Berezka7km.ru

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

Счетчик Гейгера

счетчик Гейгера

Счетчиком Гейгера представляет собой инструмент , используемый для обнаружения и измерения ионизирующего излучения . Также известный как счетчик Гейгера-Мюллера (или счетчик Гейгера-Мюллера ), он широко используется в таких приложениях, как дозиметрия излучения , радиологическая защита , экспериментальная физика и ядерная промышленность .

Он обнаруживает ионизирующее излучение, такое как альфа-частицы , бета-частицы и гамма-лучи, используя эффект ионизации, производимый в трубке Гейгера-Мюллера , которая дала название инструменту. [1] Широко и широко применяемый в качестве портативного прибора для радиационной разведки , он, возможно, является одним из самых известных в мире приборов для обнаружения радиации .

Оригинальный принцип обнаружения был реализован в 1908 году в Университете Манчестера , [2] , но он не был до развития трубки Гейгера-Мюллера в 1928 году , что счетчик Гейгера может быть получен в качестве практического инструмента. С тех пор он стал очень популярным благодаря прочному чувствительному элементу и относительно невысокой стоимости. Однако существуют ограничения при измерении высоких уровней излучения и энергии падающего излучения. [3]

СОДЕРЖАНИЕ

Принцип работы [ править ]

Счетчик Гейгера состоит из трубки Гейгера – Мюллера (чувствительный элемент, который улавливает излучение) и обрабатывающей электроники, которая отображает результат.

Трубка Гейгера – Мюллера заполнена инертным газом, таким как гелий , неон или аргон, при низком давлении, к которому приложено высокое напряжение. Трубка ненадолго проводит электрический заряд, когда частица или фотон падающего излучения делает газ проводящим за счет ионизации. Ионизация внутри трубки значительно усиливается за счет эффекта разряда Таунсенда, чтобы получить легко измеряемый импульс обнаружения, который подается на электронику обработки и отображения. Этот большой импульс от трубки делает счетчик Гейгера относительно дешевым в производстве, поскольку последующая электроника значительно упрощается. [3] Электроника также генерирует высокое напряжение, обычно 400–900 вольт, которое необходимо приложить к лампе Гейгера – Мюллера, чтобы обеспечить ее работу. Чтобы остановить разряд в трубке Гейгера – Мюллера, в газовую смесь добавляют немного газообразного галогена или органического вещества (спирта).

Чтение [ править ]

Существует два типа считывания обнаруженного излучения: счетчики или доза облучения . Отображение подсчетов является самым простым и представляет собой количество обнаруженных событий ионизации, отображаемое либо в виде скорости счета, например, «количество в минуту» или «количество в секунду», либо в виде общего количества импульсов за заданный период времени (интегрированный общее). Считывание количества обычно используется при обнаружении альфа- или бета-частиц. Более сложным является отображение мощности дозы излучения, отображаемое в таких единицах, как зиверт, которые обычно используются для измерения мощности дозы гамма- или рентгеновского излучения. Трубка Гейгера – Мюллера может обнаруживать присутствие излучения, но не его энергию. , влияющий на ионизирующий эффект излучения. Следовательно, приборы, измеряющие мощность дозы, требуют использования трубки Гейгера – Мюллера с компенсацией энергии , чтобы отображаемая доза соответствовала зарегистрированным счетчикам. [3] Электроника будет применять известные факторы для выполнения этого преобразования, которое является специфическим для каждого прибора и определяется конструкцией и калибровкой.

Считывание может быть аналоговым или цифровым, а современные приборы предлагают последовательную связь с главным компьютером или сетью.

Обычно есть возможность производить звуковые щелчки, отображающие количество обнаруженных событий ионизации. Это характерный звук, который обычно ассоциируется с портативными или портативными счетчиками Гейгера. Это позволяет пользователю сконцентрироваться на манипуляциях с инструментом, сохраняя при этом слуховую обратную связь по интенсивности излучения.

Ограничения [ править ]

Есть два основных ограничения счетчика Гейгера. Поскольку выходной импульс трубки Гейгера – Мюллера всегда имеет одинаковую величину (независимо от энергии падающего излучения), трубка не может различать типы излучения. [3] Во-вторых, трубка не может измерять высокие уровни излучения, потому что за каждым событием ионизации следует «мертвое время», нечувствительный период, в течение которого любое дальнейшее падающее излучение не приводит к подсчету. Как правило, мертвое время снижает указанные скорости счета от примерно 10 4 до 10 5 отсчетов в секунду, в зависимости от характеристики используемой трубки. [3] В то время как некоторые счетчики имеют схемы, которые могут это компенсировать, для точных измерений ионная камера инструменты предпочтительнее для высоких уровней излучения.

Типы и приложения [ править ]

Предполагаемое приложение для обнаружения счетчика Гейгера диктует конструкцию используемой трубки. Следовательно, существует очень много конструкций, но их в целом можно разделить на «торцевое окно», безоконное «тонкостенное», «толстостенное», а иногда и на гибриды этих типов.

Обнаружение частиц [ править ]

Первые исторические применения принципа Гейгера были для обнаружения альфа- и бета-частиц, и прибор до сих пор используется для этой цели. Для альфа-частиц и бета-частиц с низкой энергией необходимо использовать тип «торцевого окна» трубки Гейгера-Мюллера, поскольку эти частицы имеют ограниченный диапазон и легко задерживаются твердым материалом. Следовательно, для трубки требуется окно, которое должно быть достаточно тонким, чтобы пропустить как можно больше этих частиц в заполняющий газ. Окно обычно делают из слюды плотностью около 1,5 — 2,0 мг / см 2 . [1]

Альфа-частицы имеют самый короткий диапазон, и для их обнаружения окно в идеале должно находиться в пределах 10 мм от источника излучения из-за ослабления альфа-частицами . [1] Однако трубка Гейгера-Мюллера производит импульсный выходной сигнал, который имеет одинаковую величину для всего обнаруженного излучения, поэтому счетчик Гейгера с трубкой с торцевым окном не может различать альфа- и бета-частицы. [3] Опытный оператор может использовать различное расстояние от источника излучения, чтобы различать альфа-частицы и бета-частицы высокой энергии.

«Блинная» трубка Гейгера – Мюллера представляет собой вариант зонда с торцевым окном, но имеет большую зону обнаружения, чтобы ускорить проверку. Однако давление атмосферы по сравнению с низким давлением наполняющего газа ограничивает размер окна из-за ограниченной прочности оконной мембраны.

Некоторые бета-частицы также могут быть обнаружены с помощью тонкостенной «безоконной» трубки Гейгера – Мюллера, которая не имеет торцевого окна, но позволяет бета-частицам высокой энергии проходить через стенки трубки. Хотя стенки трубки обладают большей тормозной способностью, чем тонкое торцевое окно, они все же позволяют этим более энергичным частицам достигать заполняющего газа. [1]

Счетчики Гейгера с торцевым окном до сих пор используются в качестве портативного прибора для измерения и обнаружения радиоактивного загрязнения общего назначения из-за их относительно низкой стоимости, надежности и относительно высокой эффективности обнаружения; особенно с бета-частицами высоких энергий. [3] [4] Однако для различения альфа- и бета-частиц или предоставления информации об энергии частиц следует использовать сцинтилляционные счетчики или пропорциональные счетчики . [5] Эти типы инструментов производятся с гораздо большей площадью детектора, что означает, что проверка на загрязнение поверхности происходит быстрее, чем с помощью счетчика Гейгера.

Обнаружение гамма- и рентгеновского излучения [ править ]

Счетчики Гейгера широко используются для обнаружения гамма-излучения и рентгеновских лучей, известных под общим названием фотоны , и для этого используется безоконная трубка. Однако эффективность обнаружения низка по сравнению с альфа- и бета-частицами. В статье о трубке Гейгера – Мюллера дается более подробное описание методов, используемых для регистрации фотонного излучения. Для фотонов высокой энергии трубка основана на взаимодействии излучения со стенкой трубки, обычно из материала с высоким Z, такого как хромированная сталь толщиной 1-2 мм, для образования электронов внутри стенки трубки. Они входят в заполняющий газ и ионизируют его. [3]

Читайте так же:
Передать счетчики по воде по чернушке

Это необходимо, поскольку газ низкого давления в трубке мало взаимодействует с фотонами более высоких энергий. Однако по мере того, как энергия фотонов уменьшается до низкого уровня, происходит большее взаимодействие газа и увеличивается прямое взаимодействие газа. При очень низких энергиях (менее 25 кэВ) преобладает прямая ионизация газа, и стальная трубка ослабляет падающие фотоны. Следовательно, при этих энергиях типичная конструкция трубки представляет собой длинную трубку с тонкой стенкой, которая имеет больший объем газа, что дает повышенную вероятность прямого взаимодействия частицы с наполняющим газом. [1]

Выше этих низких уровней энергии наблюдается значительная разница в реакции на различные энергии фотонов одинаковой интенсивности, и в трубке со стальными стенками используется так называемая «компенсация энергии» в виде кольцевых фильтров вокруг оголенной трубки, которые пытаются компенсируют эти колебания в большом диапазоне энергий. [1] Труба GM из хромистой стали имеет КПД около 1% в широком диапазоне энергий. [1]

Обнаружение нейтронов [ править ]

Для измерения нейтронов используется разновидность трубки Гейгера , где в качестве газа используется трифторид бора или гелий-3, а для замедления нейтронов используется пластиковый замедлитель. Это создает внутри детектора альфа-частицу и, таким образом, можно подсчитывать нейтроны.

Гамма-измерение — защита персонала и управление процессами [ править ]

Термин «счетчик Гейгера» обычно используется для обозначения портативного измерителя геодезического типа, однако принцип Гейгера широко используется в установленных сигнализаторах «гамма-излучения по площади» для защиты персонала, а также в приложениях для измерения технологических процессов и блокировки. Трубка Гейгера по-прежнему является чувствительным устройством, но электроника обработки данных будет иметь более высокую степень сложности и надежности, чем та, которая используется в портативном геодезическом измерителе.

Физический дизайн [ править ]

Для портативных устройств существуют две основные физические конфигурации: «интегральный» блок с детектором и электроникой в ​​одном и том же блоке, и «двухкомпонентная» конструкция, которая имеет отдельный датчик детектора и электронный модуль, соединенный коротким кабелем. .

В 1930-х годах к цилиндрической конструкции было добавлено слюдяное окно, позволяющее легко проходить излучению с низким проникновением. [6]

Интегрированный блок позволяет управлять одной рукой, поэтому оператор может использовать другую руку для личной безопасности в сложных положениях для наблюдения, но конструкция из двух частей позволяет легче манипулировать детектором и обычно используется для контроля альфа- и бета-загрязнения поверхности, где требуется осторожность. требуется манипулирование датчиком, иначе вес электронного модуля сделает работу слишком громоздкой. Доступен ряд детекторов разного размера для конкретных ситуаций, таких как размещение зонда в небольших отверстиях или ограниченном пространстве.

Детекторы гамма- и рентгеновского излучения обычно имеют «интегральную» конструкцию, поэтому трубка Гейгера – Мюллера удобно размещается внутри корпуса электроники. Этого легко добиться, поскольку кожух обычно имеет небольшое затухание и используется в измерениях гамма-излучения окружающей среды, где расстояние от источника излучения не является существенным фактором. Однако для облегчения более локальных измерений, таких как «доза на поверхности», положение трубки в корпусе иногда указывается мишенями на корпусе, поэтому точное измерение может быть выполнено с трубкой в ​​правильной ориентации и на известном расстоянии от поверхность.

Существует особый тип гамма-прибора, известный как детектор «горячей точки», у которого детекторная трубка находится на конце длинного стержня или гибкого трубопровода. Они используются для измерения местоположений с высоким уровнем гамма-излучения, защищая оператора с помощью дистанционной защиты.

Обнаружение альфа- и бета-частиц может использоваться как в цельном, так и в двухкомпонентном исполнении. Зонд для блинов (для альфа / бета) обычно используется для увеличения зоны обнаружения в двухкомпонентных приборах, при этом они относительно легкие. В встроенных приборах, использующих трубку с торцевым окном, в корпусе корпуса имеется окно для предотвращения экранирования частиц. Существуют также гибридные приборы, которые имеют отдельный зонд для обнаружения частиц и трубку для определения гамма-излучения в электронном модуле. Датчики переключаются оператором в зависимости от типа измеряемого излучения.

Руководство по использованию приложения [ править ]

В Соединенном Королевстве Национальный совет по радиологической защите издал инструкцию пользователя по выбору лучшего портативный типа прибора для применения измерительного излучения заинтересованного. [5] Он охватывает все технологии приборов радиационной защиты и включает руководство по использованию детекторов GM.

Ионизирующее излучение счетчика гейгера

Программа курса
Введение в радиометрию

Голубцов И. В.
(до 50 учебных часов)

Предмет радиометрии. Аппаратурная и методическая составляющие. Общие сведения. Непосредственно и косвенно ионизирующие излучения, их основные параметры. Эффекты взаимодействия излучений с веществом, используемые в радиометрии. Понятие детектора ионизирующего излучения. Классификация детекторов. Радиометрический прибор, установка. Общая блок-схема радиометрического прибора. Классификация радиометрических приборов, их назначение и основные характеристики: чувствительность, разрешающее время и др. Радиометры, спектрометры, радиоизотопные приборы для контроля технологических процессов, специальные приборы целевого назначения. Дозиметрическая аппаратура, ее специфика.

Общая характеристика электрических сигналов, поступающих на вход радиометрического прибора от детекторов излучений. Электрический импульс и его параметры. Интегральный и дифференциальный принципы измерений. Принципы построения электрических схем радиометрических приборов в зависимости от их назначения. Основные функциональные блоки радиометрических приборов и требования, предъявляемые к ним.

Общие сведения из электротехники по воздействию различных сигналов на элементы схем радиометрических приборов. Емкостные, индуктивные и активные сопротивления как элементы схем радиометрических приборов. Понятие постоянной времени электрических цепей и значение этого параметра в радиометрии. Интегрирование и дифференцирование электрических импульсов. Усилители электрических сигналов: усилители электрических импульсов, усилители постоянного тока. Принципы измерения слабых токов. Специфические особенности схем усилителей электрических сигналов детекторов и требования к ним. Другие электронные схемы преобразования электрических сигналов от детекторов ионизирующих излучений.

Электронная лампа и полупроводниковый прибор, как элементы схем. Сравнительные характеристики электронных ламп и полупроводниковых приборов. Примеры электронных схем функциональных блоков радиометрических приборов. Печатные схемы как функциональные элементы радиометрических приборов. Примеры функциональных печатных схем, их основные преимущества. Блоки "пересчета" электрических сигналов. Регистрация электрических сигналов на "выходе" радиометрического прибора (стрелочные приборы, самописцы, механические счетчики, декатроны, трохотроны и др.). Анализаторы электрических сигналов в спектрометрах, особенности построения их схем и требования к ним. Сопряжение радиометрического прибора с ЭВМ, сопряжение с исполнительными механизмами в приборах технологического контроля. Пути дальнейшего развития схемной электроники для радиометрии. Источники электропитания и основные требования к радиометрической аппаратуре. Принципы согласования входных параметров электронных схем с выходными характеристиками детекторов.

Основные параметры детекторов ионизирующего излучений и требования, предъявляемые к детекторам. Счетная (рабочая) характеристика детектора, вольтамперная характеристика, чувствительность, разрешающее и "мертвое" время детектора, эффективность регистрации. Зависимость эффективности от свойств регистрируемого излучения, условий эксплуатации и конструкции детектора. Наведенный и собственный "фон" детектора, причины и способы его уменьшения. Радиационная стойкость и срок службы детектора. Возможное влияние температуры и внешних электромагнитных полей на работу детектора. Вольтамперная характеристика электрического разряда в газе.
Газонаполненные детекторы излучения.
Ионизационная камера. Устройство ионизационных камер, принцип действия, электрическая схема включения. Газовое наполнение камер, требование к газу-наполнителю. Образование электронно-ионных пар под действием заряженных частиц в "электроположительных и "электроотрицательных" газах. Процессы, происходящие в газонаполненном объеме ионизационной камеры под действием ионизирующего излучения и электрического поля. Энергия ионообразования для различных газов. Ионы и метастабильные атомы в газе. Подвижность, диффузия, рекомбинация ионов и электронов в газе.

Читайте так же:
Счетчик судейский для волейбола

Импульсная (дифференциальная) ионизационная камера. Назначение и особенности конструкции. Параметры импульсных камер. Вольтамперная характеристика. Оценка амплитуды и длительность импульса ионизационной камеры. Влияние постоянной времени "RC" на параметры электрического сигнала на выходе камеры. Импульсная камера с сеткой, ее возможные преимущества. Использование импульсных камер для регистрации и спектрометрии тяжелых заряженных частиц. Камеры для регистрации нейтронов.

Токовая (интегральная) ионизационная камера. Назначение, основные параметры, схема включения. Разновидности и требования к конструкции камер, конденсаторные камеры. Роль постоянной времени "RC" токовых камер. Оценка возможной величины интегрированного токового сигнала на выходе камеры.

Возможности ионизационных камер при регистрации различных видов излучения, эффективность регистрации. Требование к источникам электропитания камер. Особенности электронных схем измерений для токовых и импульсных камер.

Пропорциональные счетчики. Назначение, основные параметры, схемы включения. Несамостоятельный разряд в газе, механизм несамостоятельного разряда и работа пропорционального счетчика. Токовый и импульсный режимы работы. Особенность конструкции в зависимости от назначения и режима работы. Влияние постоянной времени "RC" на параметры электрического сигнала на выходе в различных режимах работы. Оценка амплитуды и длительности электрического сигнала от счетчика. Процессы, происходящие в счетчике во время работы, коэффициент газового усиления и его зависимость от напряжения питания и других факторов. Вольтамперная характеристика счетчика, область ограниченной пропорциональности. Требование к источнику электропитания. Эффективность пропорционального счетчика при измерении параметров различных излучений. Использование для спектрометрии заряженных частиц и характеристического рентгеновского излучения.

Счетчики Гейгера-Мюллера. Назначение, основные параметры, схема включения. Требования к газу-наполнителю. Особенности самостоятельного разряда в газе. Процессы, происходящие в несамогасящем-ся счетчике Гейгера-Мюллера. Развитие разряда в газе-наполнителе цилиндрического счетчика при попадании ионизирующей частицы. Влияние параметров "RC" на развитие разряда. Самогасящийся счетчик со спиртовыми добавками. Механизм гашения разряда. Формирование электрического сигнала на выходе счетчиков и его параметры. Ресурс работы и радиационная стойкость самогасящегося счетчика Гейгера-Мюллера с многоатомными гасящими добавками. Галогенные счетчики. Развитие разряда в газе в галогенных счетчиках, роль галогена и метастабильных атомов основного газа-наполнителя. "Мертвое" время и время восстановления счетчика Гейгера-Мюллера. Разрешающее время. Основные рабочие характеристики газонаполненных счетчиков и их сравнение. Ложные импульсы в счетчиках и причины их возникновения. Конструкции и возможности счетчиков в зависимости от их назначения. Счетчики с внутренним введением препарата. Требования к электронным схемам, принимающим сигналы от счетчиков Гейгера-Мюллера и к блокам электропитания счетчиков. Эффективность счетчиков Гейгера-Мюллера к регистрации различных видов излучения.

Сцинтилляционные детекторы. Принцип действия, назначение и возможности. Сцинтилляционный счетчик. Принцип работы. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), устройство, его функции. Электрическая схема сцинтилляционного счетчика. Механизм люминесценции сцинтилляторов. Неорганические, органические твердые кристаллические сцинтилляторы, их конструктивное выполнение для счетчиков, сравнительные параметры. Эффективность неорганических и органических сцинтилляторов к различным излучениям. Сцинтиллирующие газы и жидкости, пластмассовые сцинтилляторы. Спектральные характеристики сцинтилляторов и ФЭУ. Активаторы и спектросдвигающие добавки к сцинтилляторам. Время высвечивания, разрешающее время. Энергетический и световой выход, энергия образования фотонов, прозрачность сцинтиллятора к собственному спектру люминесценции. Радиационная стойкость сцинтилляторов. Требования к сочленению сцинтилляционного детектора с ФЭУ, применение световодов. Выбор сцинтиллятора для регистрации альфа, бета, гамма, нейтронного излучений, осколков деления различных энергий. Требования к параметрам сцинтиллятора и ФЭУ, временные параметры, чувствительность. Спектральные параметры фотокатода и их согласование со спектром люминесцентции сцинтиллятора. Требования к источнику питания и выбору режима электропитания сцинтилляционного счетчика. Шумы ФЭУ, послеимпульсы. Способы снижения фона сцинтилляционного счетчика. Счетная и вольтамперная характеристики счетчика. Особенности конструкции и режимов счетчика для регистрации интенсивности излучений и спектрометрии. Жидкостной сцинтилляционный счет, его особенности и применение для регистрации малоэнергетичных ионизирующих частиц (общие положения).
Термолюминесцентные детекторы. Принцип действия, возможности, использование в радиометрии и дозиметрии.
Полупроводниковые детекторы. (ППД) Детекторы с р -n , р- i-n — переходами. Принцип действия, схемы включения. Параметры выходного электрического импульсного сигнала. Влияние параметров "RC", напряжения электропитания на амплитуду и длительность электрического сигнала. Требования к чистоте полупроводниковых материалов. Конструкция полупроводниковых детекторов, требования к температурному режиму работы. Полупроводниковый детектор как аналог ионизационной камеры с твердым диэлектриком. Классификация полупроводниковых детекторов. Поверхностно-барьерные, диффузионные и диффузионно-дрейфовые детекторы. Основные характеристики и параметры ППД. Образование "зоны" проводимости в области границы между "п" и "р" полупроводниками. Влияние ширины "зоны" проводимости на параметры детектора, расширение "зоны" путем введения скомпенсированного "i" — слоя. Шумы ППД, токи утечки, способы их уменьшения. Требования к источникам электропитания ППД, усилителям и другим электронным блокам в приборах с ППД. Эффективность ППД к различным видам излучений. Применение в спектрометрии.

Измерение энергии альфа-, бета-, гамма-излучений и нейтронов. Общие принципы, требование к детекторам излучений и спектрометрической аппаратуре. Альфа-спектрометры с ионизационными камерами, пропорциональными счетчиками, сцинтилляционными счетчиками, ППД.

Общие требования и конкретные схемы приборов, их сравнительные возможности. Методики альфа-спектрометрии. Примеры. Бета-спектрометрия. Общие принципы. Определение характера бета-частиц по форме электрического импульса от детектора. Другие возможные методики определения энергии бета-частиц. Примеры. Гамма-спектрометры. Спектрометры с использованием сцинтилляционных и полупроводниковых счетчиков. Параметры спектрометрической аппаратуры, основные требования к приборам и их сравнительная оценка. Разрешающая способность прибора. Методы нейтронной спектрометрии. Выбор детекторов, требование к электронике. Методики гамма-спектрометрии. Методики расшифровки спектров. Примеры.

Отдельные сведения по радиометрии в зависимости от характера излучения. Организация радиометрического эксперимента. Условия оптимального подбора детектора, измерительной аппаратуры в зависимости от цели эксперимента и характеристик радиоактивного препарата. Требования к приготовлению радиоактивного препарата для радиометрии. Учет самоослабления в материале препарата, влияние рассеянного излучения. Выбор детектора излучения и метода регистрации в зависимости от параметров радионуклидного препарата. Абсолютные и относительные измерения радиоактивности. Геометрический коэффициент. Измерение радиоактивности методом сравнения с образцовым источником. Измерения с использованием "4"-счетчика. Измерение активности радионуклидов по регистрируемой радиоактивности и известному значению коэффициента регистрации. Радиометрия смешанных нейтронных потоков и гамма-излучения. Радиометрия тяжелых заряженных частиц в потоке гамма-квантов. Радиометрия смешанных потоков бета-частиц и гамма-квантов. Особенности измерения активности нетрадиционных жидких, твердых и газообразных объектов. Радиометрия больших потоков ионизирующих излучений. Примеры.

Измерение низких активностей. Особенности измерения низкого содержания радионуклидов в природных и промышленных объектах. Общие радиометрические и спектрометрические методики и их обеспечение. Выбор детектора. Методы низкофоновой радиометрии, аппаратурные и методические решения. Электронные схемы совпадений и антисовпадений. Экранировка детектора, его температурный режим, выбор экранирующих материалов. Влияние на результат: "внешнего фона", космического излучения, шумов электронной аппаратуры и др. Понятие пассивной и активной защиты. Предел обнаружения. Метод ускорительной масс-спектрометрии. Требования к приготовлению препаратов для радиометрии низких уровней активности. Общая масса препарата, его оформление. Пути выделения и концентрирования определяемого радионуклида, возможность и целесообразность. Примеры. Природные и техногенные радионуклиды в окружающей среде. Измерения низкофоновых альфа-, бета- и гамма- препаратов в лабораторных и "полевых" условиях. Методика низкофоновых измерений активности в водах и биологических объектах мирового океана. Особенности регистрации радиоактивности в конструкционных строительных материалах, минералах, почвах. Примеры. Регистрация радиоактивных газов и аэрозолей в воздухе. Аппаратура и методики (краткая характеристика, примеры). Допустимые уровни содержания радионуклидов в воздушной, водной среде, в строительных материалах, пищевых продуктах и других объектах окружающей среды. Обеспечение и пути контроля.

Читайте так же:
Как перепрошить счетчик меркурий 231

Методики оценки погрешностей радиометрических измерений (общий обзор). Примеры.

  1. Руководство к практическим занятиям по физическим основам радиохимии. Под ред. Ан. Н. Несмеянова. М.: Химия, 1971.
  2. В. Е. Левин, Л. П. Хамьянов. Регистрация ионизирующих излучений, М.: Атомиздат, 1973.
  3. А. И. Абрамов, Ю. А. Казанский, Е. С. Матусевич. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М.: Атомиздат, 1977.
  4. В. Б. Лукьянов, Е. Ф. Симонов. Измерение и идентификация бета-активных препаратов. М.: Энергоиздат, 1982.
  5. К. Б. Заборенко. Применение метода радиоактивных индикаторов в народном хозяйстве. М.: Энергоиздат, 1988.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Принцип действия счетчика Гейгера и современные дозиметры

Карманный дозиметр

Счетчик Гейгера-Мюллера — простой и дешевый радиоактивный датчик. Это не точный инструмент, который фиксирует отдельные частицы. Техника измеряет общую насыщенность ионизирующего излучения. Физики используют его с другими датчиками, чтобы добиться точности расчетов при проведении экспериментов.

Немного об ионизирующих излучениях

Можно было бы сразу перейти к описанию детектора, но его работа покажется непонятной, если вы мало знаете об ионизирующих излучениях. При излучении происходит эндотермическое влияние на вещество. Этому способствует энергия. К примеру, ультрафиолет или радиоволна к таким излучениям не относятся, а вот жесткий ультрафиолетовый свет – вполне. Здесь определяется граница влияния. Вид именуется фотонным, а сами фотоны – это γ-кванты.

Эрнст Резерфорд поделил процессы испускания энергии на 3 вида, используя установку с магнитным полем:

  • γ – фотон;
  • α – ядро атома гелия;
  • β – электрон с высокой энергией.

От частиц α можно защититься бумажным полотном. β проникают глубже. Способность проникновения γ самая высокая. Нейтроны, о которых ученые узнали позже, являются опасными частицами. Они воздействуют на расстоянии нескольких десятков метров. Имея электрическую нейтральность, они не вступают в реакцию с молекулами разных веществ.

Однако нейтроны легко попадают в центр атома, провоцируют его разрушение, из-за чего образуются радиоактивные изотопы. Распадаясь, изотопы создают ионизирующие излучения. От человека, животного, растения или неорганического предмета, получившего облучение, радиация исходит несколько дней.

Устройство и принцип работы счетчика Гейгера

Прибор состоит из металлической или стеклянной трубки, в которую закачан благородный газ (аргоново-неоновая смесь либо вещества в чистом виде). Воздуха в трубке нет. Газ добавляется под давлением и имеет примесь спирта и галогена. По всей трубке протянута проволока. Параллельно ей располагается железный цилиндр.

Проволока называется анодом, а трубка – катодом. Вместе они – электроды. К электродам подводится высокое напряжение, которое само по себе не вызывает разрядных явлений. В таком состоянии индикатор будет пребывать, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации. От источника питания к трубке подключается минус, а к проволоке – плюс, направленный через высокоуровневое сопротивление. Речь идет о постоянном питании в десятки сотен вольт.

Когда в трубку попадает частица, с ней сталкиваются атомы благородного газа. При соприкосновении выделяется энергия, отрывающая электроны от атомов газа. Затем образуются вторичные электроны, которые тоже сталкиваются, порождая массу новых ионов и электронов. На скорость электронов по направлению к аноду влияет электрическое поле. По ходу этого процесса образуется электрический ток.

При столкновении энергия частиц теряется, запас ионизированных атомов газа подходит к концу. Когда заряженные частицы попадают в газоразрядный счетчик Гейгера, сопротивление трубки падает, что немедленно снижает напряжение средней точки деления. Затем сопротивление вновь растет — это влечет за собой восстановление напряжения. Импульс становится отрицательным. Прибор показывает импульсы, а мы можем их сосчитать, заодно оценив количество частиц.

принцип работы счетчика гейгера принцип действия счетчика гейгера купить счетчик гейгера

Из чего состоит счетчик Гейгера?

Счетчик Гейгера

Дозиметр радиации Гейгера включает в себя счетчик, который позволяет производить подсчет радиации. Конденсатор точно фиксирует вредное для человека излучение.

И хотя этот прибор дает точные и быстрые результаты, устройство счетчика Гейгера не является сложным.

Счетчик представляет собой контейнер с инертным газом. В зависимости от модели могут использоваться разные вещества и элементы. Но чаще всего используется аргон или неон, которые закачиваются в баллоны, но иногда можно встретить и их смесь. Газ в баллоне находится под минимальным давлением для того, чтобы между катодом и анодом не возникало электрических импульсов.

Счетчик Гейгера фотЪ

В приборе можно выделить трубку и специальную натянутую нить, которая натянута по оси цилиндра. Именно они выступают катодом и анодом. Анод может быть как проволокой, так и металлическим соединением. Сейчас иногда его покрывают специальным покрытием, которое улучшает точность результатов фильтруя излучение.

Приборы могут быть как профессиональные, так и бытовые и это влияет на их устройство. Профессиональные измерители могут содержать дополнительные компоненты.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Виды счётчиков Гейгера

По конструкции счетчики Гейгера бывают 2 видов: плоский и классический.

Классический

Сделан из тонкого гофрированного металла. За счет гофрирования трубка приобретает жесткость и устойчивость к внешнему воздействию, что препятствует ее деформации. Торцы трубки оснащены стеклянными или пластмассовыми изоляторами, в которых находятся колпачки для вывода к приборам.

На поверхность трубки нанесен лак (кроме выводов). Классический счетчик считается универсальным измерительным детектором для всех известных видов излучений. Особенно для γ и β.

Плоский

Чувствительные измерители для фиксации мягкого бета-излучения имеют другую конструкцию. Из-за малого количества бета-частиц, их корпус имеет плоскую форму. Есть окошко из слюды, слабо задерживающее β. Датчик БЕТА-2 – название одного из таких приборов. Свойства других плоских счетчиков зависят от материала.

Измерение альфа-, бета- и гамма-излучения

Гамма-излучение измерять наиболее просто. Это электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов (свет — тоже поток фотонов). В отличие от света у него гораздо более высокая частота и очень малая длина волны. Это позволяет ему проникать сквозь атомы. В гражданской обороне гамма-излучение — это проникающая радиация. Она проникает сквозь стены домов, автомобили, различные сооружения и задерживается только слоем земли или бетона в несколько метров. Регистрация гамма-квантов проводится с градуировкой дозиметра по естественному гамма-излучению солнца. Источников радиации не требуется. Совсем другое дело с бета- и альфа-излучением.

Читайте так же:
Счетчик метран опросной лист

Если ионизирующиее излучение α (альфа-излучение) исходит от внешних объектов, то оно почти безопасно и представляет собой поток ядер атомов Гелия. Пробег и проницаемость этих частиц небольшая — нескольких микрометров (максимум миллиметров) — в зависимости от проницаемости среды. Ввиду этой особенности оно почти не регистрируется счетчиком Гейгера. В то же время регистрация альфа-излучения важна, так как эти частицы чрезвычайно опасны при проникновении внутрь организма с воздухом, пищей, водой. Для их декретирования счетчики Гейгера используются ограничено. Больше распространены специальные полупроводниковые сенсоры.

Бета-излучение отлично регистрируется счетчиком Гейгера, потому что бета-частица представляет собой электрон. Она может пролететь сотни метров в атмосфере, но хорошо поглощается металлическими поверхностями. В связи с этим счетчик Гейгера должен иметь окошко из слюды. Металлическая камера изготавливается с небольшой толщиной стенки. Состав внутреннего газа подбирается таким образом, чтобы обеспечить небольшой перепад давления. Детектор бета-излучения ставится на выносном зонде. В быту такие дозиметры мало распространены. Это в основном военная продукция.

Параметры и режимы работы счетчика Гейгера

Чтобы рассчитать чувствительность счетчика, оцените отношение количества микрорентген от образца к числу сигналов от этого излучения. Прибор не измеряет энергию частицы, поэтому не дает абсолютно точной оценки. Калибровка устройств происходит по образцам изотопных источников.

Также нужно смотреть на следующие параметры:

Рабочая зона, площадь входного окна

Характеристика площади индикатора, через которую проходят микрочастицы, зависит от его размеров. Чем шире площадь, тем большее число частиц будет поймано.

Рабочее напряжение

Напряжение должно соответствовать средним характеристикам. Сама характеристика работы — это плоская часть зависимости количества фиксированных импульсов от напряжения. Ее второе название – плато. В этом месте работа прибора достигает пиковой активности и именуется верхним пределом измерений. Значение – 400 Вольт.

Рабочая ширина

Рабочая ширина — разница между напряжением выхода на плоскость и напряжением искрового разряда. Значение – 100 Вольт.

Наклон

Величина измеряется в виде процента от количества импульсов на 1 вольт. Он показывает погрешность измерения (статистическую) в подсчете импульсов. Значение – 0,15 %.

Температура

Температура важна, поскольку счётчик часто приходится применять в сложных условиях. Например, в реакторах. Счетчики общего использования: от -50 до +70 С по Цельсию.

Рабочий ресурс

Ресурс характеризуется общим числом всех импульсов, зафиксированных до момента, когда показания прибора становятся некорректными. Если в устройстве есть органика для самогашения, количество импульсов составит один миллиард. Ресурс уместно подсчитывать только в состоянии рабочего напряжения. При хранении прибора расход останавливается.

Время восстановления

Это промежуток времени, за который устройство проводит электричество после реагирования на ионизирующую частицу. Существует верхний предел для частоты импульсов, ограничивающий интервал измерений. Значение – 10 микросекунд.

Из-за времени восстановления (его ещё называют мертвое время) прибор может подвести в решающий момент. Для предотвращения зашкаливания производители устанавливают свинцовые экраны.

Есть ли у счетчика фон

Фон измеряется в толстостенной свинцовой камере. Обычное значение – не более 2 импульсов за минуту.

Кто и где применяет дозиметры радиации?

В промышленных масштабах выпускают много модификаций счетчиков Гейгера-Мюллера. Их производство началось во времена СССР и продолжается сейчас, но уже в Российской Федерации.

  • на объектах атомной промышленности;
  • в научных институтах;
  • в медицине;
  • в быту.

После аварии на Чернобыльской АЭС дозиметры покупают и рядовые граждане. Во всех приборах установлен счетчик Гейгера. Такие дозиметры оснащают одной или двумя трубками.

История появления счетчика Гейгера — Мюллера

Немецкий физик Ганс Гейгер, работавший в одной из лабораторий Резерфорда, в 1908 году разработал и предложил принципиальную схему действия счетчика «заряженных частиц». Он представлял собой модификацию уже знакомой тогда ионизационной камеры, которая была представлена в виде электрического конденсатора, наполненного газом с небольшим давлением. Камеру применял еще Пьер Кюри, когда изучал электрические свойства газов. Гейгер придумал ее употребить для выявления ионизирующего излучения именно оттого, что это излучение оказывало непосредственное воздействие на уровень ионизации газов.

В конце 20-х годов Вальтер Мюллер под руководством Гейгера создал некоторые типы счетчиков радиации, при помощи которых можно было регистрировать самые разнообразные ионизирующие частицы. Работа над созданием счетчиков была весьма необходимой, потому что без них нельзя было исследовать радиоактивные материалы. Гейгеру с Мюллером пришлось целеустремленно поработать над сотворением таких счетчиков, которые были бы чувствительны к любой из выявленных на то время разновидностей излучений типа α, β и γ.

Счетчики Гейгера-Мюллера оказались простыми, надежными, дешевыми, а также практичными датчиками радиации. Это при том, что они не являлись самыми точными инструментами для изучения излучения или некоторых частиц. Зато очень хорошо подходили в качестве приборов для общих измерений насыщенности ионизирующего излучения. В сочетании с другими приборами они и сейчас употребляются физиками-практиками для более точных замеров в процессе экспериментирования.

Можно ли сделать счетчик Гейгера своими руками?

Изготовить счетчик самостоятельно сложно. Нужен датчик излучения, а его купить смогут далеко не все. Сама схема счетчика давно известна — в учебниках физики, например, её тоже печатают. Однако воспроизвести устройство в домашних условиях сумеет только настоящий «левша».

Талантливые мастера-самоучки научились делать счетчику заменитель, который также способен замерять гамма- и бета-излучения с помощью люминесцентной лампы и лампы накаливания. Также используют трансформаторы от сломанной техники, трубка Гейгера, таймер, конденсатор, различные платы, резисторы.

Газоразрядный самогасящийся счетчик гейгера-мюллера

Использование: для регистрации преимущественно бета- и гамма-излучений. В газоразрядном самогасящемся счетчике Гейгера-Мюллера в качестве основного газа используется гелий с давлением от 150 до 760 мм рт.ст., а в качестве гасящей добавки используется смесь ксенона и кислорода, причем давление каждой компоненты гасящей добавки составляет 1-5% от давления гелия, а отношение парциальных давлений ксенона и кислорода находится в пределах 0,75-1. Технический результат: расширение рабочего температурного интервала, расширение диапазона контролируемых интенсивностей излучений. 1 табл.

Изобретение относится к детекторам для регистрации ионизирующих излучений, а более конкретно к газоразрядным самогасящимся счетчикам Гейгера-Мюллера, которые используются для регистрации, преимущественно, бета- и гамма-излучений.

Известны газоразрядные самогасящиеся счетчики Гейгера-Мюллера, представляющие собой двухэлектродную систему, с герметичным корпусом, заполненным смесью, состоящей из основного газа-наполнителя и так называемых гасящих добавок [1]. При ионизации газа в счетчике Гейгера-Мюллера, в нем возникает и, через интервал времени, который называется «мертвым», гаснет электрический разряд. Скорость счета импульсов тока этого разряда является мерой интенсивности ионизирующего излучения. В течение мертвого времени счетчик не чувствителен к ионизирующему излучению, что ограничивает линейный диапазон нагрузочной характеристики величиной скорости счета N1/, где — мертвое время.

Читайте так же:
Элек счетчик 2 тарифа

Аналогами предлагаемого изобретения могут служить низковольтные счетчики Гейгера-Мюллера жесткого бета- и гамма-излучений [2], с металлическим корпусом — катодом и анодом в виде тонкой нити. Основным газом-наполнителем в этих счетчиках является неон, а гасящей добавкой — пары брома и аргон.

Недостатками указанного счетчика-аналога являются: невозможность эксплуатации при температурах выше +70 o С из-за высокой химической активности брома; невозможность эксплуатации со скоростями счета N>10 4 имп/с из-за большого значения мертвого времени у него 10 -4 с.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения, заключается в уменьшении мертвого времени счетчика на порядок величины и, соответственно, в увеличении верхнего значения скорости счета в линейном диапазоне нагрузочной характеристики счетчика до N10 5 имп/с. Указанный технический результат достигается за счет того, что в газоразрядном самогасящемся счетчике ионизирующих излучений (счетчике Гейгера-Мюллера) с газом-наполнителем, содержащим основной газ и гасящую добавку в виде смеси ксенона и кислорода, в качестве основного газа используется гелий с давлением от 150 до 760 мм рт.ст, а давление каждой компоненты гасящей добавки составляет 1-5% от давления гелия и, при этом, отношение парциальных давлений ксенона и кислорода находится в пределах 0,75-1.

Заявляемый счетчик был апробирован в нескольких вариантах цилиндрической геометрии электродной системы. Измеренные значения мертвого времени приведены в таблице 1.

Использование заявляемого газоразрядного самогасящегося счетчика Гейгера-Мюллера для регистрации ионизирующих излучений позволяет расширить диапазон контролируемых интенсивностей излучений за счет существенного увеличения рабочих скоростей счета.

Таким образом, приведенные признаки заявляемого устройства в своем единстве позволяют обеспечить указанный технический эффект.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описание технических решений в рассматриваемой области техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, т.е. соответствует критерию изобретения.

Источники информации 1. Е.И. Долгирев, П.И. Малеев, В.В. Сидоренко «Детекторы ядерных излучений», Судпромгиз, Ленинград, 1961.

2. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. Москва, Научтехлитиздат, 2000, 2, с. 71.

Газоразрядный самогасящийся счетчик ионизирующих излучений (счетчик Гейгера-Мюллера) с газом — наполнителем, содержащим основной газ и гасящую добавку в виде смеси ксенона и кислорода, отличающийся тем, что в качестве основного газа используется гелий с давлением от 150 до 760 мм рт.ст., а давление каждой компоненты гасящей добавки составляет 1-5% от давления гелия, при этом отношение парциальных давлений ксенона и кислорода находится в пределах 0,75-1.

Обзоры товаров с Алиэкспресс

Товары из Китая с Aliexpress. Фото, обзоры посылок, отзывы о товарах и другая полезная информация о покупках с Али

Поиск обзоров

Мои покупки

Как выбирать размер

Страницы сайта

Топ-5 популярных

Корзина

Счетчик Гейгера (дозиметр) гамма излучения для смартфона (IOS и Android) FT01

ChinaTested

Хотите иметь персональный дозиметр всегда под рукой? Вот вам решение — миниатюрный счетчик Гейгера Geiger Smart Lab.

Поднакопил я деньжат и таки купил вещь далеко не первой необходимости — счетчик Гейгера для смартфона. Меня жутко мучил вопрос — как такое возможно? Как может работать такой малюпасенький девайс да еще и со смартфоном, да еще и что-то измерять?

На странице продавана всё красиво расписано, фотки, характеристики, уровни допустимой дозы излучения и т.п.

Сделал заказ на Алиэкспресс, и вот пришла посылка со счетчиком

Посылка с Алиэкспресс

Посылка с Алиэкспресс счетчик Geiger

Почему-то колпачок идет отдельно от прибора. Счетчик Гейгер упакован в приличную такую пластиковую коробочку. Упаковка качественная. Претензий никаких.

Счетчик Гейгера (дозиметр) гамма излучения

На обратной стороне коробки описание какой крутой девайс и как просто им пользоваться.

Инструкция Smart Geiger

На самом деле, счетчик Гейгера представляет собой небольшой алюминиевый цилиндр диаметром 10мм и длиной 47мм (включая штекер).

Сам счетчик Geiger Smart Lab

Сам счетчик Geiger Smart Lab

На колпачке есть колечко. Предполагается, что этот гаджет нужно носить с собой, чтобы всегда был под рукой, а точнее в качестве брелока на ключах. Вес счетчика практически незаметен — 6 грамм.

В случае малейших сомнений — раз, и померил уровень радиации.

Geiger Smart Lab

Изучаем возможности этого Гейгера.

характеристики счетчика

Диапазон измерений достаточно широкий, но вот заявленная погрешность в +- 15% великовата. С такой погрешностью это не измеритель, а индикатор скорее. Ну да ладно, запустим в работу.

Поскольку у меня Android, то в Google Play забиваем в поиск FTLAB и первым пунктом выдает приложение Smart Geiger.

Устанавливаем, втыкаем счетчик в разъем для наушников и видим, что все сети отключились.

Фишка в том, что не должно быть ничего, что дает электромагнитное излучение. В смартфоне автоматически отключаются WiFi и GSM передатчики. (If you want to accurate result Enable Airplane Mode(WiFi & Data Off) & off the Music).

Немножко физики расскажу, в сильно упрощенном виде, на пальцах.

Этот счетчик оборудован полупроводниковым счетчиком Гейгера (полупроводниковым детектором), который, по идее, обладает хорошей чувствительностью. Все знают обычный счетчик Гейгера — цилиндр с электродами, наполненный газом. Частица излучения, проходя в среде газа, ионизирует его, и счетчик регистрирует импульс.

В полупроводниковом детекторе тоже есть своеобразные электроды, а роль газа выполняет специальная зона, в которой нет свободных носителей заряда. И когда наша зловредная частица гамма-излучения попадает в эту область, появляется импульс тока, по которому можно судить о количестве и энергии частиц.

Что ж, пришло время проверить точность измерений этого чудо-счетчика.

Я взял поверенный дозиметр-радиометр РКС-107 и произвел три измерения одновременно двумя устройствами.

Результаты на фото:

Тестовые измерения Счетчика Гейгера

Тестовые измерения Счетчика Гейгера 22

Тестовые измерения Счетчика Гейгера 2

Как видите, РКС-107 показывает среднее значение (0,17+0,12+0,16)/3=0,15мкЗв/ч. Примем эти показания за эталонные (другого эталона все равно нету). Да и фон в среднем 0,11-0,16мкЗв/ч.

А наш счетчик Гейгера упорно показывает 0,10мкЗв/ч.

Если учесть заявленную производителем погрешность, то это диапазон 0,115 — 0,085мкЗв/ч.

Выходит, врет приборчик, причем с погрешностью минимум в 50%.

К сожалению, ничего радиоактивного в пределах моей досягаемости не было, поэтому проверить показания прибора при больших значениях не представилось возможным.

Хотя, в интернетах пишут, что в прошлом веке при изготовлении разноцветной эмали, для усиления яркости краски использовали окиси урана. Этой эмалью покрывали керамическую посуду или украшения. Так же пишут про опасные стройматериалы, драгоценные камни, светящиеся стрелки часов. Но таких вещей не нашлось тоже.

В будущем, статья будет дополнена экспериментом, если я найду что-либо превышающее фон.

Достоинства: Миниатюрный. Легкий. Всегда под рукой.

Недостатки: сомнения в правильности показаний. В смартфоне отключаются все сети на время измерений.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector