Berezka7km.ru

Березка 7км
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газоразрядные счетчики

Газоразрядные счетчики

Газоразрядный счетчик представ­ляет собой газонаполненный прибор, поставленный в режим ра­боты и обеспечивающий регистрацию интенсивности ядерных частиц по возникновению газового разряда. Газовым раз­рядом называют явление протекания ионизационного тока через газы.

Газоразрядный счетчик — это своеобразный конденсатор. Одним электродом (анодом) в нем служит тонкая нить из вольфрама, железа или другого металла диаметром 0,1—0,5мм, натянутая вдоль оси стеклянного цилиндра диаметром 1—3 см, вторым электродом (катодом) является внутреннее металличе­ское покрытие этого цилиндра (рис. 2.1.). Роль диэлектрика вы­полняет смесь газов, заполняющая под давлением 1,33-Ю 4 Па

1 — стеклянный баллон; 2 — металлический цилиндр или металлическое покрытие (ка­тод); 3—нить (анод); 4 — контакты и изоляторы. С—емкость; и—сопротивление;

Рис.2. 1 Принципиальная схема устройства и включения газоразрядныхсчетчиков

ИТ — источник постоянного тока

К электродам приложена достаточно высо­кая разность потенциалов электриче­ского поля.

Образование ионов и электронов в заполняющем газе происходит под дей­ствием попавших в счетчик движущихся ядерных частиц или квантов электромаг­нитных излучений. В общем случае ве­личина тока в газе, хотя и зависит от приложенного к счетчику напряжения (рис.2. 2), но не пропорциональна ему. Сложная зависимость силы тока от на­пряжения связана с особенностью физи­ческих процессов, протекающих в газе при движении ионов в межэлектродном пространстве.

На графике зависимости силы тока в газе от приложенного напряжения (вольтамперная характеристика) в газо­разрядном счетчике выделяют шесть областей (см. рис. 2.2):

/—действия закона Ома, //—ионизационной камеры (тока ‘насыщения), 111—пропорциональности, IV—ограниченной пропорциональности, V—Гейгера—Мюллера, VI—самостоя­тельных разрядов (непрерывного счета). Областью Гейгера— Мюллера называется область, где импульс тока на выходе ин­дикатора зависит лишь от напряжения на нем, но не зависит от первичного заряда.

Для регистрации гамма-квантов в радиометрии скважин ис­пользуют газоразрядные счетчики, работающие в области Гей­гера — Мюллера, не чувствительной к интенсивности первичной ионизации исследуемых частиц. Счетчики, работающие в таком режиме, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. Их осо­бенностью является большая величина выходного сигнала, до­стигающая единиц и даже первых десятков вольт, и, как след­ствие, простота последующей измерительной схемы аппара­туры.

В области Гейгера — Мюллера напряжение на электродах не так велико, чтобы происходил разряд самостоятельно. Необ­ходим внешний ионизатор — воздействие реактивного излуче­ния (гамма-кванта), создающего первичную ионизацию (хотя бы одну пару ионов), из которых развивается первая лавина ионов — начало непрерывного (сплошного) разряда. Самостоя­тельный разряд поддерживается в счетчике Гейгера — Мюл­лера следующими двумя процессами: 1) молекулы, возбуж­денные соударениями, освобождаются от избыточной энергии, испуская фотоны ультрафиолетового излучения, и переходят в нормальное состояние; фотоны поглощаются практически по всей поверхности катода и благодаря фотоэффекту вырывают из него электроны, которые, в свою

,

Рис.2. 2 график зависимости силы тока в газе от приложенного напряжения (вольтамперная характеристика) в газо­разрядном счетчике

очередь, создают за счет ударной ионизации новые лавины ионов уже во всем межэлек­тродном пространстве счетчика; 2) положительные ионы при таких высоких напряжениях приобретают настолько большую кинетическую энергию, что выбивают из катода свободные элек­троны. Коэффициент газового усиления ‘ в счетчиках Гейгера — Мюллера достигает 10 8 —10 9 , увеличиваясь с повышением на­пряжения питания электродов.

Читайте так же:
Как добавить счетчик мейл

Ионизирующая частица, попадая в счетчик режима непре­рывного разряда, не может заметно изменить силу тока и, сле­довательно, не будет зарегистрирована, поэтому необходимо ав­томатически гасить разряд в счетчике, т. е. подготовить его к ре­гистрации новой частицы.

