Detectoare de radiații ionizate Contor Geiger-Müller. Contorul Geiger este ușor. Parametrii contorului Geiger și moduri de operare

1.4 Contor Geiger-Muller

ÎN Într-un contor proporțional, descărcarea de gaz se dezvoltă doar în parte din volumul de gaz. În primul rând, se formează ionizarea primară în el și apoi o avalanșă de electroni. Volumul rămas nu este acoperit de descărcarea de gaz. Pe măsură ce tensiunea crește, regiunea critică se extinde. Concentrația de molecule excitate în el crește și, prin urmare, numărul de fotoni emiși. Sub influența fotonilor, gazul scapă din catod și molecule.

din ce în ce mai mulți fotoelectroni. Acestea din urmă, la rândul lor, dau naștere la noi avalanșe de electroni în volumul contorului care nu este ocupat de descărcarea de gaz de la ionizarea primară. Astfel, o creștere a tensiunii U duce la răspândirea unei descărcări de gaz în volumul contorului. La o anumită tensiune U p. Denumit prag, evacuarea gazelor acopera intregul volum al contorului. La tensiunea U p începe regiunea Geiger-Muller.

Un contor Geiger (sau contor Geiger-Muller) este un contor plin cu gaz de particule elementare încărcate, semnalul electric de la care este amplificat datorită ionizării secundare a volumului de gaz al contorului și nu depinde de energia lăsată de contor. particulă din acest volum. Inventat în 1908 de H. Geiger și E. Rutherford, ulterior îmbunătățit de Geiger și W. Muller. Contoare Geiger-Muller - cei mai frecventi detectori (senzori) de radiatii ionizante.

Geiger - Contor Muller - Dispozitiv de descărcare în gaz pentru detectarea și studierea diferitelor tipuri de radiații radioactive și alte radiații ionizante: particule α și β, γ-quanta, cuante de lumină și raze X, particule de mare energie în raze cosmice și acceleratori. Cuantele gamma sunt înregistrate de un contor Geiger-Muller folosind particule ionizante secundare - fotoelectroni, electroni Compton, perechi electron-pozitron; neutronii sunt înregistrați de nucleele de recul și de produșii de reacție nucleară care apar în gazul contrar. Contorul funcționează la tensiuni corespunzătoare pentru independent

descărcarea corona (secțiunea V, Fig. 21).

Orez. 21. Circuitul de conectare al contorului Geiger

Diferența de potențial se aplică (V) între pereți și electrodul central prin rezistența R, șuntat de un condensator

C1.

Acest contor are o probabilitate de aproape sută la sută să înregistreze o particulă încărcată, deoarece pt

O singură pereche electron-ion este suficientă pentru a avea loc o descărcare.

Din punct de vedere structural, contorul Geiger este proiectat în același mod ca un contor proporțional, adică este un condensator (de obicei cilindric), cu un câmp electric foarte neomogen. Un potențial pozitiv (anod) este aplicat electrodului interior (un fir subțire de metal), iar un potențial negativ (catod) este aplicat electrodului exterior. Electrozii sunt închiși într-un rezervor închis ermetic umplut cu puțin gaz la o presiune de 13-26 kN/m2 (100-200 mm pm. Art.). O tensiune de câteva sute de V este aplicată electrozilor contorului. Semnul + este aplicat firului prin rezistența R.

Funcțional, contorul Geiger repetă și contorul proporțional, dar diferă de acesta din urmă prin faptul că, datorită diferenței de potențial mai mare pe electrozi, funcționează într-un mod în care apariția unui electron în volumul detectorului este suficientă pentru o avalanșă puternică. proces asemănător se dezvoltă datorită ionizării secundare (amplificarea gazului), care este capabilă să ionizeze întreaga regiune din apropierea filamentului anod. În acest caz, impulsul de curent atinge o valoare limită (saturat) și nu depinde de ionizarea primară. Dezvoltându-se ca o avalanșă, acest proces se termină cu formarea unui nor de ioni de electroni în spațiul interelectrod, crescându-i brusc conductivitatea. În esență, atunci când o particulă lovește un contor Geiger, o descărcare de gaz independentă clipește (se aprinde) în ea, vizibilă (dacă recipientul este transparent) chiar și cu un simplu gaz. În acest caz, coeficientul de câștig al gazului poate ajunge la 1010, iar valoarea pulsului poate fi de zeci de volți.

O descărcare corona clipește și curentul curge prin contor.

Distribuția câmpului electric în contor este astfel încât descărcarea se dezvoltă numai în apropierea anodului contorului la o distanță de mai multe diametre de filament. Electronii se acumulează rapid pe filament (nu mai mult de 10-6 secunde), în jurul căruia se formează un „caz” de ioni pozitivi. Sarcina spațială pozitivă crește diametrul efectiv al anodului și, prin urmare, reduce intensitatea câmpului, astfel încât descărcarea este întreruptă. Pe măsură ce stratul de ioni pozitivi se îndepărtează de filament, efectul său de ecranare slăbește și intensitatea câmpului în apropierea anodului devine suficientă pentru a forma un nou flash de descărcare. Ionii pozitivi, apropiindu-se de catod, elimină electronii din acesta din urmă, ducând la formarea de atomi neutri de gaz inert în stare excitată. Atomi excitați la

suficient de aproape de catod, electronii sunt scoși din suprafața acestuia, care devin fondatorii noilor avalanșe. Fără influență externă, un astfel de contor ar fi într-o descărcare intermitentă lungă.

Astfel, cu un R suficient de mare (108 -1010 ohm) pe fir se acumulează o sarcină negativă

Şi diferența de potențial dintre filament și catod scade rapid, determinând încetarea descărcării. După aceasta, sensibilitatea contorului este restabilită după 10-1 -10-3 sec (timp de descărcare a capacității C prin rezistența R). Acesta este exact timpul necesar pentru ca ionii pozitivi lenți care au umplut spațiul din apropierea filamentului anodului după trecerea particulei și trecerea avalanșei de electroni să ajungă la catod,

Şi Sensibilitatea detectorului a fost restabilită. Un timp mort atât de lung este incomod pentru multe aplicații.

Pentru utilizarea practică a unui contor Geiger care nu se stinge automat, se folosesc diferite metode de oprire a descărcării:

a) Folosirea circuitelor electronice de stingere a descărcării în gaz. Un circuit electronic adaptat în acest scop trimite la momentul potrivit un „semnal de contor” la contor, care oprește descărcarea independentă și „ține” contorul pentru un timp, până când particulele încărcate care au apărut sunt complet neutralizate. Caracteristicile unui astfel de contor cu circuit de suprimare a descărcării sunt apropiate de caracteristicile contoarelor cu autostingere și uneori le depășesc.

b) stingere datorită selecției valorilor rezistenței de sarcină și capacității echivalente, precum și a valorii tensiunii de pe contor.

ÎN In functie de mecanismul de stingere a descarcarii, se disting doua grupe de contoare: neauto-stingatoare si auto-stingatoare. În contoarele care nu se sting automat, timpul „mort” este prea lung(10-2 sec), pentru el

Pentru a reduce acest lucru se folosesc circuite electronice de amortizare a descărcării, care reduc timpul de rezoluție până la momentul colectării ionilor pozitivi la catod (10-4 sec).

În zilele noastre, contoarele neautostingătoare, în care stingerea debitului este asigurată de rezistența R, sunt înlocuite cu contoare cu autostingere, care sunt și mai stabile. Datorită unei umpleri speciale cu gaz (un gaz inert amestecat cu molecule complexe, cum ar fi vaporii de alcool, și un mic

amestec de halogeni - clor, brom, iod) descărcarea se rupe de la sine chiar și la rezistențe mici R. Timpul mort al unui contor cu autostingere este de ~10-4 sec.

ÎN 1937 Trost a atras atenția asupra faptului că dacă un metru se umplea cu argon

adăugați o cantitate mică (câteva procente) de vapori de alcool etilic (C2 H5 OH), apoi descărcarea cauzată în contor de particulele ionizante se va stinge de la sine. Ulterior, s-a dovedit că stingerea spontană a descărcării în contor are loc și atunci când vaporii altor compuși organici cu compuși poliatomici complecși sunt adăugați în argon. Aceste substanțe se numesc de obicei stingere, iar contoarele Geiger-Muller în care sunt utilizate aceste substanțe se numesc contoare cu auto-stingere. Un contor cu auto-stingere este umplut cu un amestec de două (sau mai multe) gaze. Un gaz, cel principal, reprezintă aproximativ 90% din amestec, celălalt, gazul de stingere, reprezintă aproximativ 10%. Componentele amestecului de lucru trebuie să îndeplinească condiția obligatorie ca potențialul de ionizare al gazului de stingere să fie mai mic decât primul potențial de excitație al gazului principal.

Comentariu. Detectoarele cu xenon cu fir sunt adesea folosite pentru a detecta radiațiile cu raze X. Un exemplu este primul fluorograf medical digital cu scanare domestică al SIBERIA ICRU. O altă aplicație a contoarelor de raze X este spectrometrul de dispersie a undelor cu fluorescență de raze X (de exemplu, Venus 200), conceput pentru a determina diferite elemente din substanțe și materiale. În funcție de elementul care se determină, se pot utiliza următoarele detectoare: - detector proporțional de curgere cu ferestre de 1, 2, 6 microni grosime, detector de neon fără curgere cu ferestre de 25 și 50 de microni grosime, - cripton fără curgere detector cu fereastra de 100 microni grosime, - detector xenon cu fereastra de 200 microni si detector de scintilatie cu fereastra de 300 microni.

Contoarele cu auto-stingere permit viteze mai mari de numărare fără circuite electronice speciale

stingerea la descărcare, deci sunt utilizate pe scară largă. Contoarele cu auto-stingere cu impurități organice de stingere au o durată de viață limitată (108 -1010 impulsuri). Când se folosește unul dintre halogeni ca impuritate de stingere (cel mai des este folosit Br2 mai puțin activ), durata de viață devine practic nelimitată datorită faptului că moleculele de halogen biatomic, după disociarea în atomi (în timpul procesului de descărcare), se formează din nou. . Dezavantajele contoarelor cu halogen includ complexitatea tehnologiei lor de fabricație din cauza activității chimice a halogenilor și a timpului lung de creștere a frontului de avans al impulsurilor datorită atașării electronilor primari la molecula de halogen. „Trasnirea” marginii frontale a pulsului în contoarele cu halogen le face inaplicabile în circuitele de coincidență.

Principalele caracteristici ale contorului sunt: ​​caracteristica de numărare - dependența vitezei de numărare de tensiunea de funcționare; eficiența contorului – exprimată ca procent, raportul dintre numărul de particule numărate și numărul tuturor particulelor care intră în volumul de lucru al contorului; timp de rezolvare -

intervalul minim de timp dintre impulsuri la care acestea sunt înregistrate separat și durata de viață a contoarelor.

Orez. 22. Schema pentru apariția timpului mort în contorGeiger-Muller.(Forma pulsului în timpul descărcării într-un contor Geiger-Muller).

Durata de timp necesară pentru a restabili sensibilitatea la radiații a unui contor Geiger și determină efectiv performanța acestuia - timpul „mort” - este o caracteristică importantă a acestuia.

Dacă o descărcare cauzată de o particulă nucleară începe într-un contor Geiger-Muller la momentul t 0, atunci tensiunea de pe contor scade brusc. Contorul nu poate regla alte particule pentru un anumit timp, care se numește timp mort τ m. Din momentul t 1, i.e. După ce timpul mort a expirat, poate apărea din nou o descărcare independentă în contor. Cu toate acestea, la început amplitudinea pulsului este încă mică. Numai după ce sarcina spațială ajunge la suprafața catodului se formează impulsuri de amplitudine normală în contor. Perioada de timp τ s dintre momentul t 0, când a avut loc o descărcare independentă în contor, și momentul restabilirii tensiunii de funcționare t 3 se numește timp de recuperare. Pentru ca dispozitivul de înregistrare să numere un impuls, este necesar ca amplitudinea acestuia să depășească o anumită valoare U p. Intervalul de timp dintre momentul apariţiei unei descărcări autosusţinute t 0 şi momentul formării amplitudinii U p a impulsului t 2 se numeşte timpul de rezoluţie τ p al contorului Geiger-Muller. Timpul de rezolvare τ p este puțin mai lung decât timpul mort.

Dacă un număr mare de particule (câteva mii sau mai multe) intră în contor în fiecare secundă, atunci timpul de rezoluție τ p va fi comparabil ca valoare cu intervalul de timp mediu dintre impulsuri, astfel încât un număr semnificativ de impulsuri nu sunt numărate. Fie m rata de numărare observată a contorului. Atunci fracția de timp în care instalația de numărare este insensibilă este egală cu m τ. În consecință, numărul de impulsuri pierdute pe unitatea de timp este egal cu nm τ p, unde n este rata de numărare care ar fi observată dacă timpul de rezolvare ar avea o valoare neglijabilă. De aceea

	n – m = nmτ р
				−m τ

Corecția în rata de numărare dată de această ecuație se numește corecția timpului mort de decontare.

Contoarele cu auto-stingere cu halogen se caracterizează prin cea mai scăzută tensiune de alimentare, parametrii de semnal de ieșire excelenți și o viteză destul de mare, s-au dovedit a fi deosebit de convenabile pentru utilizarea ca senzori de radiații ionizante în dispozitivele de monitorizare a radiațiilor de uz casnic.

Fiecare particulă detectată de contor face să apară un impuls scurt în circuitul său de ieșire. Numărul de impulsuri care apar pe unitatea de timp - rata de numărare a contorului Geiger - depinde de nivelul radiației ionizante și de tensiunea electrozilor săi. Un grafic tipic al ratei de numărare în funcție de tensiunea de alimentare V este prezentat în Fig. 23. Aici V clamp este tensiunea la începutul numărării; V 1 și V 2 sunt limitele inferioare și superioare ale secțiunii de lucru, așa-numitul platou, pe care viteza de numărare este aproape independentă de tensiunea de alimentare a contorului. Tensiunea de operare V slave este de obicei aleasă la mijlocul acestei secțiuni. Ea corespunde cu N p - viteza de numărare în acest mod.

Orez. 23. Dependența vitezei de numărare de tensiunea de alimentare într-un contor Geiger (caracteristică de numărare)

Dependența ratei de numărare de nivelul de expunere la radiații a contorului este cea mai importantă caracteristică a acesteia. Graficul acestei dependențe este de natură aproape liniară și, prin urmare, sensibilitatea la radiație a contorului este adesea exprimată în termeni de puls/μR (impulsuri per microroentgen; această dimensiune rezultă din raportul dintre viteza de numărare - puls/s - la radiație nivel - μR/s). ÎN

în cazurile în care nu este indicat (nu este neobișnuit, din păcate), judecați sensibilitatea la radiații

Contorul este explicat de un alt parametru foarte important - propriul fundal. Acesta este numele dat ratei de numărare, care este cauzată de două componente: externă - radiația naturală de fond și internă - radiația radionuclizilor găsiți în structura contorului în sine, precum și emisia spontană de electroni a catodului său. („fondul” în dozimetrie are aproape același sens ca „zgomotul” în electronica radio; în ambele cazuri vorbim de efecte fundamental de neînlăturat asupra echipamentelor.)

O altă caracteristică importantă a unui contor Geiger este dependența sensibilității sale la radiații de energia ("duritatea") particulelor ionizante. În jargonul profesional, graficul acestei relații se numește „mișcare de forță”. Măsura în care această dependență este importantă este prezentată de graficul din figură. „Călărit cu rigiditate” va afecta în mod evident acuratețea măsurătorilor efectuate.

În esență, un contor Geiger este foarte simplu. Un amestec de gaz constând în principal din neon ușor ionizat și argon este introdus într-un cilindru etanș bine evacuat cu doi electrozi. Cilindrul poate fi din sticlă, metal etc. În mod obișnuit, contoarele percep radiația pe întreaga lor suprafață, dar există și cele care au o „fereastră” specială în cilindru în acest scop.

Contoarele Geiger sunt capabile să răspundă la o varietate de tipuri de radiații ionizante - α, β, γ, ultraviolete, raze X, neutroni. Dar sensibilitatea spectrală reală a contorului depinde în mare măsură de designul său. Astfel, fereastra de intrare a unui contor sensibil la radiația α și β moale trebuie să fie foarte subțire; În acest scop, se folosește de obicei mica cu grosimea de 3...10 microni. Cilindrul contorului, care reacționează la radiația tare β și γ, are de obicei forma unui cilindru cu o grosime a peretelui de 0,05...0,06 mm (de asemenea servește ca catod al contorului). Fereastra de contor cu raze X este realizată din beriliu, iar fereastra de contor cu raze X este din sticlă de cuarț.

Orez. 24. Dependența ratei de numărare de energia cuantelor gamma („curs cu rigiditate”) într-un contor Geiger

Borul este introdus în contorul de neutroni, la interacțiunea cu care fluxul de neutroni este convertit în particule α ușor de înregistrat. Radiația fotonică - ultravioletă, raze X, γ - radiație - contoarele Geiger percep indirect - prin efect fotoelectric, efect Compton, efect de creare de perechi; în fiecare caz, radiația care interacționează cu substanța catodică este transformată într-un flux de electroni.

Orez. 25. Instalatie radiometrica bazata pe un contor Geiger-Muller.

Faptul că contorul Geiger este un dispozitiv de avalanșă are și dezavantajele sale - reacția unui astfel de dispozitiv nu poate fi folosită pentru a judeca cauza principală a excitației sale. Impulsurile de ieșire generate de un contor Geiger sub influența particulelor α, electronilor, γ-quanta (într-un contor care reacționează la toate aceste tipuri de radiații) nu sunt diferite. Sami

particule, energiile lor dispar complet în avalanșele gemene pe care le generează.

Calitatea unui contor Geiger-Muller este de obicei judecată după tipul caracteristicilor sale de numărare. Pentru contoarele „bune”, lungimea părții de numărare este de 100-300 V, cu o pantă de platou de cel mult 3 - 5% la 100 V. Tensiunea de funcționare a contorului V slave este de obicei aleasă la mijlocul numărării sale. zonă.

Deoarece rata de numărare a particulelor pe un platou variază proporțional cu intensitatea iradierii de către particulele nucleare, contoarele Geiger-Muller sunt utilizate cu succes pentru măsurători relative ale activității surselor radioactive. Măsurătorile absolute sunt dificile din cauza numărului mare de corecții suplimentare luate în considerare. Când lucrați cu surse de intensitate scăzută, ar trebui să țineți cont de fondul de contor cauzat de radiația cosmică, radioactivitatea mediului și contaminarea radioactivă a materialului de contor. Inițial, gazele nobile, în special argonul și neonul, au fost folosite cel mai adesea ca gaze de umplere pentru contor. Majoritatea contoarelor au o presiune în intervalul de la 7 la 20 cmHg, deși uneori funcționează la presiuni mai mari, până la 1 atm. În contoare de acest tip, este necesar să se folosească circuite electronice speciale pentru a stinge descărcarea de gaze care apare atunci când radiațiile ionizante intră în contor. Prin urmare, astfel de contoare sunt numite contoare Geiger-Muller care nu se auto-stinge. Au o rezoluție foarte slabă. Utilizarea circuitelor pentru stingerea cu descărcare forțată, îmbunătățirea

rezoluția complică semnificativ configurarea experimentală, mai ales dacă un număr mare de contoare sunt utilizate simultan.

Un contor tipic Geiger-Muller din sticlă este prezentat în Fig. 25.

Orez. 25. Contor Geiger-Muller din sticla: 1 –

tub de sticlă etanșat geometric; 2 – catod (un strat subțire de cupru pe un tub de oțel inoxidabil); 3 – ieșire catodică; 4 – anod (fir întins subțire).

În tabel. 1 oferă informații despre contoarele Geiger cu halogen cu auto-stingere

Fabricat în Rusia, cel mai potrivit pentru dispozitivele de monitorizare a radiațiilor de uz casnic.

Denumiri: 1 - tensiune de lucru, V; 2 - platou - regiune de dependenta scazuta a vitezei de numarare fata de tensiunea de alimentare, V; 3 - fond propriu al contorului, imp/i, nu mai mult; 4 - sensibilitatea la radiații a contorului, puls/μR (* - pentru cobalt-60); 5 - amplitudinea impulsului de ieșire, V, nu mai mică; 6 - dimensiuni, mm - diametru x lungime (lungime x latime x

înălţime); 7.1 - radiații dure β - și γ -; 7.2 - aceeași și moale β - radiație; 7,3 - la fel și α - radiație; 7,4 - γ - radiație.

Fig.26. Ceas cu contor Geiger-Muller încorporat.

Un contor Geiger-Muller, tip STS-6, numără particulele β și γ și este un contor cu auto-stingere. Este un cilindru din oțel inoxidabil cu o grosime a peretelui de 50 mg/(cm2) cu rigidizări pentru rezistență. Blatul este umplut cu un amestec de vapori de neon și brom. Bromul stinge scurgerea.

Design-urile contoarelor sunt foarte diverse și depind de tipul de radiație și energia acesteia, precum și de tehnica de măsurare).

O instalație radiometrică bazată pe un contor Geiger-Müller este prezentată în Fig. 27. Tensiunea este furnizată contorului de la o sursă de energie de înaltă tensiune. Impulsurile de la contor sunt alimentate în blocul amplificator, unde sunt amplificate și apoi înregistrate de un dispozitiv de numărare.

Contoarele Geiger-Muller sunt folosite pentru a înregistra toate tipurile de radiații. Ele pot fi utilizate atât pentru măsurători absolute, cât și relative ale emisiilor radioactive.

Orez. 27. Proiectarea contoarelor Geiger-Muller: a – cilindric; b

– umplutura interioara; d – curgere pentru lichide. 1 – anod (electrodul colector); 2 – catod; 3 – sticla de sticla; 4 – cablurile electrodului; 5 – tub de sticlă; 6 – izolator; 7 – fereastra mica; 8 – supapă pentru intrarea gazului.

În legătură cu consecințele asupra mediului ale activităților umane legate de energia nucleară, precum și industria (inclusiv cea militară) care utilizează substanțe radioactive ca componentă sau bază a produselor lor, studiul elementelor de bază ale siguranței radiațiilor și dozimetriei radiațiilor devine un subiect destul de relevant astăzi. Pe lângă sursele naturale de radiații ionizante, în fiecare an apar tot mai multe locuri care sunt contaminate cu radiații ca urmare a activității umane. Astfel, pentru a vă păstra sănătatea și sănătatea celor dragi, trebuie să cunoașteți gradul de contaminare a unei anumite zone sau obiecte și alimente. Un dozimetru poate ajuta în acest sens - un dispozitiv pentru măsurarea dozei efective sau a puterii radiațiilor ionizante pe o anumită perioadă de timp.

Înainte de a începe fabricarea (sau achiziționarea) acestui dispozitiv, trebuie să aveți o idee despre natura parametrului măsurat. Radiația ionizantă (radiația) este un flux de fotoni, particule elementare sau fragmente de fisiune atomică care pot ioniza materia. Împărțit în mai multe tipuri. Radiația alfa este un flux de particule alfa - nuclee de heliu-4, particulele alfa generate în timpul dezintegrarii radioactive pot fi oprite cu ușurință de o foaie de hârtie, astfel încât reprezintă un pericol în principal atunci când intră în organism. Radiația beta- acesta este un flux de electroni care apar în timpul dezintegrarii beta pentru a proteja împotriva particulelor beta cu o energie de până la 1 MeV, este suficientă o placă de aluminiu cu o grosime de câțiva milimetri; Radiația gamma are o capacitate de penetrare mult mai mare, deoarece constă din fotoni de înaltă energie care nu au încărcătură elemente grele (plumb, etc.) într-un strat de câțiva centimetri sunt eficienți pentru protecție. Capacitatea de penetrare a tuturor tipurilor de radiații ionizante depinde de energie.

Contoarele Geiger-Muller sunt utilizate în principal pentru detectarea radiațiilor ionizante. Acest dispozitiv simplu și eficient constă de obicei dintr-un cilindru de metal sau sticlă metalizat din interior și un fir subțire de metal întins de-a lungul axei acestui cilindru cilindrul în sine este umplut cu gaz rarefiat. Principiul de funcționare se bazează pe ionizarea prin impact. Când radiația ionizantă lovește pereții contorului, electronii sunt scoși din el, mișcându-se în gaz și ciocnând cu atomii de gaz, scot electronii din atomi și creează ioni pozitivi și electroni liberi. Câmpul electric dintre catod și anod accelerează electronii până la energii la care începe ionizarea de impact. Are loc o avalanșă de ioni, ducând la multiplicarea purtătorilor primari. La o intensitate a câmpului suficient de mare, energia acestor ioni devine suficientă pentru a genera avalanșe secundare capabile să susțină o autodescărcare, determinând creșterea bruscă a curentului prin contor.

Nu toate contoarele Geiger pot detecta toate tipurile de radiații ionizante. Ele sunt în primul rând sensibile la un tip de radiații - radiații alfa, beta sau gamma - dar adesea pot detecta și alte radiații într-o oarecare măsură. De exemplu, contorul SI-8B Geiger este proiectat pentru a înregistra radiația beta moale (da, în funcție de energia particulelor, radiația poate fi împărțită în moale și tare), dar acest senzor este, de asemenea, oarecum sensibil la radiația alfa și radiația gamma. radiatii.

Cu toate acestea, apropiindu-ne de designul articolului, sarcina noastră este să facem cât mai simplu, natural portabil, un contor Geiger, sau mai degrabă un dozimetru. Pentru a face acest dispozitiv, am reușit doar să pun mâna pe SBM-20. Acest contor Geiger este proiectat pentru a detecta radiațiile beta și gamma hard. Ca majoritatea celorlalte contoare, SBM-20 funcționează la o tensiune de 400 volți.

Principalele caracteristici ale contorului Geiger-Muller SBM-20 (tabel din cartea de referință):

Acest contor are o precizie relativ scăzută în măsurarea radiațiilor ionizante, dar este suficient pentru a determina dacă doza de radiații care depășește doza permisă pentru o persoană este depășită. SBM-20 este utilizat în prezent în multe dozimetre de uz casnic. Pentru a îmbunătăți performanța, mai multe tuburi sunt adesea folosite simultan. Și pentru a crește acuratețea măsurării radiațiilor gamma, dozimetrele sunt echipate cu filtre de radiații beta, în acest caz, dozimetrul înregistrează doar radiația gamma, dar destul de precis.

Atunci când se măsoară doza de radiații, există mai mulți factori de luat în considerare care pot fi importanți. Chiar și în absența completă a surselor de radiații ionizante, contorul Geiger va produce un anumit număr de impulsuri. Acesta este așa-numitul fundal contra. Aceasta include, de asemenea, mai mulți factori: contaminarea radioactivă a materialelor contorului în sine, emisia spontană de electroni din catodul contorului și radiația cosmică. Toate acestea dau un anumit număr de impulsuri „în plus” pe unitatea de timp.

Deci, diagrama unui dozimetru simplu bazat pe contorul SBM-20 Geiger:

Asamblez circuitul pe o placă:

Circuitul nu conține piese rare (cu excepția, desigur, contorul în sine) și nu conține elemente programabile (microcontrolere), care vă vor permite să asamblați circuitul într-un timp scurt, fără prea multe dificultăți. Cu toate acestea, un astfel de dozimetru nu conține o scară, iar doza de radiații trebuie determinată după ureche, după numărul de clicuri. Aceasta este varianta clasică. Circuitul este format dintr-un convertor de tensiune 9 volți - 400 volți.

Cipul NE555 conține un multivibrator a cărui frecvență de funcționare este de aproximativ 14 kHz. Pentru a crește frecvența de funcționare, puteți reduce valoarea rezistorului R1 la aproximativ 2,7 kOhm. Acest lucru va fi util dacă sufocul pe care l-ați ales (sau poate cel pe care l-ați făcut) scoate un scârțâit - pe măsură ce frecvența de funcționare crește, zgomotul scârțâit va dispărea. Inductorul L1 este necesar cu un rating de 1000 - 4000 µH. Cea mai rapidă modalitate de a găsi un inductor potrivit este într-un bec consumat de energie ars. Un astfel de șoc este utilizat în circuitul din fotografia de mai sus este înfășurat pe un miez, care este de obicei utilizat pentru fabricarea transformatoarelor de impuls. Tranzistorul T1 poate fi utilizat cu orice alt tranzistor cu efect de câmp cu canale n cu o tensiune de drenare-sursă de cel puțin 400 de volți și, de preferință, mai mult. Un astfel de convertor va produce doar câțiva miliamperi de curent la o tensiune de 400 de volți, dar acest lucru va fi suficient pentru a opera un contor Geiger de mai multe ori. După oprirea alimentării din circuit, condensatorul încărcat C3 va funcționa aproximativ 20-30 de secunde, având în vedere capacitatea sa mică. Supresorul VD2 limitează tensiunea la 400 volți. Condensatorul C3 trebuie utilizat pentru o tensiune de cel puțin 400 - 450 volți.

Orice difuzor piezo sau difuzor poate fi folosit ca Ls1. În absența radiațiilor ionizante, curentul nu trece prin rezistențele R2 – R4 (în fotografie sunt cinci rezistențe pe placa, dar rezistența lor totală corespunde circuitului). De îndată ce particula corespunzătoare lovește contorul Geiger, gazul se ionizează în interiorul senzorului și rezistența acestuia scade brusc, rezultând un impuls de curent. Condensatorul C4 oprește partea constantă și transmite doar un impuls de curent către difuzor. Auzim un clic.

În cazul meu, două baterii reîncărcabile de la telefoane vechi sunt folosite ca sursă de alimentare (două, deoarece puterea necesară trebuie să fie mai mare de 5,5 volți pentru a porni circuitul datorită bazei elementului utilizat).

Deci, circuitul funcționează, face clic ocazional. Acum cum să-l folosești. Cea mai simplă opțiune este că face clic puțin - totul este bine, face clic des sau chiar continuu - este rău. O altă opțiune este să numărați aproximativ numărul de impulsuri pe minut și să convertiți numărul de clicuri în microR/h. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați valoarea sensibilității contorului Geiger din cartea de referință. Cu toate acestea, surse diferite oferă întotdeauna cifre ușor diferite. În mod ideal, este necesar să se efectueze măsurători de laborator pentru contorul Geiger selectat cu surse de radiație de referință. Deci, pentru SBM-20, valoarea sensibilității variază de la 60 la 78 de impulsuri/μR în funcție de diferite surse și cărți de referință. Deci, am calculat numărul de impulsuri într-un minut, apoi înmulțim acest număr cu 60 pentru a aproxima numărul de impulsuri într-o oră și împărțim toate acestea la sensibilitatea senzorului, adică cu 60 sau 78 sau orice este mai aproape. la realitate, iar în final obținem valoarea în microR/h. Pentru o valoare mai fiabilă, este necesar să se facă mai multe măsurători și să se calculeze media aritmetică dintre ele. Limita superioară a nivelurilor sigure de radiație este de aproximativ 20 - 25 µR/h. Nivelul admis este de până la aproximativ 50 µR/h. Cifrele pot varia în diferite țări.

P.S. Am fost îndemnat să iau în considerare acest subiect de un articol despre concentrația de gaz radon care pătrunde în camere, apă etc. în diferite regiuni ale ţării şi sursele acesteia.

Lista radioelementelor

Desemnare	Tip	Denumire	Cantitate	Nota	Magazin	Blocnotesul meu
IC1	Cronometru programabil și oscilator	NE555	1			La blocnotes
T1	tranzistor MOSFET	IRF710	1			La blocnotes
VD1	Dioda redresoare	1N4007	1			La blocnotes
VD2	Dioda de protectie	1V5KE400CA	1			La blocnotes
C1, C2	Condensator	10 nF	2			La blocnotes
C3	Condensator electrolitic	2,7 uF	1			La blocnotes
C4	Condensator	100 nF	1	400V

Folosind un contor Geiger modern, puteți măsura nivelul de radiație al materialelor de construcție, al unui teren sau al unui apartament, precum și al alimentelor. Demonstrează probabilitatea de aproape sută la sută a unei particule încărcate, deoarece doar o pereche electron-ion este suficientă pentru a o detecta.

Tehnologia pe care este creat dozimetrul modern bazat pe contorul Geiger-Muller vă permite să obțineți rezultate foarte precise într-o perioadă foarte scurtă de timp. Măsurarea durează nu mai mult de 60 de secunde, iar toate informațiile sunt afișate sub formă grafică și numerică pe ecranul dozimetrului.

Configurarea dispozitivului

Dispozitivul are capacitatea de a seta o valoare de prag atunci când aceasta este depășită, se emite un semnal sonor pentru a vă avertiza despre pericol. Selectați una dintre valorile de prag specificate în secțiunea de setări corespunzătoare. Beep-ul poate fi, de asemenea, dezactivat. Înainte de a efectua măsurători, se recomandă configurarea individuală a dispozitivului, selectarea luminozității afișajului, parametrii semnalului sonor și bateriile.

Procedura de măsurare

Selectați modul „Măsurare”, iar dispozitivul începe să evalueze situația radioactivă. După aproximativ 60 de secunde, rezultatul măsurării apare pe afișajul său, după care începe următorul ciclu de analiză. Pentru a obține un rezultat precis, se recomandă efectuarea a cel puțin 5 cicluri de măsurare. O creștere a numărului de observații oferă citiri mai fiabile.

Pentru a măsura fondul de radiații al obiectelor, cum ar fi materialele de construcție sau produsele alimentare, trebuie să activați modul „Măsurare” la o distanță de câțiva metri de obiect, apoi să aduceți dispozitivul la obiect și să măsurați fundalul cât mai aproape de este posibil. Comparați citirile dispozitivului cu datele obținute la o distanță de câțiva metri de obiect. Diferența dintre aceste citiri este fondul de radiație suplimentar al obiectului studiat.

Dacă rezultatele măsurătorilor depășesc caracteristicile de fond natural ale zonei în care vă aflați, aceasta indică contaminarea prin radiații a obiectului studiat. Pentru a evalua contaminarea fluidelor, se recomandă să se efectueze măsurători deasupra suprafeței sale deschise. Pentru a proteja dispozitivul de umiditate, acesta trebuie învelit în folie de plastic, dar nu mai mult de un strat. Dacă dozimetrul s-a aflat mult timp la o temperatură sub 0°C, acesta trebuie menținut la temperatura camerei timp de 2 ore înainte de a efectua măsurători.

Contor Geiger-Muller

D Pentru a determina nivelul de radiație, se folosește un dispozitiv special -. Și pentru astfel de dispozitive, de uz casnic și cele mai multe dispozitive profesionale de monitorizare a radiațiilor, este utilizat elementul de detectare Contor Geiger . Această parte a radiometrului vă permite să determinați cu exactitate nivelul de radiație.

Istoria contorului Geiger

ÎN Primul, un dispozitiv pentru determinarea ratei de descompunere a materialelor radioactive, sa născut în 1908, a fost inventat de germanul fizicianul Hans Geiger . Douăzeci de ani mai târziu, împreună cu un alt fizician Walter Müller dispozitivul a fost îmbunătățit și a fost numit în onoarea acestor doi oameni de știință.

ÎN În perioada de dezvoltare și înființare a fizicii nucleare în fosta Uniune Sovietică, au fost create și dispozitive corespunzătoare care au fost utilizate pe scară largă în forțele armate, la centralele nucleare și în grupurile speciale de control al radiațiilor de apărare civilă. Începând cu anii șaptezeci ai secolului trecut, astfel de dozimetre includeau un contor bazat pe principiile Geiger, și anume SBM-20 . Acest contor este exact ca celălalt analog al său STS-5 , este utilizat pe scară largă până în zilele noastre și face, de asemenea, parte din mijloace moderne de monitorizare a radiațiilor .

Fig.1. Contor de descărcare de gaze STS-5.

Fig.2. Contor de descărcare de gaze SBM-20.

Principiul de funcționare al unui contor Geiger-Müller

ŞI Ideea de înregistrare a particulelor radioactive propusă de Geiger este relativ simplă. Se bazează pe principiul apariției impulsurilor electrice într-un mediu de gaz inert sub influența unei particule radioactive foarte încărcate sau a unui cuantum de oscilații electromagnetice. Pentru a ne concentra mai detaliat asupra mecanismului de funcționare al contorului, să ne oprim puțin asupra designului său și asupra proceselor care au loc în el atunci când o particulă radioactivă trece prin elementul sensibil al dispozitivului.

R Dispozitivul de înregistrare este un cilindru sau recipient etanș care este umplut cu un gaz inert, poate fi neon, argon etc. Un astfel de recipient poate fi realizat din metal sau sticlă, iar gazul din el este sub presiune scăzută, acest lucru se face special pentru a simplifica procesul de înregistrare a unei particule încărcate. În interiorul containerului există doi electrozi (catod și anod) cărora li se furnizează o tensiune DC mare printr-un rezistor special de sarcină.

Fig.3. Dispozitiv și schema de circuit pentru pornirea unui contor Geiger.

P Când contorul este activat într-un mediu cu gaz inert, nu are loc nicio descărcare pe electrozi din cauza rezistenței mari a mediului, dar situația se schimbă dacă o particulă radioactivă sau un cuantum de oscilații electromagnetice intră în camera elementului sensibil al dispozitivului. . În acest caz, o particulă având o încărcătură de energie suficient de mare elimină un anumit număr de electroni din mediul imediat, adică. din elementele carcasei sau fizic electrozii înșiși. Astfel de electroni, odată aflați într-un mediu de gaz inert, sub influența tensiunii înalte dintre catod și anod, încep să se deplaseze spre anod, ionizând moleculele acestui gaz pe parcurs. Ca rezultat, ei scot electronii secundari din moleculele de gaz, iar acest proces crește la scară geometrică până când apare o defalcare între electrozi. Într-o stare de descărcare, circuitul se închide pentru o perioadă foarte scurtă de timp, iar acest lucru determină un salt de curent în rezistorul de sarcină, iar acest salt face posibilă înregistrarea trecerii unei particule sau cuantum prin camera de înregistrare.

T Acest mecanism face posibilă înregistrarea unei particule, totuși, într-un mediu în care radiațiile ionizante sunt destul de intense, este necesară o întoarcere rapidă a camerei de înregistrare la poziția inițială pentru a putea determina particule radioactive noi . Acest lucru se realizează în două moduri diferite. Prima dintre ele este de a opri alimentarea cu tensiune electrozilor pentru o perioadă scurtă de timp, în acest caz, ionizarea gazului inert se oprește brusc, iar pornirea camerei de testare vă permite să începeți înregistrarea de la început. Acest tip de contor se numește dozimetre care nu se autosting . Al doilea tip de dispozitiv, și anume dozimetrele cu autostingere, principiul lor de funcționare este acela de a adăuga în mediul gazos inert aditivi speciali pe bază de diverse elemente, de exemplu, brom, iod, clor sau alcool. În acest caz, prezența lor duce automat la încetarea descărcării. Cu această structură a camerei de testare, rezistențele uneori de câteva zeci de megaohmi sunt folosite ca rezistență de sarcină. Acest lucru face posibilă reducerea drastică a diferenței de potențial la capetele catodului și anodului în timpul descărcării, ceea ce oprește procesul de conducție a curentului și camera revine la starea inițială. Este de remarcat faptul că o tensiune pe electrozi mai mică de 300 de volți încetează automat menținerea descărcării.

Întregul mecanism descris face posibilă înregistrarea unui număr mare de particule radioactive într-o perioadă scurtă de timp.

Tipuri de radiații radioactive

H pentru a înțelege ce anume este înregistrat Contoare Geiger–Muller , merită să ne gândim la ce tipuri există. Merită menționat imediat că contoarele de descărcare de gaze, care fac parte din majoritatea dozimetrelor moderne, sunt capabile doar să înregistreze numărul de particule sau cuante încărcate radioactive, dar nu pot determina nici caracteristicile energetice ale acestora, nici tipul de radiație. În acest scop, dozimetrele sunt mai multifuncționale și mai orientate, iar pentru a le compara corect, capabilitățile lor ar trebui înțelese mai precis.

P Conform conceptelor moderne ale fizicii nucleare, radiațiile pot fi împărțite în două tipuri, primul sub formă câmp electromagnetic , al doilea în formă fluxul de particule (radiații corporale). Primul tip include flux de particule gamma sau radiații cu raze X . Caracteristica lor principală este capacitatea de a se propaga sub formă de undă pe distanțe foarte mari, în timp ce trec destul de ușor prin diverse obiecte și pot pătrunde cu ușurință într-o mare varietate de materiale. De exemplu, dacă o persoană trebuie să se ascundă de un flux de raze gamma din cauza unei explozii nucleare, atunci refugiindu-se în subsolul unei case sau al unui adăpost pentru bombe, cu condiția ca acesta să fie relativ ermetic, se poate proteja numai de acest tip. de radiații cu 50 la sută.

Fig.4. Cuante de raze X și radiații gamma.

T Acest tip de radiație este pulsat în natură și se caracterizează prin propagarea în mediu sub formă de fotoni sau cuante, adică. rafale scurte de radiații electromagnetice. O astfel de radiație poate avea caracteristici de energie și frecvență diferite, de exemplu, radiația de raze X are o frecvență de mii de ori mai mică decât razele gamma. De aceea Razele gamma sunt mult mai periculoase pentru corpul uman și impactul lor este mult mai distructiv.

ŞI radiațiile bazate pe principiul corpuscular sunt particule alfa și beta (corpusculi). Ele apar ca urmare a unei reacții nucleare în care unii izotopi radioactivi sunt transformați în alții, eliberând o cantitate colosală de energie. În acest caz, particulele beta reprezintă un flux de electroni, iar particulele alfa sunt formațiuni semnificativ mai mari și mai stabile, constând din doi neutroni și doi protoni legați unul de celălalt. De fapt, nucleul unui atom de heliu are această structură, astfel încât se poate argumenta că fluxul de particule alfa este un flux de nuclee de heliu.

Se acceptă următoarea clasificare , particulele alfa au cea mai puțină capacitate de penetrare pentru a se proteja de ele, cartonul gros este suficient pentru ca o persoană să aibă o capacitate de penetrare mai mare pentru a se proteja de fluxul de astfel de radiații; protecție metalică grosime de câțiva milimetri (de exemplu, tablă de aluminiu). Practic, nu există protecție împotriva cuantelor gamma și se propagă pe distanțe considerabile, estompând pe măsură ce se îndepărtează de epicentru sau sursă și respectând legile de propagare a undelor electromagnetice.

Fig.5. Particule radioactive de tip alfa și beta.

LA Cantitatea de energie pe care o posedă toate cele trei tipuri de radiații este, de asemenea, diferită, iar fluxul de particule alfa are cel mai mare dintre ele. De exemplu, Energia deținută de particulele alfa este de șapte mii de ori mai mare decât energia particulelor beta , adică capacitatea de penetrare a diferitelor tipuri de radiații este invers proporțională cu capacitatea lor de penetrare.

D Pentru corpul uman, este considerat cel mai periculos tip de radiație radioactivă cuante gamma , datorită puterii mari de penetrare, iar apoi în ordine descrescătoare, particulele beta și particulele alfa. Prin urmare, este destul de dificil să se determine particulele alfa, chiar dacă este imposibil de spus cu un contor convențional Geiger-Muller, deoarece aproape orice obiect este un obstacol pentru ei, ca să nu mai vorbim de un recipient din sticlă sau metal. Este posibil să se detecteze particule beta cu un astfel de contor, dar numai dacă energia lor este suficientă pentru a trece prin materialul containerului contor.

Pentru particulele beta cu energie scăzută, un contor convențional Geiger-Müller este ineficient.

DESPRE Situația este similară cu radiațiile gamma, există posibilitatea ca acestea să treacă prin recipient fără a începe reacția de ionizare. Pentru a face acest lucru, un ecran special (din oțel dens sau plumb) este instalat în contoare, ceea ce face posibilă reducerea energiei razelor gamma și, astfel, activarea descărcarii în camera de contor.

Caracteristici de bază și diferențe ale contoarelor Geiger–Müller

CU De asemenea, merită evidențiate câteva caracteristici de bază și diferențe între diferitele dozimetre echipate contoare Geiger-Muller cu descărcare în gaz. Pentru a face acest lucru, ar trebui să comparați unele dintre ele.

Cele mai comune contoare Geiger–Müller sunt echipate cilindric sau senzori de capăt. Cilindricele sunt similare cu un cilindru alungit sub forma unui tub cu o rază mică. Camera de ionizare de capăt are o formă rotundă sau dreptunghiulară de dimensiuni mici, dar cu o suprafață de lucru extremă semnificativă. Uneori există varietăți de camere de capăt cu un tub cilindric alungit cu o fereastră mică de intrare pe partea de capăt. Diferite configurații de contoare, și anume camerele în sine, sunt capabile să înregistreze diferite tipuri de radiații sau combinațiile acestora (de exemplu, combinații de raze gamma și beta, sau întregul spectru alfa, beta și gamma). Acest lucru devine posibil datorită designului special conceput al carcasei contorului, precum și materialului din care este fabricat.

E O altă componentă importantă pentru utilizarea prevăzută a contoarelor este zona elementului de detectare a intrării și zona de lucru . Cu alte cuvinte, acesta este sectorul prin care vor intra și vor fi înregistrate particulele radioactive de interes pentru noi. Cu cât această zonă este mai mare, cu atât contorul va putea capta mai multe particule și va fi mai mare sensibilitatea sa la radiații. Datele pașaportului indică aria suprafeței de lucru, de obicei în centimetri pătrați.

E Un alt indicator important care este indicat în caracteristicile dozimetrului este magnitudinea zgomotului (măsurată în impulsuri pe secundă). Cu alte cuvinte, acest indicator poate fi numit valoarea propriului fundal. Poate fi determinat într-un cadru de laborator prin plasarea dispozitivului într-o cameră sau cameră bine protejată, de obicei cu pereți groși de plumb, și înregistrând nivelul de radiație pe care dispozitivul însuși îl emite. Este clar că dacă un astfel de nivel este suficient de semnificativ, atunci aceste zgomote induse vor afecta direct erorile de măsurare.

Fiecare profesionist și radiație are o caracteristică precum sensibilitatea la radiații, măsurată și în impulsuri pe secundă (imp/s), sau în impulsuri pe micro-roentgen (imp/μR). Acest parametru, sau mai degrabă utilizarea sa, depinde direct de sursa de radiații ionizante la care este reglat contorul și față de care vor fi efectuate măsurători ulterioare. Adesea, reglarea se face folosind surse care includ materiale radioactive precum radiu - 226, cobalt - 60, cesiu - 137, carbon - 14 și altele.

E Un alt indicator prin care merită să comparați dozimetrele este eficiența detectării radiațiilor ionice sau particule radioactive. Existența acestui criteriu se datorează faptului că nu vor fi înregistrate toate particulele radioactive care trec prin elementul sensibil al dozimetrului. Acest lucru se poate întâmpla în cazul în care cuantumul radiației gamma nu a provocat ionizare în camera de contor sau numărul de particule care au trecut și au cauzat ionizarea și descărcarea este atât de mare încât dispozitivul nu le numără în mod adecvat și din alte motive. . Pentru a determina cu precizie această caracteristică a unui anumit dozimetru, acesta este testat folosind anumite surse radioactive, de exemplu, plutoniu-239 (pentru particule alfa) sau taliu - 204, stronțiu - 90, ytriu - 90 (emițător beta), precum și alte materiale radioactive.

CU Următorul criteriu pe care să ne concentrăm este gama de energii înregistrate . Orice particulă radioactivă sau cuantum de radiație are o caracteristică energetică diferită. Prin urmare, dozimetrele sunt concepute pentru a măsura nu numai un anumit tip de radiație, ci și caracteristica energetică corespunzătoare. Acest indicator este măsurat în megaelectronvolți sau kiloelectronvolți (MeV, KeV). De exemplu, dacă particulele beta nu au suficientă energie, atunci ele nu vor putea elimina un electron din contracamera și, prin urmare, nu vor fi detectate, sau numai particulele alfa de înaltă energie vor putea străpunge materialul. a carcasei contorului Geiger-Müller și elimină electronul.

ŞI Pe baza tuturor celor de mai sus, producătorii moderni de dozimetre de radiații produc o gamă largă de dispozitive pentru diverse scopuri și industrii specifice. Prin urmare, merită să luați în considerare tipuri specifice de contoare Geiger.

Diverse variante de contoare Geiger–Muller

P Prima versiune a dozimetrelor sunt dispozitive concepute pentru a înregistra și detecta fotonii gamma și radiațiile beta de înaltă frecvență (hard). Aproape toate cele produse anterior și cele moderne, atât cele de uz casnic, de exemplu: cât și dozimetrele profesionale de radiații, de exemplu: , sunt proiectate pentru acest domeniu de măsurare. O astfel de radiație are suficientă energie și putere mare de penetrare pentru ca camera de contor Geiger să le înregistreze. Astfel de particule și fotoni pătrund ușor în pereții contorului și provoacă procesul de ionizare, iar acest lucru este ușor de înregistrat prin umplerea electronică corespunzătoare a dozimetrului.

D Contoare populare precum SBM-20 , având un senzor sub forma unui tub de balon cilindric cu un catod și un anod de sârmă coaxială. În plus, pereții tubului senzorului servesc atât ca catod, cât și ca carcasă și sunt fabricați din oțel inoxidabil. Acest contor are următoarele caracteristici:

• aria zonei de lucru a elementului sensibil este de 8 centimetri pătrați;
• sensibilitatea radiațiilor la radiațiile gamma este de aproximativ 280 impulsuri/s, sau 70 impulsuri/μR (testarea a fost efectuată pentru cesiu - 137 la 4 μR/s);
• fondul propriu al dozimetrului este de aproximativ 1 puls/s;
• Senzorul este proiectat să înregistreze radiația gamma cu o energie în intervalul de la 0,05 MeV la 3 MeV și particulele beta cu o energie de 0,3 MeV la limita inferioară.

Fig.6. Dispozitiv de contor Geiger SBM-20.

U Au existat diverse modificări ale acestui contor, de exemplu, SBM-20-1 sau SBM-20U , care au caracteristici similare, dar diferă în proiectarea fundamentală a elementelor de contact și a circuitului de măsurare. Alte modificări ale acestui contor Geiger-Müller, și acestea sunt SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, au, de asemenea, parametri similari, multe dintre ele se găsesc în dozimetrele de radiații de uz casnic, care pot fi găsite astăzi în magazine. .

CU Următorul grup de dozimetre de radiații este proiectat să înregistreze fotoni gamma și raze X . Dacă vorbim despre acuratețea unor astfel de dispozitive, trebuie înțeles că fotonii și radiațiile gamma sunt cuante de radiații electromagnetice care se mișcă cu viteza luminii (aproximativ 300.000 km/s), așa că înregistrarea unui astfel de obiect pare a fi destul de dificilă. sarcină.

Eficiența de funcționare a unor astfel de contoare Geiger este de aproximativ unu la sută.

H Pentru a o mări, este necesară o creștere a suprafeței catodului. De fapt, razele gamma sunt înregistrate indirect, datorită electronilor pe care îi elimină, care participă ulterior la ionizarea gazului inert. Pentru a promova acest fenomen cât mai eficient posibil, materialul și grosimea pereților contracamerei, precum și dimensiunile, grosimea și materialul catodului sunt special selectate. Aici, o grosime și o densitate mare a materialului pot reduce sensibilitatea camerei de înregistrare, iar prea mic va permite radiației beta de înaltă frecvență să pătrundă cu ușurință în cameră și, de asemenea, va crește cantitatea de zgomot de radiație natural pentru dispozitiv, care va îneca acuratețea determinării cuantelor gamma. Desigur, proporțiile exacte sunt selectate de producători. De fapt, pe acest principiu, dozimetrele sunt fabricate pe baza Contoare Geiger–Muller pentru determinarea directă a radiațiilor gamma pe sol, în timp ce un astfel de dispozitiv exclude posibilitatea de a determina orice alte tipuri de radiații și expunere radioactivă, ceea ce face posibilă determinarea cu precizie a contaminării cu radiații și a nivelului de impact negativ asupra oamenilor numai de radiațiile gamma.

ÎN În dozimetrele casnice, care sunt echipate cu senzori cilindrici, sunt instalate următoarele tipuri: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 și multe altele . În plus, în unele tipuri, este instalat un filtru special pe fereastra de intrare, finală, sensibilă, care servește în mod special pentru a tăia particulele alfa și beta și, în plus, crește aria catodului pentru o determinare mai eficientă a cuantelor gamma. Astfel de senzori includ Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M și alții.

H Pentru a înțelege mai clar principiul funcționării lor, merită să aruncați o privire mai atentă la unul dintre aceste contoare. De exemplu, un contor final cu un senzor Beta – 2M , care are o fereastră de lucru rotunjită de aproximativ 14 centimetri pătrați. În acest caz, sensibilitatea la radiații la cobalt-60 este de aproximativ 240 de impulsuri/μR. Acest tip de contor are un autozgomot foarte scăzut , care nu este mai mult de 1 puls pe secundă. Acest lucru este posibil datorită camerei de plumb cu pereți groși, care, la rândul său, este proiectată să înregistreze radiația fotonică cu energii în intervalul de la 0,05 MeV la 3 MeV.

Fig.7. Contor gamma final Beta-2M.

Pentru a determina radiația gamma, este foarte posibil să se utilizeze contoare pentru impulsuri gamma-beta, care sunt concepute pentru a înregistra particule beta dure (de înaltă frecvență și energie înaltă) și cuante gamma. De exemplu, modelul SBM - 20. Dacă în acest model de dozimetru doriți să excludeți înregistrarea particulelor beta, atunci pentru a face acest lucru este suficient să instalați un ecran de plumb sau un scut din orice alt material metalic (un ecran de plumb este mai eficient). Aceasta este cea mai comună metodă folosită de majoritatea dezvoltatorilor atunci când creează contoare gamma și cu raze X.

Înregistrarea radiațiilor beta „moale”.

LA După cum am menționat deja, înregistrarea radiațiilor beta moale (radiații cu caracteristici energetice scăzute și o frecvență relativ scăzută) este o sarcină destul de dificilă. Pentru a face acest lucru, este necesar să se asigure posibilitatea unei pătrunderi mai ușoare în camera de înregistrare. În aceste scopuri, este realizată o fereastră de lucru subțire specială, de obicei din mica sau peliculă polimerică, care practic nu creează obstacole în calea pătrunderii radiației beta de acest tip în camera de ionizare. În acest caz, corpul senzorului însuși poate acționa ca catod, iar anodul este un sistem de electrozi liniari care sunt distribuiți uniform și montați pe izolatori. Fereastra de înregistrare este realizată în versiunea finală, iar în acest caz doar o peliculă subțire de mica intervine în calea particulelor beta. În dozimetrele cu astfel de contoare, radiațiile gamma sunt înregistrate ca o aplicație și, de fapt, ca o caracteristică suplimentară. Și dacă doriți să scăpați de înregistrarea cuantelor gamma, atunci este necesar să minimizați suprafața catodului.

Fig.8. Dispozitiv al unui contor Geiger montat la capăt.

CU Este de remarcat faptul că contoarele pentru determinarea particulelor beta moi au fost create cu destul de mult timp în urmă și au fost utilizate cu succes în a doua jumătate a secolului trecut. Dintre aceștia, cei mai des întâlniți au fost senzori precum SBT10 Şi SI8B , care avea ferestre de lucru din mica cu pereți subțiri. O versiune mai modernă a acestui dispozitiv Beta-5 are o suprafață de lucru a ferestrei de aproximativ 37 mp/cm, de formă dreptunghiulară din material mica. Pentru astfel de dimensiuni ale elementului sensibil, dispozitivul este capabil să înregistreze aproximativ 500 de impulsuri/μR, dacă este măsurat cu cobalt - 60. În același timp, eficiența de detectare a particulelor este de până la 80 la sută. Alți indicatori ai acestui dispozitiv sunt următorii: zgomotul propriu este de 2,2 impulsuri/s, domeniul de detectare a energiei este de la 0,05 la 3 MeV, în timp ce pragul inferior pentru determinarea radiației beta moale este de 0,1 MeV.

Fig.9. Încheiați contorul beta-gamma Beta-5.

ŞI Desigur, merită menționat Contoare Geiger–Muller, capabil să detecteze particule alfa. Dacă înregistrarea radiației beta moale pare a fi o sarcină destul de dificilă, atunci detectarea unei particule alfa, chiar și a uneia cu indicatori de energie mari, este o sarcină și mai dificilă. Această problemă poate fi rezolvată doar prin reducerea corespunzătoare a grosimii ferestrei de lucru la o grosime care va fi suficientă pentru trecerea unei particule alfa în camera de înregistrare a senzorului, precum și prin aducerea aproape completă a ferestrei de intrare mai aproape de sursă de radiație a particulelor alfa. Această distanță ar trebui să fie de 1 mm. Este clar că un astfel de dispozitiv va detecta automat orice alte tipuri de radiații și cu o eficiență destul de ridicată. Există atât o latură pozitivă, cât și o parte negativă:

Pozitiv – un astfel de dispozitiv poate fi utilizat pentru cea mai largă gamă de analiză a radiațiilor radioactive

Negativ – datorită sensibilității crescute, va apărea o cantitate semnificativă de zgomot, ceea ce va complica analiza datelor de înregistrare primite.

LA În plus, o fereastră de lucru cu mica prea subțire, deși crește capacitățile contorului, este, totuși, în detrimentul rezistenței mecanice și etanșeității camerei de ionizare, mai ales că fereastra în sine are o suprafață de lucru destul de mare. Pentru comparație, în contoarele SBT10 și SI8B, pe care le-am menționat mai sus, cu o suprafață de lucru a ferestrei de aproximativ 30 mp/cm, grosimea stratului de mică este de 13 - 17 microni și cu grosimea necesară pentru înregistrare. particule alfa de 4-5 microni, intrarea pe fereastră poate fi făcută doar nu mai mult de 0,2 mp/cm, vorbim despre contorul SBT9.

DESPRE Cu toate acestea, grosimea mare a ferestrei de lucru de înregistrare poate fi compensată de apropierea de obiectul radioactiv și invers, cu o grosime relativ mică a ferestrei de mică, devine posibilă înregistrarea unei particule alfa la o distanță mai mare de 1 - 2 mm. Merită să dați un exemplu: cu o grosime a ferestrei de până la 15 microni, apropierea de sursa de radiație alfa ar trebui să fie mai mică de 2 mm, în timp ce sursa de particule alfa este înțeleasă ca un emițător de plutoniu-239 cu o energie de radiație. de 5 MeV. Să continuăm, cu grosimea ferestrei de intrare de până la 10 microni, este posibil să se înregistreze particule alfa la o distanță de până la 13 mm, dacă facem o fereastră de mică grosime de până la 5 microni, atunci radiația alfa va fi înregistrată la o distanță de 24 mm etc. Un alt parametru important care afectează direct capacitatea de a detecta particulele alfa este indicatorul lor de energie. Dacă energia unei particule alfa este mai mare de 5 MeV, atunci distanța de înregistrare pentru grosimea ferestrei de lucru de orice tip va crește în mod corespunzător, iar dacă energia este mai mică, atunci distanța trebuie redusă, până la imposibilitatea completă. de înregistrare a radiațiilor alfa moi.

E Un alt punct important care face posibilă creșterea sensibilității unui contor alfa este reducerea capacității de înregistrare a radiațiilor gamma. Pentru a face acest lucru, este suficient să minimizați dimensiunile geometrice ale catodului, iar fotonii gamma vor trece prin camera de înregistrare fără a provoca ionizare. Această măsură face posibilă reducerea influenței razelor gamma asupra ionizării de mii și chiar de zeci de mii de ori. Nu mai este posibil să se elimine influența radiației beta asupra camerei de înregistrare, dar există o cale destul de simplă de ieșire din această situație. Mai întâi, se înregistrează radiațiile alfa și beta de tip total, apoi se instalează un filtru de hârtie groasă și se face o a doua măsurătoare, care va înregistra doar particule beta. Cantitatea de radiație alfa în acest caz este calculată ca diferență între radiația totală și un indicator de calcul separat pentru radiația beta.

De exemplu , merită să propunem caracteristicile contorului modern Beta-1, care vă permite să înregistrați radiațiile alfa, beta și gama. Aceștia sunt indicatorii:

• aria zonei de lucru a elementului sensibil este de 7 mp/cm;
• grosimea stratului de mica este de 12 microni, (distanta efectiva de detectie a particulelor alfa pentru plutoniu este de 239, aproximativ 9 mm. Pentru cobalt - 60, sensibilitatea la radiatii se realizeaza de ordinul a 144 impulsuri/μR);
• eficiența măsurării radiațiilor pentru particulele alfa - 20% (pentru plutoniu - 239), particulele beta - 45% (pentru taliu -204) și cuante gamma - 60% (pentru compoziție stronțiu - 90, ytriu - 90);
• fondul propriu al dozimetrului este de aproximativ 0,6 impulsuri/s;
• Senzorul este proiectat să înregistreze radiația gamma cu o energie în intervalul de la 0,05 MeV la 3 MeV și particule beta cu o energie mai mare de 0,1 MeV la limita inferioară și particule alfa cu o energie de 5 MeV sau mai mult.

Fig. 10. Contor alfa-beta-gamma montat la capăt Beta-1.

LA Desigur, există și o gamă destul de largă de contoare care sunt destinate utilizării mai specifice și profesionale. Astfel de dispozitive au o serie de setări și opțiuni suplimentare (electrice, mecanice, radiometrice, climatice etc.), care includ mulți termeni și capabilități speciale. Cu toate acestea, nu ne vom concentra asupra lor. La urma urmei, pentru a înțelege principiile de bază ale acțiunii Contoare Geiger–Muller , modelele descrise mai sus sunt destul de suficiente.

ÎN De asemenea, este important de menționat că există subclase speciale Contoare Geiger , care sunt special concepute pentru a detecta diferite tipuri de alte radiații. De exemplu, pentru a determina cantitatea de radiație ultravioletă, pentru a înregistra și determina neutroni lenți care funcționează pe principiul unei descărcări corona și alte opțiuni care nu sunt direct legate de acest subiect nu vor fi luate în considerare.

Inventat în 1908 de către fizicianul german Hans Wilhelm Geiger, un dispozitiv capabil să determine este utilizat pe scară largă astăzi. Motivul pentru aceasta este sensibilitatea ridicată a dispozitivului și capacitatea sa de a detecta o mare varietate de radiații. Ușurința de operare și costul redus permit oricui care decide să măsoare independent nivelul de radiație să cumpere un contor Geiger în orice moment și oriunde. Ce fel de dispozitiv este acesta și cum funcționează?

Principiul de funcționare al unui contor Geiger

Designul său este destul de simplu. Un amestec de gaz format din neon și argon este pompat într-un cilindru etanș cu doi electrozi, care este ușor ionizat. Este alimentat electrozilor (aproximativ 400V), care în sine nu provoacă niciun fenomen de descărcare până în momentul în care începe procesul de ionizare în mediul gazos al dispozitivului. Apariția particulelor care sosesc din exterior duce la faptul că electronii primari, accelerați în câmpul corespunzător, încep să ionizeze alte molecule ale mediului gazos. Ca urmare, sub influența unui câmp electric, are loc o creare de noi electroni și ioni asemănătoare unei avalanșe, care măresc brusc conductivitatea norului de ioni de electroni. În mediul de gaz al contorului Geiger are loc o descărcare. Numărul de impulsuri care apar într-o anumită perioadă de timp este direct proporțional cu numărul de particule detectate. Acesta este, în termeni generali, principiul de funcționare al unui contor Geiger.

Procesul invers, în urma căruia mediul gazos revine la starea inițială, are loc de la sine. Sub influența halogenilor (de obicei se folosește brom sau clor), în acest mediu are loc o recombinare intensă a sarcinilor. Acest proces are loc mult mai lent și, prin urmare, timpul necesar restabilirii sensibilității contorului Geiger este o caracteristică de pașaport foarte importantă a dispozitivului.

În ciuda faptului că principiul de funcționare al unui contor Geiger este destul de simplu, acesta este capabil să răspundă la radiațiile ionizante de o mare varietate de tipuri. Acestea sunt α-, β-, γ-, precum și raze X, neutroni și totul depinde de designul dispozitivului. Astfel, fereastra de intrare a unui contor Geiger, capabil să detecteze radiația α și β moale, este realizată din mică cu o grosime de 3 până la 10 microni. Pentru detectare este făcut din beriliu, iar ultravioletele sunt făcute din cuarț.

Unde se folosește un contor Geiger?

Principiul de funcționare al unui contor Geiger este baza pentru funcționarea celor mai moderne dozimetre. Aceste dispozitive mici, care au un cost relativ scăzut, sunt destul de sensibile și sunt capabile să afișeze rezultate în unități de măsură ușor de înțeles. Ușurința de utilizare permite ca aceste dispozitive să fie folosite chiar și de către cei care au o înțelegere foarte mică a dozimetriei.

În funcție de capacitățile și acuratețea măsurătorilor, dozimetrele pot fi utilizate pentru uz profesional sau casnic. Cu ajutorul lor, puteți determina în timp util și eficient sursa existentă de radiații ionizate atât în ​​spații deschise, cât și în interior.

Aceste dispozitive, care folosesc principiul unui contor Geiger în funcționarea lor, pot furniza prompt un semnal de pericol folosind atât semnale vizuale, cât și semnale audio sau vibraționale. Astfel, puteți oricând verifica alimentele, îmbrăcămintea, examina mobilierul, echipamentele, materialele de construcție etc. pentru a asigura absența radiațiilor dăunătoare organismului uman.