (rreth 300,000 km / s), kështu që regjistrimi i një objekti të tillë është një detyrë mjaft e vështirë. .
Efikasiteti i numëruesve të tillë Geiger është rreth një përqind.
H Për ta rritur atë, kërkohet një rritje në sipërfaqen e katodës. Në fakt, kuantet gama regjistrohen në mënyrë indirekte, falë elektroneve të rrëzuara prej tyre, të cilat më pas përfshihen në jonizimin e një gazi inert. Për të promovuar sa më efektivisht këtë fenomen, janë përzgjedhur posaçërisht materiali dhe trashësia e mureve të dhomës së njehsorit, si dhe përmasat, trashësia dhe materiali i katodës. Këtu, një trashësi dhe dendësi e madhe e materialit mund të zvogëlojë ndjeshmërinë e kamerës së regjistrimit, dhe shumë e vogël do të lejojë që rrezatimi beta me frekuencë të lartë të hyjë lehtësisht në kamerë dhe gjithashtu të rrisë sasinë e zhurmës së rrezatimit natyral për pajisjen, e cila do të mbyt saktësinë e përcaktimit të gama kuanteve. Natyrisht, proporcionet e sakta zgjidhen nga prodhuesit. Në fakt, bazuar në këtë parim, dozimetrat prodhohen në bazë të Kundërshton Geiger - Muller për përcaktim i drejtpërdrejtë rrezatimi gama në tokë, ndërsa një pajisje e tillë përjashton mundësinë e përcaktimit të çdo lloji tjetër të rrezatimit dhe ekspozimit radioaktiv, i cili ju lejon të përcaktoni me saktësi ndotjen e rrezatimit dhe nivelin ndikim negativ për person vetëm për rrezatim gama.
V dozimetrat shtëpiak, të cilët janë të pajisur me sensorë cilindrikë, janë instaluar llojet e mëposhtme: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 dhe shumë të tjerë. Për më tepër, në disa lloje, një filtër special është instaluar në dritaren hyrëse, fundore, të ndjeshme, e cila shërben në mënyrë specifike për të prerë grimcat alfa dhe beta, dhe gjithashtu rrit zonën e katodës për përcaktimin më efikas të kuanteve gama. Këta sensorë përfshijnë Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M dhe të tjerë.
H Për të kuptuar më qartë parimin e funksionimit të tyre, ia vlen të shqyrtojmë më në detaje një nga këto sportele. Për shembull, një numërues fundor me një sensor Beta - 2 milion , e cila ka një dritare pune të rrumbullakosur, e cila është rreth 14 centimetra katrorë. Në këtë rast, ndjeshmëria ndaj rrezatimit ndaj kobaltit - 60 është rreth 240 imp / μR. Ky lloj matësi ka vlera shumë të ulëta të vetëzhurmës. , që nuk është më shumë se 1 puls në sekondë. Kjo është e mundur për shkak të dhomës së plumbit me mure të trasha, e cila, nga ana tjetër, është krijuar për të regjistruar rrezatimin e fotonit me energji në rangun nga 0,05 MeV në 3 MeV.
Fig. 7. Fundi i numëruesit të gama Beta-2M.
Për të përcaktuar rrezatimin gama, është mjaft e mundur të përdoren numërues për pulset gama-beta, të cilat janë krijuar për të regjistruar grimcat beta të forta (me frekuencë të lartë dhe me energji të lartë) dhe kuantat gama. Për shembull, modeli SBM - 20. Nëse në këtë model të dozimetrit dëshironi të përjashtoni regjistrimin e grimcave beta, atëherë për këtë mjafton të instaloni një mburojë plumbi, ose një mburojë nga ndonjë tjetër material metalik(ekrani kryesor është më efikas). Kjo është metoda më e zakonshme e përdorur nga shumica e projektuesve për të ndërtuar numërues gama dhe rreze X.
Regjistrimi i rrezatimit beta "të butë".
TE Siç e kemi përmendur tashmë, regjistrimi i rrezatimit të butë beta (rrezatimi me karakteristika të ulëta energjie dhe një frekuencë relativisht të ulët) është një detyrë mjaft e vështirë. Për këtë kërkohet të sigurohet mundësia e depërtimit më të lehtë të tyre në dhomën e regjistrimit. Për këto qëllime, një hollë të veçantë dritare pune zakonisht i bërë nga mikë ose film polimer, i cili praktikisht nuk krijon pengesa për depërtimin e këtij lloji të rrezatimit beta në dhomën e jonizimit. Në këtë rast, vetë trupi i sensorit mund të veprojë si vetë katoda, dhe anoda është një sistem elektrodash lineare, të cilat shpërndahen në mënyrë të barabartë dhe montohen në izolues. Dritarja e regjistrimit bëhet në versionin përfundimtar, dhe në këtë rast vetëm një film i hollë mikë shfaqet në rrugën e grimcave beta. Në dozimetrat me numërues të tillë, rrezatimi gama regjistrohet si një aplikim dhe, në fakt, si një veçori shtesë. Dhe nëse kërkohet të heqësh qafe regjistrimin e kuanteve gama, atëherë është e nevojshme të minimizohet sipërfaqja e katodës.
Fig. 8. Pajisja e numëruesit fundor Geiger.
ME Duhet të theksohet se numëruesit për përcaktimin e grimcave të buta beta u krijuan shumë kohë më parë dhe u përdorën me sukses në gjysmën e dytë të shekullit të kaluar. Midis tyre, më të zakonshmet ishin sensorët e këtij lloji SBT10 dhe SI8B të cilat kishin dritare pune mikë me mure të hollë. Më shumë version modern një pajisje të tillë Beta 5 ka një sipërfaqe dritare pune rreth 37 sq/cm, drejtkëndëshe nga materiali mikë. Për një madhësi të tillë të një elementi të ndjeshëm, pajisja është në gjendje të regjistrojë rreth 500 imp / μR, nëse matet me kobalt - 60. Efikasiteti i zbulimit të grimcave është deri në 80 përqind. Treguesit e tjerë të kësaj pajisjeje janë si më poshtë: zhurma e brendshme është 2,2 imp / s, diapazoni i përcaktimit të energjisë është nga 0,05 në 3 MeV, ndërsa pragu i poshtëm për përcaktimin e rrezatimit të butë beta është 0,1 MeV.
Fig. 9. Një numërues beta-gama në fund të fytyrës Beta-5.
DHE natyrisht vlen të përmendet Kundërshton Geiger - Muller të aftë për të regjistruar grimcat alfa. Nëse regjistrimi i rrezatimit të butë beta duket të jetë një detyrë mjaft e vështirë, atëherë fiksimi i një grimce alfa, edhe me indekse të energjisë së lartë, është një detyrë edhe më e vështirë. Një problem i tillë mund të zgjidhet vetëm me një ulje përkatëse të trashësisë së dritares së punës në një trashësi që do të jetë e mjaftueshme për kalimin e një grimce alfa në dhomën e regjistrimit të sensorit, si dhe me një qasje pothuajse të plotë të Dritarja hyrëse e burimit të rrezatimit të grimcave alfa. Kjo distancë duhet të jetë 1 mm. Është e qartë se një pajisje e tillë automatikisht do të regjistrojë çdo lloj tjetër rrezatimi, dhe, për më tepër, me mjaftueshëm efikasitet të lartë... Kjo ka një anë pozitive dhe negative:
Pozitive - një pajisje e tillë mund të përdoret për gamën më të gjerë të analizës së rrezatimit
Negativ - për shkak të ndjeshmërisë së shtuar, do të shfaqet një sasi e konsiderueshme zhurme, e cila do të komplikojë analizën e të dhënave të marra të regjistrimit.
TE Për më tepër, një dritare pune me mikë shumë e hollë, megjithëse rrit aftësitë e banakut, por në kurriz të forcës mekanike dhe ngushtësisë së dhomës së jonizimit, veçanërisht pasi vetë dritarja ka një sipërfaqe mjaft të madhe pune. Për krahasim, në sportelet SBT10 dhe SI8B, të cilat i përmendëm më lart, me një sipërfaqe dritare pune prej rreth 30 sq / cm, trashësia e shtresës së mikës është 13 - 17 mikron, dhe me trashësinë e kërkuar për regjistrimin e grimcave alfa. prej 4-5 mikron, hyrja e dritares mund të bëhet vetëm jo më shumë se 0,2 sq / cm, ne po flasim për banakun SBT9.
O Sidoqoftë, trashësia e madhe e dritares së punës së regjistrimit mund të kompensohet nga afërsia me objektin radioaktiv, dhe anasjelltas, me një trashësi relativisht të vogël të dritares së mikës, bëhet e mundur regjistrimi i një grimce alfa në një distancë më të madhe se 1. – 2 mm. Vlen të jepet një shembull, me një trashësi dritareje deri në 15 mikron, qasja ndaj burimit të rrezatimit alfa duhet të jetë më pak se 2 mm, ndërsa burimi i grimcave alfa kuptohet si një emetues plutonium-239 me një energji rrezatimi. prej 5 MeV. Le të vazhdojmë, me trashësinë e dritares së hyrjes deri në 10 mikron, është e mundur të regjistrohen grimcat alfa tashmë në një distancë deri në 13 mm, nëse bëjmë një dritare mike me trashësi deri në 5 mikron, atëherë rrezatimi alfa do të regjistrohet në një distancë prej 24 mm, etj. Një tjetër parametër i rëndësishëm që ndikon drejtpërdrejt në aftësinë për të zbuluar grimcat alfa është indeksi i energjisë së tyre. Nëse energjia e një grimce alfa është më e madhe se 5 MeV, atëherë distanca e regjistrimit të saj për trashësinë e dritares së punës të çdo lloji do të rritet përkatësisht, dhe nëse energjia është më e vogël, atëherë distanca gjithashtu duhet të zvogëlohet, deri në pamundësia e plotë e regjistrimit të rrezatimit të butë alfa.
E nje me shume pikë e rëndësishme, duke lejuar rritjen e ndjeshmërisë së numëruesit alfa, është një rënie në aftësinë e regjistrimit për rrezatimin gama. Për ta bërë këtë, mjafton të minimizoni dimensionet gjeometrike të katodës, dhe fotonet gama do të kalojnë nëpër dhomën e regjistrimit pa shkaktuar jonizimin. Kjo masë bën të mundur uljen e ndikimit në jonizimin e kuanteve gama me një faktor mijëra, madje edhe dhjetëra mijëra herë. Nuk është më e mundur të eliminohet ndikimi i rrezatimit beta në kamerën e regjistrimit, por ekziston një mënyrë mjaft e thjeshtë për të dalë nga kjo situatë. Fillimisht regjistrohet rrezatimi alfa dhe beta i llojit total, më pas vendoset një filtër letre i trashë dhe bëhet një matje e dytë, e cila do të regjistrojë vetëm grimcat beta. Vlera e rrezatimit alfa në këtë rast llogaritet si diferencë midis rrezatimit total dhe një treguesi të veçantë të llogaritjes së rrezatimit beta.
Për shembull , vlen të ofrohen karakteristikat e një numëruesi modern Beta-1, i cili lejon regjistrimin e rrezatimit alfa, beta, gama. Këta tregues janë:
- sipërfaqja e zonës së punës së elementit të ndjeshëm është 7 sq / cm;
- trashësia e shtresës së mikës është 12 mikron, (distanca e zbulimit efektiv të grimcave alfa për plutonium është 239, rreth 9 mm, për kobaltin - 60, ndjeshmëria ndaj rrezatimit arrihet rreth 144 imp / μR);
- efikasiteti i matjes së rrezatimit për grimcat alfa - 20% (për plutonium - 239), grimcat beta - 45% (për talium -204), dhe gama kuantë - 60% (për përbërjen e stronciumit - 90, itrium - 90);
- sfondi i brendshëm i dozimetrit është rreth 0,6 puls / s;
- Sensori është projektuar për të regjistruar rrezatimin gama me një energji në rangun nga 0,05 MeV në 3 MeV, dhe grimcat beta me një energji prej më shumë se 0,1 MeV në kufirin e poshtëm dhe grimcat alfa me një energji prej 5 MeV ose më shumë.
Fig. 10. Përfundoni numëruesin alfa-beta-gama Beta-1.
TE sigurisht, ka ende mjaft gamë të gjerë sportele që janë projektuar për një përdorim më të ngushtë dhe më profesional. Pajisjet e tilla kanë një numër cilësimesh dhe opsionesh shtesë (elektrike, mekanike, radiometrike, klimatike, etj.), Të cilat përfshijnë shumë terma dhe aftësi të veçanta. Megjithatë, ne nuk do të përqendrohemi në to. Në fund të fundit, për mirëkuptim parimet bazë veprimet Kundërshton Geiger - Muller , modelet e përshkruara më sipër janë mjaft të mjaftueshme.
V Vlen gjithashtu të përmendet se ekzistojnë nënklasa të veçanta Numron Geiger që janë krijuar posaçërisht për të përcaktuar tipe te ndryshme rrezatimi tjetër. Për shembull, për të përcaktuar vlerën rrezatimi ultravjollcë, për regjistrimin dhe përcaktimin e neutroneve të ngadalta, të cilat funksionojnë sipas parimit të shkarkimit të koronës, dhe opsione të tjera që nuk lidhen drejtpërdrejt me këtë temë dhe nuk do të merren parasysh.
E shpikur në vitin 1908 nga fizikani gjerman Hans Wilhelm Geiger, një pajisje e aftë për të përcaktuar përdoret gjerësisht sot. Arsyeja për këtë është ndjeshmëria e lartë e pajisjes, aftësia e saj për të regjistruar një shumëllojshmëri të rrezatimit. Lehtësia e funksionimit dhe kostoja e ulët ju lejojnë të blini një numërues Geiger për këdo që vendos të masë në mënyrë të pavarur nivelin e rrezatimit në çdo kohë dhe në çdo vend. Çfarë është kjo pajisje dhe si funksionon?
Parimi i funksionimit të numëruesit Geiger
Dizajni i tij është mjaft i thjeshtë. Një përzierje gazi e përbërë nga neoni dhe argoni, e cila jonizohet lehtësisht, pompohet në një cilindër të mbyllur me dy elektroda. Furnizohet me elektroda (rreth 400 V), e cila në vetvete nuk shkakton asnjë fenomen shkarkimi deri në momentin kur fillon procesi i jonizimit në mjedisin e gaztë të pajisjes. Shfaqja e grimcave që vijnë nga jashtë çon në faktin se elektronet primare, të përshpejtuara në fushën përkatëse, fillojnë të jonizojnë molekulat e tjera të mediumit të gaztë. Si rezultat, nën ndikim fushe elektrike ndodh një krijim në formë orteku i elektroneve dhe joneve të reja, të cilat rrisin ndjeshëm përçueshmërinë e resë elektron-jonike. Një shkarkim ndodh në mjedisin e gaztë të numëruesit Geiger. Numri i impulseve që ndodhin gjatë një periudhe të caktuar kohore është drejtpërdrejt proporcional me numrin e grimcave fikse. Ky është, në terma të përgjithshëm, parimi i numëruesit Geiger.
Procesi i kundërt, si rezultat i të cilit mediumi i gaztë kthehet në gjendjen e tij origjinale, ndodh vetvetiu. Nën ndikimin e halogjenëve (zakonisht përdoret brom ose klor), në këtë mjedis ndodh një rikombinim intensiv i ngarkesave. Ky proces është shumë më i ngadalshëm, dhe për këtë arsye koha e nevojshme për të rivendosur ndjeshmërinë e numëruesit Geiger është një karakteristikë shumë e rëndësishme e pasaportës së pajisjes.
Përkundër faktit se parimi i funksionimit të njehsorit Geiger është mjaft i thjeshtë, ai është i aftë t'i përgjigjet rrezatimit jonizues të llojeve të ndryshme. Këto janë α-, β-, γ-, si dhe rreze X, neutron dhe gjithçka varet nga dizajni i pajisjes. Kështu, dritarja e hyrjes së një numëruesi Geiger të aftë për të regjistruar rrezatimin α- dhe të butë β- është bërë nga mikë me trashësi 3 deri në 10 mikron. Për zbulim, është bërë nga beriliumi, dhe ultravjollcë nga kuarci.
Ku aplikohet numëruesi Geiger
Parimi i funksionimit të numëruesit Geiger është baza për funksionimin e shumicës së dozimetrave moderne. Këto instrumente të vogla, të cilat kanë një kosto relativisht të ulët, janë mjaft të ndjeshme dhe të afta të shfaqin rezultate në njësi matëse të lexueshme. Lehtësia e përdorimit të tyre lejon që këto pajisje të përdoren edhe nga ata që kanë koncepte shumë të largëta të dozimetrisë.
Sipas aftësive të tyre dhe saktësisë së matjes, dozimetrat mund të jenë profesional dhe shtëpiak. Me ndihmën e tyre, është e mundur të përcaktohet në kohë dhe në mënyrë efektive burimi i disponueshëm i rrezatimit jonizues si në zona të hapura ashtu edhe në ambiente të mbyllura.
Këto pajisje, duke përdorur në punën e tyre parimin e funksionimit të numëruesit Geiger, mund të japin menjëherë një sinjal rreziku duke përdorur sinjale vizuale dhe zanore ose dridhje. Pra, gjithmonë mund të kontrolloni ushqimin, veshjen, të kontrolloni mobiljet, pajisjet, materialet e ndërtimit etj. për mungesë të rrezatimit të dëmshëm për trupin e njeriut.
Numëruesi Geiger- një pajisje shkarkimi gazi për numërimin e numrit të grimcave jonizuese që kalojnë nëpër të. Është një kondensator i mbushur me gaz që shpërthen kur një grimcë jonizuese shfaqet në vëllimin e gazit. Numëruesit Geiger janë detektorë (sensorë) mjaft të njohur të rrezatimit jonizues. Deri më tani, i shpikur në fillim të shekullit tonë për nevojat e fizikës bërthamore të sapolindur, nuk ka, çuditërisht, asnjë zëvendësim të plotë.
Dizajni i numëruesit Geiger është mjaft i thjeshtë. Një përzierje gazi e përbërë nga neoni dhe argoni i jonizuar lehtësisht futet në një cilindër të mbyllur me dy elektroda. Materiali i cilindrit mund të jetë i ndryshëm - qelqi, metali, etj.
Zakonisht sportelet perceptojnë rrezatimin me të gjithë sipërfaqen e tyre, por ka edhe nga ato në të cilat sigurohet një "dritare" e veçantë në cilindër për këtë. Përdorimi i gjerë i numëruesit Geiger-Muller shpjegohet me ndjeshmërinë e tij të lartë, aftësinë për të regjistruar rrezatime të ndryshme, thjeshtësinë relative dhe koston e ulët të instalimit.
Diagrami i lidhjes së numëratorit Geiger
Në elektroda aplikohet një tension i lartë U (shih Fig.), i cili në vetvete nuk shkakton ndonjë 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 vjen nga jashtë. Elektrone primare, që përshpejtohen në fushe elektrike, jonizojnë "në rrugë" molekula të tjera të mediumit të gaztë, duke gjeneruar gjithnjë e më shumë elektrone dhe jone. Duke evoluar si një ortek, ky proces përfundon me formimin e një reje elektron-jonike në hapësirën midis elektrodave, e cila rrit ndjeshëm përçueshmërinë e saj. Në mjedisin e gazit të njehsorit, ndodh një shkarkim që është i dukshëm (nëse balona është transparent) edhe me sy të lirë.
Procesi i kundërt - rikthimi i mediumit të gaztë në gjendjen e tij origjinale në të ashtuquajturat matës halogjen - ndodh vetvetiu. Halogjenet (zakonisht klori ose bromi), të cilat përmbahen në një sasi të vogël në mjedisin e gaztë, hyjnë në rrjedhë, të cilat kontribuojnë në rikombinimin intensiv të ngarkesave. Por ky proces është mjaft i ngadaltë. Koha e nevojshme për të rivendosur ndjeshmërinë ndaj rrezatimit të një numëruesi Geiger dhe përcaktimi i shpejtësisë së tij - koha "e vdekur" - është karakteristika kryesore e pasaportës së tij.
Matësit e tillë janë caktuar si halogjenë vetë-shuarës. Të dalluar nga një tension shumë i ulët i furnizimit, parametrat e mirë të sinjalit të daljes dhe një shpejtësi mjaft e lartë reagimi, ata kanë provuar të jenë të kërkuar si sensorë të rrezatimit jonizues në pajisjet e monitorimit të rrezatimit shtëpiak.
Numëruesit Geiger janë të aftë të zbulojnë një sërë llojesh të rrezatimit jonizues - a, b, g, ultravjollcë, rreze X, neutron. Por ndjeshmëria aktuale spektrale e numëruesit varet shumë nga dizajni i tij. Kështu, dritarja hyrëse e një kundër-ndjeshmërie ndaj rrezatimit a- dhe të butë b duhet të jetë mjaft e hollë; për këtë zakonisht përdoret mikë me trashësi 3 ... 10 mikron. Baloni i numëruesit, i cili reagon ndaj 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.
Varësia e shkallës së numërimit nga tensioni i furnizimit në një numërues Geiger
Bori futet në numëruesin e neutronit, pas ndërveprimit me të cilin fluksi i neutronit shndërrohet në grimca a lehtësisht të dallueshme. Rrezatimi fotonik - ultravjollcë, rreze X, rrezatimi g - numëruesit Geiger perceptojnë në mënyrë indirekte - përmes efektit fotoelektrik, efekti Compton, efekti i çiftëzimit; në çdo rast, ka një transformim të rrezatimit që ndërvepron me substancën katodë në një rrjedhë elektronesh.
Çdo grimcë e zbuluar nga numëruesi formon një puls të shkurtër në qarkun e saj të daljes. Numri i impulseve që shfaqen për njësi të kohës - shpejtësia e numërimit të një numëruesi Geiger - varet nga niveli i rrezatimit jonizues dhe tensioni në elektrodat e tij. Një grafik standard i varësisë së shkallës së numërimit nga konsumi i tensionit të furnizimit është paraqitur në figurën e mësipërme. Këtu Uns është voltazhi i fillimit të numërimit; Ung dhe Uvg janë kufijtë e poshtëm dhe të sipërm të zonës së punës, e ashtuquajtura pllajë, në të cilën shkalla e numërimit është pothuajse e pavarur nga tensioni i furnizimit të njehsorit. Tensioni i funksionimit Uр zakonisht zgjidhet në mes të këtij seksioni. Ajo korrespondon me Nр - norma e numërimit në këtë mënyrë.
Varësia e shkallës së numërimit nga shkalla e ekspozimit ndaj rrezatimit të njehsorit është karakteristika kryesore e tij. Grafiku i kësaj varësie ka një karakter pothuajse linear dhe për këtë arsye, ndjeshmëria ndaj rrezatimit të njehsorit shfaqet shpesh përmes imp / μR (pulses për mikroroentgen; ky dimension rrjedh nga raporti i shkallës së numërimit - imp / s - me nivelin e rrezatimit - μR / s).
Në ato raste kur nuk tregohet, është e nevojshme të përcaktohet ndjeshmëria e rrezatimit të banakut duke përdorur një nga parametrat e tij gjithashtu jashtëzakonisht të rëndësishëm - sfondin e tij. Ky është emri i shkallës së numërimit, faktori i të cilit është dy përbërës: i jashtëm - sfondi natyror i rrezatimit, dhe i brendshëm - rrezatimi i radionuklideve të bllokuar në vetë modelin e numëruesit, si dhe emetimi spontan i elektroneve të katodës së tij. .
Varësia e shkallës së numërimit nga energjia e kuanteve gama ("lëviz me ngurtësi") në një numërues Geiger
Një karakteristikë tjetër thelbësore e një numëruesi Geiger është varësia e ndjeshmërisë së tij ndaj rrezatimit nga energjia ("ngurtësia") e grimcave jonizuese. Deri në çfarë mase është e rëndësishme kjo varësi, tregon grafiku në figurë. "Godit me ngurtësi" padyshim do të ndikojë në saktësinë e matjeve.
Fakti që numëruesi Geiger është një pajisje orteku ka të metat e veta - reagimi i një pajisjeje të tillë nuk mund të përdoret për të gjykuar shkakun rrënjësor të ngacmimit të tij. Impulset dalëse të gjeneruara nga numëruesi Geiger nën veprimin e grimcave a, elektroneve, g-kuanteve nuk janë të ndryshme. Vetë grimcat, energjitë e tyre zhduken plotësisht në ortekët binjakë që gjenerojnë.
Tabela jep informacion mbi sportelet halogjene Geiger vetë-shuarëse të prodhimit vendas, më të përshtatshmet për pajisjet e monitorimit të rrezatimit shtëpiak.
| 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 - tensioni i funksionimit, V;
- 2 - pllajë - zona e varësisë së ulët të shkallës së numërimit nga tensioni i furnizimit, V;
- 3 - sfondi i vetë sportelit, imp / s, jo më shumë;
- 4 - ndjeshmëria ndaj rrezatimit të numëruesit, imp / μR (* - për kobalt-60);
- 5 - amplituda e pulsit të daljes, V, jo më pak;
- 6 - dimensionet, mm - diametri x gjatësia (gjatësia x gjerësia x lartësia);
- 7.1 - rrezatim i fortë b - dhe g;
- 7.2 - i njëjtë dhe i butë b - rrezatim;
- 7.3 - e njëjta dhe a - rrezatim;
- 7,4 - g - rrezatim.
Numëruesi Geiger SI-8B (BRSS) me një dritare mike për matjen e rrezatimit β të butë. Dritarja është transparente, nën të mund të shihni elektrodën e telit spirale, elektroda tjetër është trupi i pajisjes
Historia
Parimi u propozua në vitin 1908 nga Hans Geiger; Në vitin 1928, Walter Müller, duke punuar nën drejtimin e Geiger, vuri në praktikë disa versione të pajisjes, të cilat ishin strukturore të ndryshme në varësi të llojit të rrezatimit që regjistroi numëruesi.
Pajisja
Është një kondensator i mbushur me gaz që shpërthen kur një grimcë jonizuese kalon nëpër vëllimin e gazit. Qarku elektronik shtesë i siguron njehsorit furnizimin me energji elektrike (si rregull, të paktën 300). Siguron amortizimin e shkarkimit nëse është e nevojshme dhe numëron numrin e shkarkimeve përmes banakut.
Numëruesit Geiger ndahen në jo-vetë-shuarës dhe vetë-shuarës (që nuk kërkojnë një qark të jashtëm për përfundimin e shkarkimit).
Kur matni flukset e dobëta të rrezatimit jonizues me një numërues Geiger, duhet të merret parasysh sfondi i tij. Edhe në mbrojtjen e trashë të plumbit, shkalla e numërimit nuk bëhet kurrë e barabartë me zero... Një nga arsyet e këtij aktiviteti spontan të numëruesit është përbërësi i fortë i rrezatimit kozmik, i cili depërton pa dobësim të konsiderueshëm edhe përmes dhjetëra centimetra plumb dhe përbëhet kryesisht nga muone. Mesatarisht, rreth 1 muon në minutë fluturon në çdo centimetër katror afër sipërfaqes së Tokës, ndërsa efikasiteti i regjistrimit të tyre me një numërues Geiger është praktikisht 100%. Një burim tjetër sfondi është "ndotja" radioaktive e materialeve të vetë njehsorit. Për më tepër, një kontribut i rëndësishëm në sfondin e brendshëm jep emetimi spontan i elektroneve nga katoda kundër.
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 rrezatim i padukshëm dhe i padukshëm, dhe është e pamundur të zbulohen ato pa pajisje speciale.
Pak për historinë 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 natyrore krejtësisht të reja, të paparë deri tani. Është interesante se fenomeni i rrezatimit është vërejtur disa vite më parë, por ata nuk i kushtuan rëndësi, megjithëse djegiet nga rrezet x u prit edhe nga Nikola Tesla dhe punonjës të tjerë të laboratorit Edison. Dëmin për shëndetin i atribuohej çdo gjëje, por jo rrezeve, me të cilat i gjalli nuk ka hasur kurrë në doza të tilla. Në fillim të shekullit të 20-të, filluan të shfaqen artikuj mbi efektet e dëmshme të rrezatimit te kafshët. Edhe kjo nuk i kushtoi rëndësi historisë së bujshme me " vajzat e radiumit»- nga punëtorët e fabrikës që prodhonte orët ndriçuese. Thjesht i lagnin 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 ndanë bërthamën e uraniumit për herë të parë në botë, padashur tregoi mundësinë e një reaksioni zinxhir, dhe që nga ai moment një Reaksioni zinxhir i ideve për krijimin e një bombe, përkatësisht një bombe, dhe jo "Atom paqësor", të cilit politikanët gjakatarë të shekullit të 20-të, natyrisht, nuk do t'i jepnin asnjë qindarkë. Ata që ishin "në dijeni" tashmë e dinin se në çfarë do të çonte kjo dhe filloi gara e armëve atomike.
Si u shfaq numëruesi Geiger-Muller
Fizikani gjerman Hans Geiger, i cili punoi në laboratorin e Ernst Rutherford, në vitin 1908 propozoi parimin e 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. presion i ulët. Është përdorur nga Pierre Curie që nga viti 1895 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 udhëheqjen e Geiger, krijon disa lloje të numëruesve të rrezatimit të krijuar 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 që janë të ndjeshëm ndaj secilit prej llojeve të rrezatimit të hapur ndaj tij: α, β dhe γ (neutronet u zbuluan vetëm në 1932).
Numëruesi Geiger-Muller është dëshmuar të jetë një detektor rrezatimi i thjeshtë, i besueshëm, i lirë dhe praktik. Megjithëse nuk është instrumenti më i saktë për studimin e llojeve të veçanta të grimcave ose rrezatimit, ai është jashtëzakonisht i përshtatshëm si një pajisje për matjen e përgjithshme të intensitetit të rrezatimit jonizues. Dhe në kombinim me detektorë të tjerë, ai përdoret nga fizikanët për matjet më të sakta në eksperimente.
Rrezatimi jonizues
Për të kuptuar më mirë funksionimin e një numëruesi Geiger-Muller, është e dobishme të keni një kuptim të rrezatimit jonizues në përgjithësi. Sipas përkufizimit, këto përfshijnë atë 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 konsiderohen rrezatim jonizues. Kufiri fillon me "Ultraviolet e fortë", e njohur ndryshe si "rreze X e butë". Ky lloj është një lloj rrezatimi fotonik. Fotonet me energji të lartë quhen zakonisht gama kuantë.
Për herë të parë, Ernst Rutherford e 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 është:
α - bërthamat e atomeve të heliumit
β - elektrone me energji të lartë
γ - kuanta gama (fotone)
Më vonë, neutronet u zbuluan. Grimcat alfa bllokohen lehtësisht edhe nga letra e zakonshme, grimcat beta kanë një fuqi depërtuese pak më të lartë dhe rrezet gama më të lartat. Më të rrezikshmit janë neutronet (në një distancë deri në shumë dhjetëra metra në ajër!). Për shkak të neutralitetit të tyre elektrik, ato nuk ndërveprojnë me predha elektronike të molekulave të substancës. Por një herë në bërthama atomike, probabiliteti i të cilit është mjaft i lartë, 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. Gjëja më e keqe është se një objekt i rrezatuar ose një organizëm i gjallë vetë 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 tij shtohet një gaz inert (neoni ose argoni ose përzierja 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 i tensionit, në pikën e mesit të të cilit (bashkimi i rezistencës dhe anodës së njehsorit) voltazhi është praktikisht i barabartë me tensionin në burim. Zakonisht kjo është disa qindra volt.
Kur një grimcë jonizuese fluturon nëpër tub, atomet e një gazi inert, të cilët tashmë janë në një fushë elektrike me forcë të lartë, përjetojnë përplasje me këtë grimcë. Energjia e lëshuar nga një grimcë në një përplasje 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 veprimin e një fushe elektrike, elektronet përshpejtohen drejt anodës, dhe jonet e gazit të ngarkuar pozitivisht - drejt katodës së tubit. Kështu, ekziston elektricitet... 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 flasim për kur analizohen parametrat e numëruesve.
Kur një grimcë e ngarkuar hyn në numëruesin Geiger-Muller, për shkak të rrymës që rezulton, rezistenca e tubit bie dhe bashkë me të edhe tensioni në mes të ndarësit të tensionit, i cili u diskutua më lart. Pastaj rezistenca e tubit rikthehet për shkak të rritjes së rezistencës së tij, 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 është veçanërisht e lartë pranë anodës për shkak të madhësisë së saj të vogël, gjë që e bën njehsorin më të ndjeshëm.
Dizenjot e banakut 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 njehsorit e bën tubin të ngurtë, rezistent ndaj jashtme presioni atmosferik dhe nuk e lejon atë të thërrmohet nën ndikimin e tij. Në skajet e tubit, ka izolues izolues të bërë nga qelqi ose plastika termike. Ato përmbajnë gjithashtu përfundime-kapakë për lidhjen me qarkun e instrumentit. Tubi është i shënuar dhe i mbuluar me një llak izolues të qëndrueshëm, pa llogaritur, natyrisht, plumbat e tij. Tregohet gjithashtu polariteti i terminaleve. Është një numërues i gjithanshëm për të gjitha llojet e rrezatimit jonizues, veçanërisht beta dhe gama.
Numëruesit e ndjeshëm ndaj rrezatimit të butë β janë bërë ndryshe. Për shkak të gamës së vogël 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 regjistrimin e rrezatimit gama përmbajnë një katodë të bërë nga metale me një numër të lartë ngarkese, ose janë të veshur me metale të tilla. Gazi jonizohet jashtëzakonisht dobët nga fotonet gama. Por nga ana tjetër, fotonet gama mund të nxjerrin shumë elektrone dytësore nga katoda, nëse zgjidhet në një mënyrë të përshtatshme. 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, sapo kanë marrë shumë energji. Ata ndërveprojnë me materien shumë mirë dhe e humbin shpejt këtë energji.
Në rastin e grimcave alfa, situata është edhe më e keqe. Pra, pavarësisht nga energjia shumë e mirë, e rendit të disa MeV, grimcat alfa ndërveprojnë shumë fort me molekulat në rrugë, dhe shpejt humbasin energjinë. Nëse një substancë krahasohet me një pyll dhe një elektron me një plumb, atëherë grimcat alfa do të duhet të krahasohen me një rezervuar që depërton në një 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 sportele përdorim të përgjithshëm shpesh i pajisur me dy metra paralele. 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 pjatë e një aliazhi që përmban një përzierje kadmiumi vendoset midis banakut. Kur neutronet godasin një shirit të tillë, gjenerohet rrezatimi γ, i cili regjistrohet. Kjo bëhet për të qenë në gjendje të përcaktojë rrezatimin neutron, ndaj të cilit numëruesit e thjeshtë Geiger janë praktikisht të pandjeshëm. Një metodë tjetër është mbulimi i trupit (katodës) me papastërti të afta për të dhënë ndjeshmëri ndaj neutroneve.
Halogjenet (klori, bromi) përzihen me gazin për vetë-shuarjen e shpejtë të shkarkimit. Avujt e alkoolit shërbejnë për të njëjtin qëllim, megjithëse alkooli në këtë rast është jetëshkurtër (kjo është përgjithësisht një veçori e alkoolit) dhe banaku "esëll" 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.
Kundërndjeshmëria vlerësohet nga raporti i numrit të mikro-roentgjenit nga një burim referimi me numrin e pulseve të shkaktuara nga ky rrezatim. Meqenëse numëruesit Geiger nuk janë krijuar për të matur energjinë e grimcave, vlerësimi i saktë është i vështirë. Numëruesit janë të kalibruar kundrejt burimeve shembullore të izotopit. Duhet të theksohet se ky parametër për tipe te ndryshme numëruesit mund të jenë shumë të ndryshëm, më poshtë janë parametrat e numëruesve më të zakonshëm Geiger-Muller:
Numëruesi Geiger-Muller Beta 2- 160 ÷ 240 imp / mkR
Numëruesi Geiger-Muller Beta 1- 96 ÷ 144 imp / mkR
Numëruesi Geiger-Muller SBM-20- 60 ÷ 75 imp / mkR
Numëruesi Geiger-Muller SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp / mikroR
Numëruesi Geiger-Muller SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp / mikroR
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 kapen nga 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 pjesa e sheshtë e varësisë së tensionit të numrit të pulseve të regjistruara, prandaj 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 punës së banakut.
Ky është ndryshimi midis tensionit të prishjes së shkëndijës dhe tensionit në skajin e sheshtë të karakteristikës. Vlera tipike 100 V.
Pjerrësi kundër.
Pjerrësia matet si përqindje e pulseve për volt. Karakterizon gabimin statistikor të matjes (duke numëruar numrin e pulseve). Vlera tipike është 0.15%.
Temperatura e lejuar e funksionimit të njehsorit.
Për metra të përdorimit të përgjithshëm -50 ... +70 gradë Celsius. Ky është një parametër shumë i rëndësishëm nëse banaku punon në dhoma, kanale dhe vende të tjera të pajisjeve komplekse: përshpejtues, reaktorë, etj.
Burimi i punës kundër kundërvënieve.
Numri total i pulseve që njehsori regjistron deri në momentin 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 llogaritet vetëm nëse voltazhi i funksionimit aplikohet në njehsor. Nëse numëruesi thjesht ruhet, ky burim nuk konsumohet.
Njehsues i kohës së vdekur.
Kjo është koha (koha e rikuperimit) gjatë së cilës numëruesi përçon rrymën pasi nxitet nga një grimcë që kalon. Ekzistenca e një kohe të tillë do të thotë se ekziston një kufi i sipërm për frekuencën e pulsit, dhe kjo kufizon diapazonin e matjes. Vlera tipike është 1e-4 s, që është dhjetë mikrosekonda.
Duhet të theksohet se për shkak të kohës së vdekur, sensori mund të dalë "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 disa nga sensorët e sistemeve të alarmit.
Sfondi i vet kundër.
Matur në dhomat e plumbit me mure të trasha për të vlerësuar cilësinë e njehsorit. Vlera tipike është 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, matësat e serisë "Gamma", matësat e faqeve fundore " Beta“Dhe ka shumë të tjerë. Të gjitha ato përdoren për monitorimin dhe matjen e rrezatimit: në objektet bërthamore, në institucione shkencore dhe arsimore, në mbrojtjen civile, mjekësi dhe madje edhe jetën e përditshme. Pas aksidentit të Çernobilit, dozimetrat shtëpiake, i panjohur më parë për popullsinë edhe me emër, u bë shumë i njohur. Janë shfaqur shumë marka të dozimetrave shtëpiake. Ata të gjithë përdorin numëruesin Geiger-Muller si sensor rrezatimi. Në dozimetrat shtëpiake, instalohen një deri në dy tuba ose numërues fundorë.
NJËSITË MATJE TË VLERAVE TË RREZATIMIT
Për një kohë të gjatë, njësia matëse P (roentgen) ishte e përhapur. Sidoqoftë, me kalimin në sistemin SI, shfaqen njësi të tjera. Rrezet X 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 në 1 cm3 ajër, formohen 2.082e9 çifte jonesh (që korrespondon me 1 njësi të ngarkesës 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 në këmbim të njësisë së vjetëruar. Shpejtësia e dozës së absorbuar matet në gri për sekondë. Shkalla e dozës së ekspozimit (DER), e matur më parë në rentgen për sekondë, tani matet në amper për kilogram. Doza ekuivalente rrezatimi në të cilin doza e absorbuar është 1 Gy (gri) dhe faktori i cilësisë së rrezatimit është 1, quhet Sievert. Rem (ekuivalenti biologjik i rrezeve X) është një e qindta e sievertit dhe tani konsiderohet e vjetëruar. Sidoqoftë, edhe sot të gjitha njësitë e vjetëruara përdoren në mënyrë shumë aktive.
Doza dhe fuqia konsiderohen konceptet kryesore në matjet e rrezatimit. Doza është një numër tarifat elementare në procesin e jonizimit të një substance, dhe shkalla është shpejtësia 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 në kuptimin e pasojave afatgjata për organizmin. Llogaritja e rrezikut është mjaft e thjeshtë. Për shembull, dozimetri juaj lexon 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 gjetur rrezatim edhe 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 të reagojë ndaj tyre.
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 hapësirë të mjaftueshme kohore, nëse zvogëlohet, ju lejon të llogaritni kohën, sipas ligjit të zbërthimit radioaktiv, kur burimi bëhet mjaft i sigurt.