Существуют два основных способа гашения разряда: 1) с при­менением гасящих радиотехнических схем; 2) с заполнением счетчиков подобранными смесями газов. В соответствии с этим в первом случае счетчики называются несамогасящимися, во втором — самогасящимися.

В аппаратуре, применяющейся для радиометрии скважин, используются самогасящиеся счетчики, которые обладают ря­дом преимуществ (быстрота действия, упрощенная схема включения и др.). Чтобы сделать счетчик самогасящимся, следует устранить вырывание электронов из катода при поглощении им ультрафиолетового излучения, так как вырывание является главной причиной образования непрерывного разряда. Для этого к обычному наполнителю — одноатомному газу (напри­мер, аргону) следует добавить до 10 % газа или паров много­атомных молекул некоторых веществ (этиловый спирт, метан, пентан, хлор и др.). Образующиеся фотоны будут полностью поглощаться многоатомными молекулами на расстоянии 1— 2 мм от места их возникновения и не смогут поэтому долететь до катода и вызвать заметный фотоэффект. При этом много­атомные молекулы либо ионизируются, либо распадаются на нейтральные части. Вместе с тем многоатомные молекулы об­ладают связанными электронами и легко отдают их положительным ионам аргона при столкновениях, и к катоду подходят лишь тяжелые, с малой кинетической энергией положительные ионы многоатомных органических молекул, которые там нейтрализуются.

Отечественная промышленность выпускает высоковольтные газоразрядные счетчики, наполненные аргоном или неоном с теми или иными примесями многоатомных газов (изопентан).

Материал катода зависит от конкретной задачи: для регист­рации мягкого гамма-излучения лучше применять счетчики типа ЕС с вольфрамовый катодом, жесткого гамма-излучения— счетчики типа МС, ГС с медным и графитовым катодами.

Основные преимущества газоразрядных счетчиков: 1) ста­бильность работы в большом диапазоне изменения темпера­туры (от —55 до -300°С); 2) необязательность постоянства напряжения питания; 3) повышенная чувствительность к жест­кому гамма-излучению при решении некоторых геолого-промыс­ловых задач.

К недостаткам газоразрядных счетчиков относятся: 1) высо­кое рабочее напряжение питания (700—1600 В); 2) ограничен­ный срок службы вследствие диссоциации многоатомных моле­кул; 3) низкая максимальная скорость счета.

Счётчик Гейгера

Счётчик Ге́йгера, счётчик Ге́йгера — Мю́ллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.

Содержание

История

Принцип предложен в 1908 году Хансом Гейгером; в 1928 Вальтер Мюллер, работая под руководством Гейгера, реализовал на практике несколько версий прибора, конструктивно отличавшихся в зависимости от типа излучения, которое регистрировал счётчик.

Читайте так же:
Счетчик жидкости для дозатора

Устройство

Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В ). При необходимости обеспечивает гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счётчики с рабочим напряжением 390 В :

  • «СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), «СБМ-21» (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого
  • β — и
  • γ -излучений);
  • «СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого
  • β -излучения).

Широкое применение счётчика Гейгера — Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Принцип работы

Цилиндрический счётчик Гейгера — Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создаётся напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров, материала электродов и газовой среды внутри счётчика. В большинстве случаев широко распространённые отечественные счётчики Гейгера, требуют напряжения 400 В .

Счётная характеристика (зависимость скорости счёта от напряжения на счётчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счёта очень слабо зависит от напряжения на счётчике. Протяжённость такого плато достигает для низковольтных счётчиков 80—100 В , а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.

Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика ( ≈10 −4 с ). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.

Нейтроны напрямую газоразрядными счётчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или трифторида бора либо введение бора в состав материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций.

Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера — Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.

При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счётчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счёта никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счётчика является жёсткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счётчиком Гейгера практически равна 100 %. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счётчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон даёт спонтанная эмиссия электронов из катода счётчика.

Читайте так же:
Счетчики оборотов простые механические

Примечание

Следует отметить, что по историческим причинам сложилось несоответствие между русским и английским вариантами этого и последующих терминов:

Вещь. Счетчик Гейгера для смартфона

Favorite В закладки

Вещь. Счетчик Гейгера для смартфона

С чем ассоциируется у вас лето? Солнце, пляжи, активные игры? Или, может быть, «тихая охота» и сбор ягод?

Как бы то ни было, многие из нас приобретают грибы и фрукты на рынке, у бабушек перед магазинами или прямо на трассах во время поездок.

Почему бы и нет? Свежее, только из леса/с дачи, природное-полезное.

Вот только радиоактивных зон в России такое количество, что всех не упомнишь: Часто именно на них отлично растут грибы и разнообразные полезные растения.

Так что без счетчика Гейгера нам, гикам-параноикам, никуда.

Помочь с приобретением датчика могут наши китайские друзья: например, здесь в одном лоте собраны сразу все наиболее популярные варианты доступного счетчика Гейгера, использующего в роли экрана смартфон.

Так намного дешевле полноценного лабораторного прибора.

Самый простой вариант FSG-001-Basic позволяет определять радиацию в диапазоне 0,1-200 мкЗв/ч.

Жаль, точность этой 6-граммовой приставки для мини-джека оставляет желать лучшего.

Наличие фона определит, величину — с очень большой погрешностью.

Для работы используются довольно простые приложения Smart Geiger counter и Smart Checker, доступные в Google Play и App Store.

Более продвинутый датчик Geiger Counter Pro-SGP-001 имеет увеличенный диапазон до 0,05-200 мкЗв/ч измерений и повышенную точность.

Как и предшественник, использует для подключения мини-джек смартфона под управлением iOS или Android.

Этот прибор за счет точности поможет определиться — стоит ли приобретать фрукты на рынке, или оставить их владельцу.

Все же, природный фон никуда не деть. И не всегда наличие радиации критично.

Работает с мультиязычным приложением Smart Geiger Pro (Google Play, App Store): тут и шкала наглядная, и сохранения есть, и время работы учитывается.

Наконец, беспроводной счетчик Гейгера BSG-001-Bluetooth с точностью 0,1-200 мкЗв/ч пригодится в прогулках по незнакомой местности.

Устройство подключается по Bluetooth, передавая данные на 10 метров. Правда, если iPhone подходят любые, то Android должен быть не свежее версии 8.0.

Чувствительность гаджета позволяет распознавать наличие радиоактивного фона с максимальным определяемым значением за 50 метров.

Точность этой версии выше, но вряд ли лучше 10-25%: подойдет только в любительских целях.

Стоит обратить внимание на приложение: Wireless Smart Geiger (Google Play, App Store) больше подходит для аналитических и походных задач.

Чем выше точность, тем дороже устройство. Так что стоит обдумать свои задачи.

FSG-001-Basic обойдется 2424 рублей. Pro-SGP-001 стоит уже 4441 рублей. За самый продвинутый BSG-001 придется отдать 5138 рублей.

Читайте так же:
Счетчик пользователей для юкоз

Где применяются счетчики гейгера

Счетчики Гейгера-Мюллера — самые распространенные детекторы (датчики) ионизирующего излучения. До сих пор им, изобретенным в самом начале нашего века для нужд зарождающейся ядерной физики, нет, как это ни странно, сколько-нибудь полноценной замены.

В своей основе счетчик Гейгера очень прост. В хорошо вакуумированный герметичный баллон с двумя электродами введена газовая смесь, состоящая в основном из легко ионизируемых неона и аргона. Баллон может быть стеклянным, металлическим и др. Обычно счетчики воспринимают излучение всей своей поверхностью, но существуют и такие, у которых для этого в баллоне предусмотрено специальное «окно».

Схема включения счетчика гейгера

К электродам прикладывают высокое напряжение U ( см рис.), которое само по себе не вызывает каких-либо разрядных явлений. В этом состоянии счетчик будет пребывать до тех пор, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации — след из ионов и электронов, порождаемый пришедшей извне ионизирующей частицей. Первичные электроны, ускоряясь в электрическом поле, ионизируют «по дороге» другие молекулы газовой среды, порождая все новые и новые электроны и ионы. Развиваясь лавинообразно, этот процесс завершается образованием в межэлектродном пространстве электронно-ионного облака, резко увеличивающего его проводимость. В газовой среде счетчика возникает разряд, видимый (если баллон прозрачный) даже простым глазом.

Обратный процесс — возвращение газовой среды в ее исходное состояние в так называемых галогеновых счетчиках — происходит само собой. В действие вступают галогены (обычно хлор или бром), в небольшом количестве содержащиеся в газовой среде, которые способствуют интенсивной рекомбинации зарядов. Но этот процесс идет значительно медленнее. Отрезок времени, необходимый для восстановления радиационной чувствительности счетчика Гейгера и фактически определяющий его быстродействие — «мертвое» время — является важной его паспортной характеристикой.

Такие счетчики называют галогеновыми самогасящимися. Отличаясь самым низким напряжением питания, превосходными параметрами выходного сигнала и достаточно высоким быстродействием, они оказались особенно удобными для применения в качестве датчиков ионизирующего излучения в бытовых приборах радиационного контроля.

Счетчики Гейгера способны реагировать на самые разные виды ионизирующего излучения — a , b , g , ультрафиолетовое, рентгеновское, нейтронное. Но реальная спектральная чувствительность счетчика в значительной мере зависит от его конструкции. Так, входное окно счетчика, чувствительного к a — и
мягкому b -излучению, должно быть очень тонким; для этого обычно используют слюду толщиной 3. 10 мкм. Баллон счетчика, реагирующего на жесткое b — и g -излучение, имеет обычно форму цилиндра с толщиной стенки 0,05. 0,06 мм (он служит и катодом счетчика). Окно рентгеновского счетчика изготавливают из бериллия, а ультрафиолетового — из кварцевого стекла.

Зависимость скорости счета от напряжения питания в счетчике Гейгера

В счетчик нейтронов вводят бор, при взаимодействии с которым поток нейтронов преобразуется в легко регистрируемые a- частицы. Фотонное излучение — ультрафиолетовое, рентгеновское, g-излучение — счетчики Гейгера воспринимают опосредованно — через фотоэффект, комптон-эффект, эффект рождения пар; в каждом случае происходит преобразование взаимодействующего с веществом катода излучения в поток электронов.

Читайте так же:
Счетчик посещений лайф интернет

Каждая фиксируемая счетчиком частица вызывает появление в его выходной цепи короткого импульса. Число импульсов, возникающих в единицу времени, — скорость счета счетчика Гейгера — зависит от уровня ионизирующей радиации и напряжения на его электродах. Типичный график зависимости скорости счета от напряжения питания Uпит показан на рисунке выше. Здесь Uнс — напряжение начала счета; Uнг и Uвг — нижняя и верхняя граница рабочего участка, так называемого плато, на котором скорость счета почти не зависит от напряжения питания счетчика. Рабочее напряжение Uр обычно выбирают в середине этого участка. Ему соответствует Nр — скорость счета в этом режиме.

Зависимость скорости счета от уровня радиационного облучения счетчика — важнейшая его характеристика. График этой зависимости имеет почти линейный характер и поэтому нередко радиационную чувствительность счетчика выражают через имп/мкР (импульсов на микрорентген; эта размерность следует из отношения скорости счета — имп/с — к уровню радиации — мкР/с).

В тех случаях, когда она не указана (нередких, к сожалению), судить о радиационной чувствительности счетчика приходится по другому его тоже очень важному параметру — собственному фону. Так называют скорость счета, причиной которой являются две составляющие: внешняя — естественный радиационный фон, и внутренняя — излучение радионуклидов, оказавшихся в самой конструкции счетчика, а также спонтанная электронная эмиссия его катода. («фон» в дозиметрии имеет почти тот же смысл, что и «шум» в радиоэлектронике; в обоих случаях речь идет о принципиально неустранимых воздействиях на аппаратуру.)

Зависимость скорости счета от энергии гамма-квантов ("ход с жесткостью") в счетчике Гейгера

Еще одной важной характеристикой счетчика Гейгера является зависимость его радиационной чувствительности от энергии («жесткости») ионизирующих частиц. На профессиональном жаргоне график этой зависимости называют «ходом с
жесткостью». В какой мере эта зависимость важна, показывает график на рисунке. «Ход с жесткостью» будет влиять, очевидно, на точность проводимых измерений.

Не обсуждая вопрос о том, нужна ли высокая точность измерений бытовому радиометру, заметим, что подобные приборы промышленного изготовления отличаются от любительских только лишь коррекцией счетчика по жесткости. Для этого на счетчик надевают «рубашку» — пассивный фильтр, имеющий приблизительно обратную по отношению к счетчику жесткостную характеристику.

То, что счетчик Гейгера является лавинным прибором, имеет и свои минусы — по реакции такого прибора нельзя судить о первопричине его возбуждения. Выходные импульсы, генерируемые счетчиком Гейгера под действием a -частиц, электронов, g -квантов (в счетчике, на все эти виды излучения реагирующем), ничем не различаются. Сами частицы, их энергии совершенно исчезают в порождаемых ими лавинах-близнецах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector