Kuinka geiger-laskuri toimii. Geiger-laskuri on vain ensimmäinen geiger-laskuri

Geiger-laskuri on pääanturi säteilyn mittaamiseen. Se rekisteröi gamma-, alfa-, beetasäteilyn ja röntgensäteet. Sillä on suurin herkkyys verrattuna muihin säteilyn rekisteröintimenetelmiin, esimerkiksi ionisaatiokammioihin. Tämä on tärkein syy sen yleisyyteen. Muita säteilyn mittausantureita käytetään hyvin harvoin. Lähes kaikki dosimetriset ohjauslaitteet perustuvat Geiger-laskuriin. Ne ovat massatuotettuja, ja laitteita on eri tasoisia: sotilasannosmittareista kiinalaisiin kulutustavaroihin. Nyt ei ole ongelma ostaa mitään säteilyn mittauslaitetta.

Vasta aivan viime aikoihin asti dosimetrisiä laitteita ei ollut kaikkialla. Joten vuoteen 1986 mennessä, Tšernobylin onnettomuuden aikana, kävi ilmi, että väestöllä ei yksinkertaisesti ollut mitään dosimetrisiä tiedustelulaitteita, mikä muuten pahensi entisestään katastrofin seurauksia. Samaan aikaan radioamatöörien ja teknisen luovuuden piirien leviämisestä huolimatta Geiger-laskereita ei myyty kaupoissa, joten kotitekoisten annosmittareiden valmistus oli mahdotonta.

Geiger-laskurien toimintaperiaate

Tämä on sähkötyhjiölaite, jonka toimintaperiaate on erittäin yksinkertainen. Säteilyanturi on metalli- tai lasikammio, jossa on metallointi ja joka on täytetty harvinaisella inertillä kaasulla. Elektrodi asetetaan kammion keskelle. Kammion ulkoseinät on kytketty korkeajännitelähteeseen (yleensä 400 volttia). Sisäelektrodi - herkälle vahvistimelle. Ionisoiva säteily (säteily) on hiukkasvirta. Ne kirjaimellisesti kuljettavat elektroneja suurjännitekatodista anodifilamentteihin. Siihen yksinkertaisesti indusoidaan jännite, joka voidaan jo mitata kytkemällä se vahvistimeen.

Geiger-laskurin korkea herkkyys johtuu lumivyöryefektistä. Energia, jonka vahvistin rekisteröi ulostuloon, ei ole ionisoivan säteilyn lähteen energiaa. Tämä on itse annosmittarin suurjännitevirtalähteen energia. Läpäisevä hiukkanen kuljettaa vain elektronia (energiavarausta, joka muuttuu mittarin rekisteröimäksi virraksi). Elektrodien väliin lisättiin kaasuseos, joka koostui jalokaasuista: argon, neon. Se on suunniteltu sammuttamaan suurjännitepurkauksia. Jos tällainen purkautuminen tapahtuu, tämä on väärä positiivinen laskuri. Seuraava mittauspiiri jättää tällaiset piikit huomiotta. Lisäksi suurjännitevirtalähde on myös suojattava niiltä.

Geiger-laskurin virtalähdepiiri tarjoaa useiden mikroampeerien lähtövirran 400 voltin lähtöjännitteellä. Syöttöjännitteen tarkka arvo asetetaan kullekin mittarimerkille sen teknisten eritelmien mukaisesti.

Geiger-laskurien ominaisuudet, herkkyys, havaittu säteily

Geiger-laskurin avulla on mahdollista rekisteröidä ja mitata gamma- ja beetasäteilyä suurella tarkkuudella. Valitettavasti säteilyn tyyppiä on mahdotonta tunnistaa suoraan. Tämä tehdään epäsuorasti asettamalla esteitä anturin ja tutkittavan kohteen tai alueen väliin. Gammasäteet ovat erittäin läpäiseviä ja niiden tausta ei muutu. Jos annosmittari havaitsee beetasäteilyä, erotussulun asentaminen jopa ohuesta metallilevystä estää lähes kokonaan beetahiukkasten virtauksen.

Aiemmin laajalle levinneissä yksittäisissä annosmittareissa DP-22, DP-24 ei käytetty Geiger-laskuria. Sen sijaan siellä käytettiin ionisaatiokammio-anturia, joten herkkyys oli erittäin alhainen. Nykyaikaiset Geiger-laskuriin perustuvat dosimetriset laitteet ovat tuhansia kertoja herkempiä. Niillä voidaan tallentaa auringon säteilytaustan luonnollisia muutoksia.

Geiger-laskurin huomionarvoinen ominaisuus on sen herkkyys, joka on kymmeniä ja satoja kertoja vaadittua tasoa korkeampi. Jos laskuri kytketään päälle täysin suojatussa lyijykammiossa, se näyttää valtavan luonnonsäteilytaustan. Nämä merkinnät eivät ole vika itse mittarin suunnittelussa, mikä on vahvistettu lukuisilla laboratoriotutkimuksilla. Tällaiset tiedot ovat seurausta luonnollisesta kosmisesta säteilytaustasta. Kokeilu osoittaa vain, kuinka herkkä Geiger-laskuri on.

Erityisesti tämän parametrin mittaamista varten tekniset tiedot osoittavat arvon "pulssilaskurin herkkyys μr" (pulsseja mikrosekunnissa). Mitä enemmän näitä pulsseja - sitä suurempi herkkyys.

Säteilyn mittaus Geiger-laskurilla, annosmittaripiirillä

Annosmittaripiiri voidaan jakaa kahteen toiminnalliseen moduuliin: suurjännitevirtalähteeseen ja mittauspiiriin. Korkeajännitevirtalähde - analoginen piiri. Digitaalisten annosmittareiden mittausmoduuli on aina digitaalinen. Tämä on pulssilaskuri, joka näyttää vastaavan arvon numeroiden muodossa laitteen asteikolla. Säteilyannoksen mittaamiseksi on tarpeen laskea pulssit minuutissa, 10, 15 sekuntia tai muita arvoja. Mikrokontrolleri muuntaa pulssien lukumäärän tietyksi arvoksi annosmittarin asteikolla standardisäteilyn yksiköissä. Tässä ovat yleisimmät:

• röntgenkuvaus (yleensä käytetään mikro-röntgeniä);
• Sievert (mikrosivert - mSv);
• Harmaa, onnellinen
• vuotiheys mikrowatteina/m2.

Sieverti on yleisimmin käytetty säteilyn mittausyksikkö. Kaikki normit korreloivat sen kanssa, lisälaskelmia ei tarvita. Rem - yksikkö säteilyn vaikutuksen määrittämiseksi biologisiin esineisiin.

Kaasupurkaus Geiger-laskurin vertailu puolijohdesäteilyanturilla

Geiger-laskuri on kaasupurkauslaite, ja mikroelektroniikan nykytrendi on päästä niistä eroon kaikkialla. Puolijohdesäteilyantureita on kehitetty kymmeniä. Niiden rekisteröimä säteilytaustataso on paljon korkeampi kuin Geiger-laskurien. Puolijohdeanturin herkkyys on huonompi, mutta sillä on toinen etu - tehokkuus. Puolijohteet eivät vaadi suurjännitetehoa. Ne sopivat hyvin kannettaviin akkukäyttöisiin annosmittareihin. Toinen etu on alfa-hiukkasten rekisteröinti. Mittarin kaasutilavuus on paljon suurempi kuin puolijohdeanturilla, mutta sen mitat ovat silti hyväksyttäviä kannettaville laitteille.

Alfa-, beeta- ja gammasäteilyn mittaus

Gammasäteily on helpoin mitata. Tämä on sähkömagneettista säteilyä, joka on fotonivirtaa (valo on myös fotonivirta). Toisin kuin valo, sillä on paljon korkeampi taajuus ja hyvin lyhyt aallonpituus. Tämä mahdollistaa sen tunkeutumisen atomien läpi. Väestönsuojelussa gammasäteily on läpäisevää säteilyä. Se tunkeutuu talojen, autojen, erilaisten rakenteiden seinien läpi ja pysyy vain usean metrin pituisella maa- tai betonikerroksella. Gamma-kvanttien rekisteröinti tapahtuu annosmittarin kalibroinnilla auringon luonnollisen gammasäteilyn mukaan. Säteilylähteitä ei vaadita. Se on täysin eri asia beeta- ja alfasäteilyn kanssa.

Jos ionisoivaa säteilyä α (alfasäteily) tulee ulkoisista esineistä, se on melkein turvallista ja edustaa heliumatomien ytimien virtaa. Näiden hiukkasten alue ja läpäisevyys on pieni - muutama mikrometri (maksimimillimetri) - riippuen väliaineen läpäisevyydestä. Tämän ominaisuuden vuoksi Geiger-laskuri ei melkein rekisteröi sitä. Samalla alfasäteilyn rekisteröinti on tärkeää, koska nämä hiukkaset ovat erittäin vaarallisia, kun ne tunkeutuvat kehoon ilman, ruoan ja veden kanssa. Geiger-laskuria käytetään niiden määräämiseen rajoitetusti. Erityiset puolijohdeanturit ovat yleisempiä.

Geiger-laskuri rekisteröi beetasäteilyn täydellisesti, koska beetahiukkanen on elektroni. Se voi kulkea satoja metrejä ilmakehässä, mutta imeytyy hyvin metallipintoihin. Tässä suhteessa Geiger-laskimessa on oltava kiilleikkuna. Metallikammio on valmistettu pienellä seinämäpaksuudella. Sisäisen kaasun koostumus valitaan siten, että varmistetaan pieni painehäviö. Beetasäteilyn ilmaisin asetetaan etäanturiin. Jokapäiväisessä elämässä tällaiset annosmittarit eivät ole kovin yleisiä. Nämä ovat enimmäkseen sotilaallisia tuotteita.

Henkilökohtainen annosmittari Geiger-laskurilla

Tämän luokan laitteilla on korkea herkkyys toisin kuin vanhemmissa malleissa, joissa on ionisaatiokammio. Luotettavia malleja tarjoavat monet kotimaiset valmistajat: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Nämä ovat kaikki erillisiä laitteita, joiden tiedot tulostuvat näytölle vakiomittayksiköinä. On olemassa tila, jossa näytetään kertynyt säteilyannos ja hetkellinen taustataso.

Lupaava suunta on kotitalouksien annosmittari-kiinnitys älypuhelimeen. Tällaisia ​​laitteita valmistavat ulkomaiset valmistajat. Niillä on runsaat tekniset ominaisuudet, niissä on toiminto lukemien tallentamiseen, laskemiseen, uudelleenlaskentaan ja säteilyn summaamiseen päivien, viikkojen, kuukausien ajan. Toistaiseksi näiden laitteiden kustannukset ovat alhaisten tuotantomäärien vuoksi melko korkeat.

Kotitekoiset annosmittarit, miksi niitä tarvitaan?

Geiger-laskuri on annosmittarin erityinen elementti, joka on täysin saavuttamaton itsetuotantoon. Lisäksi sitä löytyy vain annosmittareista tai myydään erikseen radioliikkeissä. Jos tämä anturi on saatavilla, kaikki muut annosmittarin komponentit voidaan koota erilaisten kulutuselektroniikan osista: televisioista, emolevyistä jne. Radioamatöörisivustoilla ja -foorumeilla on nyt tarjolla noin tusinaa mallia. Ne kannattaa kerätä, koska nämä ovat kehittyneimmät vaihtoehdot, joissa on yksityiskohtaiset ohjeet asennukseen ja virheenkorjaukseen.

Geiger-laskurin kytkentäpiiri tarkoittaa aina korkeajännitelähteen läsnäoloa. Mittarin tyypillinen käyttöjännite on 400 volttia. Se saadaan estävän generaattoripiirin mukaan, ja tämä on annosmittaripiirin monimutkaisin elementti. Laskurin lähtö voidaan liittää matalataajuiseen vahvistimeen ja laskea kaiuttimen napsautuksia. Tällainen annosmittari kootaan hätätapauksissa, kun valmistukseen ei käytännössä ole aikaa. Teoriassa Geiger-laskurin lähtö voidaan kytkeä kodinkoneiden, kuten tietokoneen, äänituloon.

Tarkkaan mittaukseen soveltuvat kotitekoiset annosmittarit kootaan kaikki mikrokontrollereihin. Ohjelmointitaitoja tässä ei tarvita, koska ohjelma tallennetaan valmiina vapaasta pääsystä. Vaikeudet ovat tyypillisiä kotielektroniikan tuotannossa: piirilevyn hankinta, radiokomponenttien juottaminen, kotelon valmistus. Kaikki tämä ratkaistaan ​​pienessä työpajassa. Kotitekoisia annosmittareita Geiger-laskureista valmistetaan tapauksissa, joissa:

• ei ole mahdollista ostaa valmista annosmittaria;
• tarvitset laitteen, jolla on erityisominaisuudet;
• on tarpeen tutkia annosmittarin rakentamis- ja säätöprosessia.

Kotitekoinen annosmittari kalibroidaan luonnollista taustaa vasten toisella annosmittarilla. Tämä päättää rakennusprosessin.

Jos sinulla on kysyttävää - jätä ne kommentteihin artikkelin alla. Me tai vieraamme vastaamme niihin mielellämme.

Johdanto

1. Laskurien nimittäminen

2. Laite ja laskurin toimintaperiaate

3. Fysikaaliset peruslait

3.1 Palautuminen hiukkasten rekisteröinnin jälkeen

3.2 Dosimetrinen karakterisointi

3.3 Anturin vaste

Johtopäätös

Bibliografia

Johdanto

Geiger-Muller-laskurit ovat yleisimpiä ionisoivan säteilyn ilmaisimia (antureita). Tähän asti niillä, jotka keksittiin aivan vuosisadamme alussa syntymässä olevan ydinfysiikan tarpeisiin, ei kummallista kyllä ​​ole mitään täysimittaista korvaavaa. Geiger-laskuri on pohjimmiltaan hyvin yksinkertainen. Pääosin helposti ionisoituvasta neonista ja argonista koostuva kaasuseos syötettiin hyvin tyhjennettyyn tiiviiseen säiliöön, jossa oli kaksi elektrodia. Sylinteri voi olla lasia, metallia jne. Yleensä mittarit havaitsevat säteilyn koko pinnallaan, mutta on myös sellaisia, joissa on erityinen "ikkuna" sylinterissä tätä varten.

Elektrodeihin johdetaan korkea jännite U (ks. kuva), joka ei sinänsä aiheuta purkausilmiöitä. Laskuri pysyy tässä tilassa, kunnes sen kaasumaiseen väliaineeseen ilmestyy ionisaatiokeskus - ulkopuolelta tulleen ionisoivan hiukkasen synnyttämä ionien ja elektronien jälki. Sähkökentässä kiihtyvä primäärielektroni ionisoi "matkan varrella" muita kaasumaisen väliaineen molekyylejä tuottaen yhä enemmän uusia elektroneja ja ioneja. Tämä lumivyöryn tavoin kehittyvä prosessi päättyy elektroni-ionipilven muodostumiseen elektrodien väliseen tilaan, mikä lisää jyrkästi sen johtavuutta. Tiskin kaasuympäristössä tapahtuu purkaus, joka näkyy (jos säiliö on läpinäkyvä) yksinkertaisellakin silmällä.

Käänteinen prosessi - kaasuväliaineen palautuminen alkuperäiseen tilaan niin kutsutuissa halogeenimittareissa - tapahtuu itsestään. Halogeenit (yleensä kloori tai bromi), joita on pieni määrä kaasumaisessa väliaineessa, vaikuttavat, mikä edistää varausten intensiivistä rekombinaatiota. Mutta tämä prosessi on paljon hitaampi. Aika, joka vaaditaan Geiger-laskurin säteilyherkkyyden palauttamiseen ja sen nopeuden määräämiseen - "kuollut" aika - on sen tärkeä passin ominaisuus. Tällaisia ​​mittareita kutsutaan halogeeni-itsesammuviksi mittareiksi. Alhaisimman syöttöjännitteen, erinomaisten lähtösignaaliparametrien ja riittävän suuren nopeuden ansiosta ne ovat osoittautuneet erityisen sopiviksi käytettäväksi kotitalouksien säteilynvalvontalaitteiden ionisoivan säteilyn antureina.

Geiger-laskurit pystyvät reagoimaan erilaisiin ionisoivaan säteilyyn - a, b, g, ultravioletti, röntgen, neutroni. Mutta laskurin todellinen spektriherkkyys riippuu suurelta osin sen suunnittelusta. Siten a- ja pehmeälle b-säteilylle herkän laskurin syöttöikkunan tulee olla hyvin ohut; tätä varten käytetään yleensä kiilleä, jonka paksuus on 3 ... 10 mikronia. Kovaan b- ja g-säteilyyn reagoivan laskurin ilmapallo on yleensä sylinterin muotoinen, jonka seinämän paksuus on 0,05 ... 0,06 mm (toimii myös laskurin katodina). Röntgenlaskuriikkuna on valmistettu berylliumista ja ultraviolettilaskuri kvartsilasista.

geiger muller dosimetrinen säteilylaskuri

1. Laskurien nimittäminen

Geiger-Muller-laskuri on kaksielektrodinen laite, joka on suunniteltu määrittämään ionisoivan säteilyn voimakkuutta tai toisin sanoen laskemaan ydinreaktioista syntyviä ionisoivia hiukkasia: heliumionit (- hiukkaset), elektronit (- hiukkaset), röntgensäde kvantit (- hiukkaset) ja neutronit. Hiukkaset etenevät erittäin suurella nopeudella [jopa 2 . 10 7 m/s ioneille (energia 10 MeV asti) ja noin valon nopeus elektroneille (energia 0,2 - 2 MeV)], minkä ansiosta ne tunkeutuvat laskurin sisään. Laskurin tehtävänä on muodostaa lyhyt (millisekunnin murto-osa) jännitepulssi (yksiköt - kymmeniä voltteja), kun hiukkanen tulee laitteen tilavuuteen.

Verrattuna muihin ionisoivan säteilyn ilmaisimiin (antureihin) (ionisaatiokammio, suhteellinen laskuri), Geiger-Muller-laskurilla on korkea kynnysherkkyys - sen avulla voit hallita maan luonnollista radioaktiivista taustaa (1 hiukkanen per cm 2 10:ssä -100 sekuntia). Mittauksen yläraja on suhteellisen alhainen - jopa 10 4 hiukkasta per cm 2 sekunnissa tai jopa 10 Sievertiä tunnissa (Sv / h). Laskurin ominaisuus on kyky muodostaa samoja lähtöjännitepulsseja riippumatta hiukkasten tyypistä, niiden energiasta ja hiukkasen tuottamien ionisaatioiden lukumäärästä anturin tilavuudessa.

2. Laite ja laskurin toimintaperiaate

Geiger-laskurin toiminta perustuu metallielektrodien väliseen ei-itsekestoon sykkivään kaasupurkaukseen, jonka käynnistää yksi tai useampi elektroni, joka ilmaantuu kaasuionisaatiosta -, - tai -hiukkasesta. Mittarissa käytetään yleensä lieriömäistä elektrodeja, ja sisemmän sylinterin (anodin) halkaisija on paljon pienempi (2 tai useampia suuruusluokkaa) kuin ulomman (katodi), mikä on olennaisen tärkeää. Anodin ominaishalkaisija on 0,1 mm.

Hiukkaset tulevat laskuriin tyhjiökuoren ja katodin kautta mallin "sylinterimäisessä" versiossa (kuva 2, a) tai erityisen litteän ohuen ikkunan läpi mallin "lopussa" (kuva 2 ,b). Jälkimmäistä varianttia käytetään rekisteröimään β-hiukkasia, joilla on alhainen läpäisykyky (esimerkiksi paperiarkki pidättää ne), mutta jotka ovat erittäin biologisesti vaarallisia, jos hiukkaslähde joutuu kehoon. Kiilleikkunoilla varustettuja ilmaisimia käytetään myös laskemaan verrattain vähän energiaa sisältäviä β-hiukkasia ("pehmeä" beetasäteily).

Riisi. 2. Sylinterimäisen ( a) ja loppu ( b) Geiger laskee. Nimitykset: 1 - tyhjiökuori (lasi); 2 - anodi; 3 - katodi; 4 - ikkuna (kiille, sellofaani)

Laskurin lieriömäisessä versiossa, joka on suunniteltu havaitsemaan korkean energian hiukkasia tai pehmeitä röntgensäteitä, käytetään ohutseinäistä tyhjiökuoria, ja katodi on valmistettu ohuesta kalvosta tai ohuen metallikalvon muodossa (kupari, alumiini) kerrostettu kuoren sisäpinnalle. Useissa malleissa ohutseinäinen metallikatodi (jäykisteillä) on tyhjiökuoren elementti. Kovalla röntgensäteilyllä (-hiukkasilla) on suuri läpäisykyky. Siksi se tallennetaan ilmaisimilla, joissa on riittävän paksut tyhjiökuoren seinämät ja massiivinen katodi. Neutronilaskureissa katodi on päällystetty ohuella kadmiumi- tai boorikerroksella, jossa neutronisäteily muuttuu radioaktiiviseksi säteilyksi ydinreaktioiden kautta.

Laitteen tilavuus täytetään yleensä argonilla tai neonilla pienellä (enintään 1 %) argonseoksella paineessa, joka on lähellä ilmakehän painetta (10 -50 kPa). Ei-toivottujen purkauksen jälkeisten ilmiöiden eliminoimiseksi kaasutäyttöön johdetaan bromi- tai alkoholihöyryjen seos (enintään 1 %).

Geiger-laskurin kyky havaita hiukkasia niiden tyypistä ja energiasta riippumatta (generoida yksi jännitepulssi riippumatta hiukkasen muodostamien elektronien lukumäärästä) määräytyy sen perusteella, että anodin erittäin pienestä halkaisijasta johtuen lähes kaikki elektrodeihin syötetty jännite on keskittynyt kapeaan lähes anodikerrokseen. Kerroksen ulkopuolella on "hiukkasten vangitsemisalue", jossa ne ionisoivat kaasumolekyylejä. Hiukkasen molekyyleistä irrottamat elektronit kiihtyvät kohti anodia, mutta kaasu on heikosti ionisoitunut alhaisen sähkökentän voimakkuuden vuoksi. Ionisaatio lisääntyy jyrkästi sen jälkeen, kun elektronit saapuvat lähellä anodikerrokseen, jolla on korkea kenttävoimakkuus, jossa elektronien lumivyöryjä (yksi tai useita) kehittyy erittäin suurella elektronien lisääntymisasteella (jopa 10 7). Tuloksena oleva virta ei kuitenkaan vielä saavuta arvoa, joka vastaa anturin signaalin muodostusta.

Virran lisäntyminen käyttöarvoon johtuu siitä, että samanaikaisesti ionisaation kanssa lumivyöryissä syntyy ultraviolettifotoneja, joiden energia on noin 15 eV, joka riittää ionisoimaan kaasutäytteessä olevat epäpuhtausmolekyylit (esim. bromimolekyylien potentiaali on 12,8 V). Molekyylien fotoionisaation seurauksena kerroksen ulkopuolelta ilmaantuneet elektronit kiihdytetään kohti anodia, mutta lumivyöryjä ei synny täällä alhaisen kentänvoimakkuuden vuoksi ja prosessilla on vain vähän vaikutusta purkauksen kehittymiseen. Kerroksessa tilanne on toinen: syntyneet fotoelektronit suuren intensiteetin vuoksi käynnistävät voimakkaita lumivyöryjä, joissa syntyy uusia fotoneja. Niiden lukumäärä ylittää alkuperäisen ja prosessi kerroksessa kaavion "fotonit - elektronilumivyöryt - fotonit" mukaan kasvaa nopeasti (useita mikrosekunteja) (siirtyy "laukaisutilaan"). Tässä tapauksessa purkaus hiukkasen käynnistämien ensimmäisten lumivyöryjen paikasta etenee anodia pitkin ("poikittainen sytytys"), anodin virta kasvaa jyrkästi ja anturin signaalin etureuna muodostuu.

Signaalin takareuna (virran pieneneminen) johtuu kahdesta syystä: anodin potentiaalin pienenemisestä vastuksen yli kulkevasta virrasta tulevan jännitteen pudotuksen vuoksi (etureunassa potentiaalia ylläpitää elektrodien välinen kapasitanssi) ja sähkökentän voimakkuuden lasku kerroksessa ionien avaruusvarauksen vaikutuksesta sen jälkeen, kun elektronit lähtevät anodille (varaus lisää pisteiden potentiaalia, minkä seurauksena kerroksen jännitehäviö pienenee, ja hiukkasten vangitsemisalue kasvaa). Molemmat syyt vähentävät lumivyöryjen kehittymisen intensiteettiä ja järjestelmän "vyöry - fotonit - lumivyöryt" mukaista prosessia häipyy, ja anturin läpi kulkeva virta vähenee. Virtapulssin päätyttyä anodin potentiaali kasvaa alkutasolle (jollakin viiveellä johtuen elektrodien välisen kapasitanssin varauksesta anodivastuksen kautta), potentiaalijakauma elektrodien välisessä raossa palaa alkuperäiseen muotoonsa. seurauksena ionien karkaamisesta katodille, ja laskuri palauttaa kyvyn rekisteröidä uusien hiukkasten saapuminen.

Ionisoivan säteilyn ilmaisimia valmistetaan kymmeniä erilaisia. Niiden nimeämiseen käytetään useita järjestelmiä. Esimerkiksi STS-2, STS-4 - kasvojen itsestään sammuvat laskurit tai MS-4 - laskuri kuparikatodilla (V - volframilla, G - grafiitilla) tai SAT-7 - kasvojen hiukkaslaskuri, SBM -10 - laskuri - metallihiukkaset, SNM-42 - metallineutronilaskuri, CPM-1 - röntgensäteilyn laskuri jne.

3. Fysikaaliset peruslait

3.1 Palautuminen hiukkasten rekisteröinnin jälkeen

Aika, jolloin ionit poistuvat aukosta hiukkasen rekisteröinnin jälkeen, osoittautuu suhteellisen pitkäksi - muutamaksi millisekunniksi, mikä rajoittaa säteilyannosnopeuden mittauksen ylärajaa. Suurella säteilyintensiteetillä hiukkaset saapuvat ionien poistumisaikaa lyhyemmällä aikavälillä, eikä anturi rekisteröi joitakin hiukkasia. Prosessi on havainnollistettu oskilogrammilla anturin anodin jännitteestä sen suorituskyvyn palauttamisen aikana (kuva 3).

Riisi. 3. Geiger-laskurin anodin jännitteen oskilogrammit. U o- signaalin amplitudi normaalitilassa (satoja voltteja). 1 - 5 - hiukkasten lukumäärä

Ensimmäisen hiukkasen (1 kuvassa 3) tulo anturin tilavuuteen käynnistää pulssikaasupurkauksen, joka johtaa jännitteen laskuun U o(normaali signaalin amplitudi). Lisäksi jännite kasvaa raon läpi kulkevan virran hitaan laskun seurauksena, kun ionit menevät katodille, ja johtuen elektrodien välisen kapasitanssin varautumisesta jännitelähteestä rajoitusvastuksen kautta. Jos toinen hiukkanen (2 kuvassa 3) tulee anturiin lyhyessä ajassa ensimmäisen saapumisen jälkeen, purkausprosessit kehittyvät heikosti johtuen alhaisesta jännitteestä ja alhaisesta kentänvoimakkuudesta anodilla ionin vaikutuksesta. tilamaksu. Anturin signaali on tässä tapauksessa liian pieni. Toisen hiukkasen saapuminen pidemmän aikavälin jälkeen ensimmäisen jälkeen (hiukkaset 3 - 5 kuvassa 3) antaa suuremman amplitudin signaalin, koska jännite kasvaa ja tilavaraus pienenee.

Jos toinen hiukkanen tulee anturiin ensimmäisen jälkeen, kun aikaväli on lyhyempi kuin hiukkasten 1 ja 2 välinen aika kuvassa. 3, silloin anturi ei yllä mainituista syistä anna signaalia ollenkaan ("ei laske" hiukkasta). Tässä suhteessa hiukkasten 1 ja 2 välistä aikaväliä kutsutaan "laskurin kuolleeksi ajaksi" (hiukkasen 2 signaaliamplitudi on 10 % normaalista). Aikaväli hiukkasten 2 ja 5 välillä kuvassa. 3 on nimeltään "anturin palautumisaika" (hiukkasen 5 signaali on 90 % normaali). Tänä aikana anturin signaalien amplitudi pienenee, eikä sähköimpulssilaskuri välttämättä rekisteröi niitä.

Kuollut aika (0,01 - 1 ms) ja palautumisaika (0,1 - 1 ms) ovat tärkeitä Geiger-laskurin parametreja. Suurin tallennettu annosnopeus on sitä suurempi, mitä pienempiä näiden parametrien arvot ovat. Tärkeimmät parametrit määräävät tekijät ovat kaasun paine ja rajoitusvastuksen arvo. Paineen ja vastuksen arvon pienentyessä kuollut aika ja palautumisaika pienenevät, koska ionien poistumisnopeus aukosta kasvaa ja elektrodien välisen kapasitanssin latausprosessin aikavakio pienenee.

3.2 Dosimetrinen karakterisointi

Geiger-laskurin herkkyys on anturin tuottamien pulssien taajuuden suhde säteilyannosnopeuteen, mitattuna mikrosieverteinä tunnissa (µSv/h; vaihtoehdot: Sv/s, mSv/s, µSv/s). Tyypilliset herkkyysarvot: 0,1 - 1 pulssia per mikrosieverti. Toiminta-alueella herkkyys on suhteellisuustekijä mittarin lukeman (pulssien määrä sekunnissa) ja annosnopeuden välillä. Alueen ulkopuolella suhteellisuus rikkoutuu, mikä kuvastaa ilmaisimen dosimetristä ominaisuutta - lukemien riippuvuutta annosnopeudesta (kuva 4).

Riisi. Laskentanopeuden riippuvuudet radioaktiivisen säteilyn annosnopeudesta (dosimetriset ominaisuudet) kahdelle laskurilla, joilla on eri kaasunpaineet (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)

Fysikaalisista syistä seuraa, että anturin lukemat annosnopeuden kasvaessa eivät voi ylittää arvoa (1/), jossa on anturin kuollut aika (lyhyemmällä aikavälillä saapuvia hiukkasia ei huomioida). Siksi dosimetrisen ominaiskäyrän toimiva lineaarinen osa siirtyy tasaisesti voimakkaan säteilyn alueella vaakasuoraan suoraviivaan tasolla (1/).

Kuolleen ajan lyhentyessä anturin dosimetrinen ominaisuus muuttuu vaakasuuntaiseksi suoraksi korkeammalla tasolla korkeammalla säteilyteholla ja mittauksen yläraja kasvaa. Tämä tilanne havaitaan, kun kaasun paine laskee (kuva 4). Samalla anturin herkkyys kuitenkin pienenee (kaasupurkausraon ylittävien hiukkasten määrä ilman törmäyksiä molekyyleihin kasvaa). Siksi, kun paine laskee, dosimetrinen ominaisuus laskee. Matemaattisesti ominaisuutta kuvataan seuraavalla suhteella:

missä N- laskentanopeus (anturin lukemat - pulssien määrä sekunnissa); - vastaherkkyys (pulssia sekunnissa per mikrosieverti); R- säteilyannosnopeus; - anturin kuollut aika (sekunteina).

3.3 Anturin vaste

Säteilyannosnopeuden säätö on useimmiten suoritettava ulkona tai kentällä, jossa anturi saa virtaa paristoista tai muista galvaanisista lähteistä. Heidän jännityksensä vähenee työnteon aikana. Samalla anturissa tapahtuvat kaasupurkausprosessit riippuvat jännitteestä erittäin voimakkaasti. Siksi Geiger-laskurin lukemien riippuvuus jännitteestä vakiosäteilyannosnopeudella on yksi anturin tärkeimmistä ominaisuuksista. Riippuvuutta kutsutaan anturin laskentakäyräksi (kuva 5).

Yhdelle esitetyistä riippuvuuksista (käyrä 2) on merkitty ominaispisteet A -D. Pienellä jännitteellä (pisteen vasemmalla puolella MUTTA) anturissa syntyneet elektronit, kun ionisoiva hiukkanen tulee sisään, käynnistävät elektronivyöryjä, mutta niiden intensiteetti ei riitä synnyttämään vaaditun amplitudin virtapulssia ja laskurin lukemat ovat nolla. Piste MUTTA vastaa "laskennan alun jännitettä". Jännitteen nousu osassa A-B laskurin lukemat kasvavat, koska elektronien todennäköisyys hiukkasten vangitsemisalueelta lähellä anodikerrokseen, jossa on korkea kenttävoimakkuus, kasvaa. Pienellä jännitteellä elektronit yhdistyvät ionien kanssa liikkuessaan kerrokseen (ne voivat ensin "tarttua" bromin epäpuhtausmolekyyleihin muodostaen negatiivisia ioneja). Pisteessä AT jännite on riittävä siirtämään nopeasti lähes kaikki elektronit kerrokseen, ja rekombinaatiointensiteetti on lähellä nollaa. Anturi tuottaa normaalin amplitudin signaaleja.

Laskentaominaisuuden työosassa B-C("ominainen tasanne") laskurin lukemat nousevat hieman jännitteen noustessa, millä on suuri käytännön merkitys ja Geiger-laskurin etu. Sen laatu on korkeampi, mitä pidempi tasanne (100 -400 V) ja sitä pienempi on laskenta-ominaisuuden vaakasuuntaisen osan kaltevuus.

Riisi. 5. Laskentanopeuden riippuvuudet jännitteestä (laskentaominaisuus) kaasunpaineen ja bromin epäpuhtauspitoisuuden eri arvoilla: 1 - 8 kPa, 0,5 %; 2 - 16 kPa, 0,5 %; 3 - 16 kPa, 0,1 % säteilyannosnopeudella 5 µSv/h. A, B, C, D- käyrän ominaispisteet 2

Tasangon jyrkkyys (tai kaltevuus). S jolle on tunnusomaista prosentuaalinen muutos mittarin lukemissa jänniteyksikköä kohti:

missä N B ja N C - Mittarilukema tasangon alussa ja lopussa; U B ja U C- jännitearvot tasanteen alussa ja lopussa. Tyypilliset kaltevuusarvot ovat 0,01 - 0,05 %/V.

Lukemien suhteellisen stabiilisuuden laskentaominaisuuden tasannella tarjoaa tietyntyyppinen purkaus, joka tapahtuu anturissa ionisoivan hiukkasen saapuessa. Jännitteen nostaminen tehostaa elektronien lumivyöryjen kehittymistä, mutta tämä johtaa vain purkauksen etenemisen kiihtymiseen anodia pitkin, ja laskurin kyky muodostaa yksi signaali hiukkasta kohden tuskin häiriintyy.

Pieni laskentanopeuden nousu jännitteen kasvaessa laskentaominaisuuden tasannella liittyy elektronien emission katodista purkauksen vaikutuksesta. Emissio johtuu ns. -prosesseista, jotka ymmärretään elektronien ulosvetämiseksi ionien, virittyneiden atomien ja fotonien toimesta. Kertoimen katsotaan ehdollisesti olevan yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä ionia kohti (oletetaan virittyneitä atomeja ja fotoneja). Kertoimen ominaisarvot ovat 0,1 - 0,01 (10 - 100 ionia vetää ulos elektronin kaasun ja katodimateriaalin tyypistä riippuen). Tällaisilla kertoimen arvoilla Geiger-laskuri ei toimi, koska katodista lähtevät elektronit rekisteröidään ionisoiviksi hiukkasiksi (rekisteröidään vääriä signaaleja).

Mittarin normaali toiminta varmistetaan lisäämällä bromi- tai alkoholihöyryä kaasutäyttöön ("sammutusepäpuhtaudet"), mikä alentaa kerrointa jyrkästi (alle 10 -4). Tässä tapauksessa myös väärien signaalien määrä vähenee jyrkästi, mutta pysyy havaittavissa (esimerkiksi muutama prosentti). Kun jännite kasvaa, purkausprosessit tehostuvat; ionien, virittyneiden atomien ja fotonien määrä kasvaa ja vastaavasti väärien signaalien määrä kasvaa. Tämä selittää anturin lukemien lievän nousun laskentaominaisuuden tasangolla (kaltevuuden kasvu) ja tasangon lopussa (siirtymä jyrkälle osalle C - D). Epäpuhtauspitoisuuden kasvaessa kerroin pienenee enemmän, mikä pienentää tasangon kaltevuutta ja lisää sen pituutta (käyrät 2 ja 3 kuvassa 5).

Sammutusepäpuhtauden pitoisuuden nousu tietyn arvon yläpuolelle (bromille 1 %, alkoholille 10 %) huonontaa kuitenkin anturin parametreja: laskennan aloitusjännite kasvaa (piste MUTTA kuvassa), tasangon kaltevuus kasvaa ja sen pituus lyhenee. Tämä selittyy sillä, että osa ionisoivan hiukkasen synnyttämistä elektroneista "tarttuu" bromi- tai alkoholimolekyyleihin muodostaen raskaita negatiivisia ioneja, jotka saapuvat lähellä anodikerrokseen merkittävän ajan kuluttua, kun laskuri on jo palauttanut kyvyn rekisteröidä hiukkasia. Kerroksessa suuren kenttävoimakkuuden vaikutuksesta ioni halkeaa ja esiintuleva elektroni käynnistää väärän anturisignaalin.

Epäpuhtauksien sammuttamisen fysikaalinen vaikutusmekanismi koostuu ionien, virittyneiden atomien ja fotonien katodille syöttämisen jyrkästä vähenemisestä, mikä voi aiheuttaa elektronien emission, sekä katodista tulevien elektronien työfunktion lisääntymisestä. Pääkaasun (neonin tai argonin) ionit liikkuessaan katodia kohti muuttuvat neutraaleiksi atomeiksi "lataamisen" seurauksena törmäyksissä epäpuhtausmolekyylien kanssa, koska neonin ja argonin ionisaatiopotentiaalit ovat suuremmat kuin bromin ja alkoholin. (vastaavasti: 21,5 V; 15, 7 V; 12,8 V; 11,3 V). Tässä tapauksessa vapautuva energia kuluu molekyylien tuhoamiseen tai matalaenergisten fotonien muodostukseen, jotka eivät pysty aiheuttamaan elektronien fotoemissiota. Lisäksi epäpuhtausmolekyylit absorboivat tällaiset fotonit hyvin.

Latauksen aikana muodostuneet epäpuhtausionit tulevat katodille, mutta eivät aiheuta elektroniemissiota. Bromin tapauksessa tämä selittyy sillä, että ionin potentiaalienergia (12,8 eV) ei riitä poistamaan kahta elektronia katodista (toinen neutraloimaan ionin ja toinen käynnistämään elektronivyöryn). koska katodista tulevien elektronien työfunktio bromin epäpuhtauksien läsnä ollessa kasvaa 7 eV:iin. Alkoholin tapauksessa, kun ionit neutraloidaan katodilla, vapautuva energia käytetään yleensä monimutkaisen molekyylin dissosiaatioon, ei elektronien ejektioon.

Purkauksessa syntyvät pääkaasun pitkäikäiset (metastabiilit) viritetyt atomit voivat periaatteessa pudota katodille ja aiheuttaa elektronien emission, koska niiden potentiaalienergia on melko korkea (esim. 16,6 eV neonilla). Prosessin todennäköisyys osoittautuu kuitenkin erittäin pieneksi, koska atomit, törmäyksessä epäpuhtausmolekyylien kanssa, siirtävät energiansa heille - ne "sammutetaan". Energiaa kuluu epäpuhtausmolekyylien dissosiaatioon tai matalaenergisten fotonien emissioon, jotka eivät aiheuta elektronien fotoemissiota katodista ja jotka imeytyvät hyvin epäpuhtausmolekyyleihin.

Suunnilleen samalla tavalla purkauksesta tulevat korkeaenergiset fotonit, jotka voivat aiheuttaa elektronien emission katodista, "sammutetaan": epäpuhtausmolekyylit absorboivat ne, minkä jälkeen kuluu energiaa molekyylien dissosioitumiseen ja matalaenergisten emissioimiseen. fotonit.

Bromia lisättyjen laskurien kestävyys on paljon korkeampi (10 10 - 10 11 pulssia), koska sammuttavien epäpuhtausmolekyylien hajoaminen ei rajoita sitä. Bromin pitoisuuden lasku johtuu sen suhteellisen korkeasta kemiallisesta aktiivisuudesta, mikä vaikeuttaa anturin valmistustekniikkaa ja asettaa rajoituksia katodimateriaalin valinnalle (käytetään esimerkiksi ruostumatonta terästä).

Laskentaominaisuus riippuu kaasun paineesta: sen kasvaessa laskennan aloitusjännite kasvaa (piste MUTTA siirtyy oikealle kuvassa 5), ​​ja tasankotaso nousee anturissa olevien kaasumolekyylien tehokkaamman ionisoivien hiukkasten vangitsemisen seurauksena (käyrät 1 ja 2 kuvassa 5). Lähtölaskentajännitteen nousu selittyy sillä, että anturin olosuhteet vastaavat Paschen-käyrän oikeaa haaraa.

Johtopäätös

Geiger-Muller-laskurin laaja käyttö selittyy sen korkealla herkkyydellä, kyvyllä rekisteröidä erityyppisiä säteilyjä sekä asennuksen suhteellisen yksinkertaisuudella ja alhaisella hinnalla. Geiger keksi laskurin vuonna 1908 ja Müller paransi sitä.

Lieriömäinen Geiger-Muller-laskuri koostuu sisäpuolelta metalloidusta metalliputkesta tai lasiputkesta ja ohuesta metallilangasta, joka on venytetty sylinterin akselia pitkin. Hehkulanka toimii anodina, putki katodina. Putki on täytetty harvinaisella kaasulla, useimmissa tapauksissa käytetään jalokaasuja, kuten argonia ja neonia. Katodin ja anodin väliin muodostuu noin 400 V jännite.Useimmilla metreillä on ns. tasanne, joka on noin 360 - 460 V, tällä alueella pienet jännitteenvaihtelut eivät vaikuta laskentanopeuteen.

Laskurin toiminta perustuu iskuionisaatioon, josta radioaktiivisen isotoopin emittoimat g-kvantit putoavat tiskin seinille ja irrottavat siitä elektroneja. Kaasussa liikkuvat ja kaasuatomien kanssa törmäävät elektronit lyövät elektroneja pois atomeista ja muodostavat positiivisia ioneja ja vapaita elektroneja. Katodin ja anodin välinen sähkökenttä kiihdyttää elektroneja energioihin, joissa iskuionisaatio alkaa. On ionien lumivyöry, ja laskurin läpi kulkeva virta kasvaa jyrkästi. Tässä tapauksessa vastukseen R muodostuu jännitepulssi, joka syötetään tallennuslaitteeseen. Jotta laskuri pystyisi rekisteröimään seuraavan siihen pudonneen hiukkasen, lumivyörypurkaus on sammutettava. Tämä tapahtuu automaattisesti. Tällä hetkellä resistanssiin R ilmaantuu virtapulssi, tapahtuu suuri jännitehäviö, joten anodin ja katodin välinen jännite laskee jyrkästi - niin paljon, että purkaus pysähtyy ja laskuri on taas käyttövalmis.

Laskurin tärkeä ominaisuus on sen tehokkuus. Kaikki laskuriin osuvat r-fotonit eivät anna sekundäärisiä elektroneja ja rekisteröidy, koska r-säteiden vuorovaikutus aineen kanssa on suhteellisen harvinaista ja osa sekundäärielektroneista imeytyy laitteen seinämiin ennen kaasutilavuuden saavuttamista. .

Laskurin hyötysuhde riippuu tiskin seinämien paksuudesta, niiden materiaalista ja g-säteilyn energiasta. Tehokkaimpia ovat laskurit, joiden seinät on valmistettu materiaalista, jonka atomiluku on suuri Z, koska tämä lisää sekundäärielektronien muodostumista. Lisäksi tiskin seinien tulee olla riittävän paksuja. Laskurin seinämän paksuus valitaan sen ehdosta, että se on yhtä suuri kuin seinämateriaalissa olevien sekundäärielektronien keskimääräinen vapaa reitti. Suurella seinämänpaksuudella toissijaiset elektronit eivät pääse laskurin työtilavuuteen, eikä virtapulssia tapahdu. Koska r-säteily on heikosti vuorovaikutuksessa aineen kanssa, on myös r-laskijoiden tehokkuus yleensä alhainen ja on vain 1-2 %. Toinen Geiger-Muller-laskurin haittapuoli on, että se ei tarjoa kykyä tunnistaa hiukkasia ja määrittää niiden energiaa. Nämä puutteet puuttuvat tuikelaskureista.

Bibliografia

Acton D.R. Kaasupurkauslaitteet kylmäkatodilla. M.; L.: Energy, 1965.

Kaganov I.L. Ioniset laitteet. Moskova: Energia, 1972.

Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Sähkötyhjiöelektroniikka- ja kaasupurkauslaitteet: käsikirja. Moskova: Radio ja viestintä, 1985.

Knol M., Eichmeicher I. Tekninen elektroniikka T. 2. M .: Energy, 1971.

Sidorenko V.V. Ionisoivan säteilyn ilmaisimet: käsikirja. L .: Laivanrakennus, 1989

Lähetetty sivustolle

Samanlaisia ​​asiakirjoja

Ionisoivan säteilyn käsite ja tyypit. Säteilyä mittaavat laitteet ja Geiger-laskurin toimintaperiaate. Laitteen pääsolmut ja lohkokaavio. Elementtipohjan valinta ja perustelut. Kaaviosuunnittelu CAD OrCADissa.

opinnäytetyö, lisätty 30.4.2014


Analyysi ja synteesi asynkronisesta laskurista QSC = 11 koodissa 6-3-2-1 ja laukaisutyypeillä JJJJ, sen tarkoitus, lajikkeet ja tekniset ominaisuudet. Esimerkki totalisaattorin toiminnasta. JK-triggerin synteesi (laitteet tiedon tallentamiseen ja tallentamiseen).

lukukausityö, lisätty 25.7.2010


Laskurin käsite ja tarkoitus, sen parametrit. Summaus- ja vähennyslaskurin muodostamisen periaate. Käänteisen laskurin monipuolisuus. Laskurit ja jakajat, joiden muuntokerroin on muu kuin 2n. Pass-through laskurit (eri laukaisimet).

tiivistelmä, lisätty 29.11.2010


Jopa 30:een laskevan laitteen käyttöönotto Electronics Workbench -kehitysympäristön avulla. Laskurin toimintaperiaate on laskea tuloon syötettyjen pulssien lukumäärä. Laitteen osat: generaattori, anturi, logiikkaelementit, liipaisin.

lukukausityö, lisätty 22.12.2010


Tuikelaskurin toimintaperiaate ja laajuus. Tuikespektrometrien kalibrointi. Kiinteiden tuikelaitteiden kiinnitys ja asennus. Yksikidetuikeet, jotka on valmistettu antraseenista ja stilbeenistä. Impulssien amplitudianalysaattorit.

tiivistelmä, lisätty 28.9.2009


Antureiden käsite ja toimintaperiaate, niiden tarkoitus ja toiminnot. Antureiden luokittelu ja lajikkeet, laajuus ja käyttömahdollisuudet. Regulaattorien olemus ja perusominaisuudet. Vahvistimien, toimilaitteiden käyttöominaisuudet ja parametrit.

tiivistelmä, lisätty 28.3.2010


Mikrooperaatiot koodisanoilla, joita laskurit suorittavat digitaalisissa piireissä. K155TV1-liipaisimen rakennekaavio, sähköiset parametrit. Digitaalisen laskurin toimintaperiaate, totuustaulukon rakentaminen, mallinnus Micro-Cap-ohjelmassa.

lukukausityö, lisätty 11.3.2013


Binääriintegraalilaskurin ja binääri-desimaalidekooderin toiminnan analyysi. Käyttämättömien tulojen kytkeminen tehoväylään, "yhteiseen" johtoon tai muuhun käytettyyn tuloon. Dekooderin ajoituskaavion analyysi. Johnsonin laskurilaite.

laboratoriotyö, lisätty 18.6.2015


Yhden digitaalisen laitteen toiminnallisten osien kehittäminen: looginen laite; laskuri, yksi vibraattori, joka synkronoi tietovirran laskuriin; dekooderi esittääkseen laitteen tuloksen ihmisten saatavilla olevassa muodossa.

lukukausityö, lisätty 31.5.2012


Antureiden kuvaus ja järjestely; niiden toimintaperiaatteet, käyttöesimerkit. Monikerroksisen talon portaiden turvallisuus ja valaistus, kodinhoitotilat ja parkkipaikka. Erot liikelaitteissa. Elektronisen infrapuna-anturin ominaisuudet.

Geiger-Muller-laskurin rakenne ja toimintaperiaate

AT Viime aikoina maamme tavallisten kansalaisten huomio säteilyturvallisuuteen on lisääntynyt. Ja tämä ei johdu vain Tšernobylin ydinvoimalan traagisista tapahtumista ja sen lisäseurauksista, vaan myös erilaisista tapahtumista, joita tapahtuu säännöllisesti jossakin tai toisessa planeetalla. Tältä osin viime vuosisadan lopulla laitteita alkoi ilmestyä säteilyn dosimetrinen seuranta kotitalouskäyttöön. Ja tällaiset laitteet pelastivat monien ihmisten paitsi terveyden, myös joskus elämän, ja tämä ei koske vain suojavyöhykkeen viereisiä alueita. Siksi säteilyturvallisuuskysymykset ovat tärkeitä kaikkialla maassamme tähän päivään asti.

AT Kaikki kotitalous- ja lähes kaikki nykyaikaiset ammattiannosmittarit on varustettu . Toisella tavalla sitä voidaan kutsua annosmittarin herkäksi elementiksi. Tämän laitteen keksi vuonna 1908 saksalainen fyysikko Hans Geiger, ja kaksikymmentä vuotta myöhemmin toinen fyysikko Walter Müller paransi tätä kehitystä, ja tämän laitteen periaate on käytössä tällä hetkellä.

H Joissakin nykyaikaisissa annosmittareissa on neljä laskuria kerralla, mikä mahdollistaa mittausten tarkkuuden ja laitteen herkkyyden lisäämisen sekä mittausajan lyhentämisen. Useimmat Geiger-Muller-laskurit pystyvät havaitsemaan gammasäteilyä, korkean energian beetasäteilyä ja röntgensäteitä. Korkeaenergisten alfahiukkasten määrittämisessä on kuitenkin olemassa erityiskehitystä. Jotta annosmittari voidaan asettaa havaitsemaan vain gammasäteilyä, vaarallisinta kolmesta säteilytyypistä, herkkä kammio on peitetty erityisellä lyijystä tai muusta teräksestä valmistetulla kotelolla, joka mahdollistaa beetahiukkasten tunkeutumisen estoon. laskuri.

AT nykyaikaisia ​​annosmittareita koti- ja ammattikäyttöön, antureita, kuten SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1, käytetään laajalti. Ne eroavat kameran kokonaismitoista ja muista parametreista, 20 anturin riville seuraavat mitat ovat tyypillisiä, pituus 110 mm, halkaisija 11 mm ja 21. mallille pituus 20-22 mm, halkaisija 6 mm . On tärkeää ymmärtää, että mitä suurempi kammio, sitä enemmän radioaktiivisia elementtejä lentää sen läpi ja sitä suurempi on sen herkkyys ja tarkkuus. Joten anturin 20. sarjan mitat ovat 8-10 kertaa suuremmat kuin 21., suunnilleen samoissa suhteissa meillä on ero herkkyydessä.

Vastaanottaja Geiger-laskurin rakenne voidaan kuvata kaavamaisesti seuraavasti. Anturi, joka koostuu sylinterimäisestä säiliöstä, joka on täytetty inertillä kaasulla (esim. argonilla, neonilla tai niiden sekoituksella) minimaalisella paineella sähköpurkauksen alkamisen helpottamiseksi katodin ja anodin välillä. Katodi on useimmiten herkän anturin koko metallikotelo, ja anodi on pieni eristeille asetettu lanka. Joskus katodi kääritään lisäksi ruostumattomasta teräksestä tai lyijystä valmistettuun suojakoteloon, tämä tehdään laskurin asettamiseksi havaitsemaan vain gammasäteet.

D Kotikäyttöön käytetään tällä hetkellä useimmiten päätyantureita (esimerkiksi Beta-1, Beta-2). Tällaiset laskurit on suunniteltu siten, että ne pystyvät havaitsemaan ja rekisteröimään jopa alfahiukkasia. Tällainen laskuri on litteä sylinteri, jonka sisällä on elektrodit, ja syöttö (työ)ikkuna, joka on valmistettu kiillekalvosta, jonka paksuus on vain 12 mikronia. Tämä rakenne mahdollistaa (lähietäisyydellä) korkeaenergisten alfa- ja matalaenergisten beetahiukkasten havaitsemisen. Samaan aikaan Beta-1- ja Beta 1-1 -laskurien työikkunan pinta-ala on 7 neliömetriä. Beta-2-laitteen kiilletyöikkunan pinta-ala on 2 kertaa suurempi kuin Beta-1:n, sen avulla voidaan määrittää jne.

E Jos puhumme Geiger-laskurikammion toimintaperiaatteesta, sitä voidaan kuvata lyhyesti seuraavasti. Aktivoituna katodille ja anodille syötetään korkea jännite (luokkaa 350 - 475 volttia) kuormitusvastuksen kautta, mutta niiden välillä ei ole purkausta dielektrisenä toimivan inertin kaasun vuoksi. Kun se tulee kammioon, sen energia riittää syrjäyttämään vapaan elektronin kammion rungon tai katodin materiaalista, tämä elektroni alkaa tyrmätä vapaita elektroneja lumivyöryn tavoin ympäröivästä inertistä kaasusta ja sen ionisoituminen tapahtuu, mikä lopulta johtaa elektrodien väliseen purkaukseen. Piiri sulkeutuu, ja tämä tosiasia voidaan rekisteröidä instrumentin mikrosirun avulla, joka on joko gamma- tai röntgenkvantin havaitseminen. Sitten kamera nollautuu, jolloin seuraava hiukkanen voidaan havaita.

H Purkausprosessin pysäyttämiseksi kammiossa ja kammion valmistelemiseksi seuraavan hiukkasen rekisteröintiä varten on olemassa kaksi menetelmää, joista toinen perustuu siihen tosiasiaan, että jännitteen syöttö elektrodeille pysäytetään hyvin lyhyeksi ajaksi. , joka pysäyttää kaasun ionisaatioprosessin. Toinen menetelmä perustuu toisen aineen, esimerkiksi jodin, alkoholin ja muiden aineiden lisäämiseen inerttiin kaasuun, samalla kun ne johtavat elektrodien jännitteen laskuun, mikä myös pysäyttää lisäionisaatioprosessin ja kamerasta tulee toimintakykyinen. seuraavan radioaktiivisen elementin havaitsemiseksi. Tämä menetelmä käyttää suuren kapasiteetin kuormitusvastusta.

P laskurikammion purkausten määrästä ja voidaan arvioida säteilyn taso mitatulla alueella tai tietystä kohteesta.

1.4 Geiger-Muller-laskuri

AT verrannollinen laskuri, kaasupurkaus kehittyy vain osassa kaasutilavuutta. Ensin siihen muodostuu primäärinen ionisaatio ja sitten elektronien lumivyöry. Loput tilavuudesta ei kata kaasupurkausta. Kun jännite kasvaa, kriittinen alue laajenee. Se lisää virittyneiden molekyylien pitoisuutta ja siten emittoivien fotonien määrää. Fotonien vaikutuksen alaisena katodista ja kaasumolekyyleistä karkaa

yhä enemmän valoelektroneja. Jälkimmäiset puolestaan ​​aiheuttavat uusia elektronien lumivyöryjä laskurin tilavuudessa, joita ei miehi primääriionisaation kaasupurkaus. Siten jännitteen U nousu johtaa kaasupurkauksen etenemiseen laskurin tilavuuden yli. Jollakin jännitteellä U p . Kynnykseksi kutsuttu kaasupurkaus kattaa laskurin koko tilavuuden. Jännitteellä U p alkaa Geiger-Muller-alue.

Geiger-laskuri (tai Geiger-Muller-laskuri) on kaasulla täytetty varautuneiden alkuainehiukkasten laskuri, jonka sähköinen signaali vahvistuu laskurin kaasutilavuuden toissijaisen ionisoinnin johdosta, eikä se ole riippuvainen siitä jäävästä energiasta. hiukkanen tässä tilavuudessa. Sen keksivät vuonna 1908 H. Geiger ja E. Rutherford, myöhemmin Geiger ja W. Muller paransivat. Laskurit Geiger-Muller - yleisimmät ionisoivan säteilyn ilmaisimet (anturit).

Geiger - Muller-laskuri - kaasupurkauslaite erityyppisten radioaktiivisten ja muiden ionisoivan säteilyn havaitsemiseen ja tutkimiseen: α- ja β-hiukkaset, γ-kvantit, valo- ja röntgenkvantit, korkeaenergiset hiukkaset kosmisissa säteissä ja kiihdyttimissä. Gamma-kvantit rekisteröidään Geiger-Muller-laskurilla sekundäärisillä ionisoivilla hiukkasilla - fotoelektroneilla, Compton-elektroneilla, elektroni-positronipareilla; neutronit rekisteröivät rekyyliytimet ja laskurin kaasussa syntyneet ydinreaktioiden tuotteet. Mittari toimii omavaraisuutta vastaavilla jännitteillä

koronapurkaus (osa V, kuva 21).

Riisi. 21. Geiger-laskurin päällekytkentäkaavio

Potentiaaliero (V) kohdistetaan seinien ja keskuselektrodin välille kondensaattorin ohittaman resistanssin R kautta.

C1.

Tällä laskurilla on lähes 100 %:n todennäköisyys havaita varautunut hiukkanen, koska varten

Yksi elektroni-ionipari riittää purkautumisen tapahtumiseen.

Geiger-laskuri on rakenteellisesti järjestetty myös suhteelliseksi laskuriksi, ts. on kondensaattori (yleensä sylinterimäinen), jonka sähkökenttä on erittäin epätasainen. Positiivinen potentiaali (anodi) kohdistetaan sisempään elektrodiin (ohut metallilanka) ja negatiivinen potentiaali (katodi) ulompaan. Elektrodit on suljettu hermeettisesti suljettuun säiliöön, joka on täytetty kaasulla 13-26 kN/m 2 (100-200 mm pm st .) paineeseen asti. Vastaelektrodeihin syötetään useiden satojen volttien jännite. +-merkki kiinnitetään kierteeseen vastuksen R kautta.

Geiger-laskuri toistaa toiminnallisesti myös suhteellista laskuria, mutta eroaa jälkimmäisestä siinä, että elektrodien suuremman potentiaalieron vuoksi se toimii sellaisessa tilassa, kun riittää yhden elektronin ilmaantumisen ilmaisimen tilavuuteen. kehittää voimakas lumivyörymäinen prosessi sekundaarisen ionisaation (kaasuvahvistuksen) ansiosta, joka pystyy ionisoimaan koko alueen lähellä anodifilamenttia. Tässä tapauksessa virtapulssi saavuttaa raja-arvon (kyllästyy) eikä ole riippuvainen ensisijaisesta ionisaatiosta. Tämä lumivyöryn tavoin kehittyvä prosessi päättyy elektroni-ionipilven muodostumiseen elektrodien väliseen tilaan, mikä lisää jyrkästi sen johtavuutta. Pohjimmiltaan, kun hiukkanen tulee Geiger-laskuriin, siinä leimahtaa (sytyttää) itsenäinen kaasupurkaus, joka näkyy (jos säiliö on läpinäkyvä) jopa yksinkertaisella kaasulla. Tässä tapauksessa kaasun vahvistuskerroin voi saavuttaa 1010 ja pulssin suuruus voi olla kymmeniä voltteja.

Tapahtuu koronapurkaus ja virta kulkee mittarin läpi.

Sähkökentän jakautuminen laskurissa on sellainen, että purkaus kehittyy vain laskurin anodin läheisyydessä usean filamentin halkaisijan etäisyydellä. Elektronit kerääntyvät nopeasti filamentille (enintään 10-6 sekuntia), jonka ympärille muodostuu positiivisten ionien "vaippa". Positiivinen tilavaraus kasvattaa tehollisen anodin halkaisijaa ja vähentää siten kentänvoimakkuutta, jolloin purkautuminen keskeytyy. Positiivisten ionien kerroksen siirtyessä pois filamentista sen suojausvaikutus heikkenee ja kentänvoimakkuus anodin lähellä riittää uuden purkaussalaman muodostumiseen. Katodia lähestyvät positiiviset ionit poistavat elektroneja jälkimmäisestä, mikä johtaa inertin kaasun neutraalien atomien muodostumiseen viritetyssä tilassa. Innostuneet atomit klo

riittävän lähellä katodia, sen pinnasta putoavat elektronit, joista tulee uusien lumivyöryjen perustajia. Ilman ulkoista vaikutusta tällainen laskuri olisi pitkässä jaksottaisessa purkauksessa.

Näin ollen riittävän suurella R:llä (108 -1010 ohm) negatiivinen varaus kerääntyy kierteeseen

ja hehkulangan ja katodin välinen potentiaaliero pienenee nopeasti, jolloin purkaus loppuu. Sen jälkeen laskurin herkkyys palautuu 10-1 -10-3 s (kapasitanssin C purkausaika resistanssin R kautta). Juuri tämä aika tarvitaan, jotta hitaat positiiviset ionit, jotka täyttivät tilan lähellä anodifilamenttia hiukkasen ja elektronivyöryn kulun jälkeen, siirtyvät katodille,

ja palautti ilmaisimen herkkyyden. Näin pitkä kuollut aika on hankala monille sovelluksille.

Itsesammumattoman Geiger-laskurin käytännön käytössä käytetään erilaisia ​​menetelmiä purkauksen lopettamiseen:

a) Elektronisten piirien käyttö kaasupurkauksen sammuttamiseen. Tähän sovitettu elektroniikkapiiri antaa oikeaan aikaan laskuriin "vastasignaalin", joka pysäyttää itsepurkauksen ja "pitää" laskuria jonkin aikaa, kunnes ilmaantuneet varautuneet hiukkaset ovat täysin neutraloituneet. Tällaisen purkauksen estopiirillä varustetun laskurin ominaisuudet ovat lähellä itsestään sammuvien laskurien ominaisuudet ja joskus ylittävät ne.

b) Sammutus valitsemalla kuormitusvastuksen ja vastaavan kapasitanssin arvot sekä mittarin jännite.

AT Purkauksen sammutusmekanismista riippuen erotetaan kaksi laskuriryhmää: ei-itsesammuvat ja itsestään sammuvat. Itsesammumattomissa mittareissa "kuollut" aika on liian pitkä(10-2 s), hänelle

vähentämiseen käytetään elektronisia piirejä purkauksen sammuttamiseen, jotka lyhentävät erotteluaikaa positiivisten ionien kerääntymisaikaan katodilla (10-4 s).

Nyt ei-itsesammuvat laskurit, joissa purkaukset sammutetaan vastuksella R, on korvattu itsestään sammuvilla laskureilla, jotka ovat myös vakaampia. Niissä erityisen kaasutäytön ansiosta (inertti kaasu, jossa on sekoitus monimutkaisia ​​molekyylejä, kuten alkoholihöyryä, ja pieni

halogeenien seos - kloori, bromi, jodi) purkaus katkeaa itsestään jopa pienillä vastuksilla R. Itsesammumislaskurin kuollut aika ~10-4 sek.

AT 1937 Trost kiinnitti huomion siihen, että jos laskuri täytetään argonilla,

lisää pieni määrä (muutama prosentti) etyylialkoholihöyryä (C2 H5 OH), jolloin ionisoivan hiukkasen laskuriin aiheuttama purkaus sammuu itsestään. Myöhemmin kävi ilmi, että laskurin purkauksen spontaani sammuminen tapahtuu myös, kun argoniin lisätään muiden orgaanisten yhdisteiden höyryjä, jotka sisältävät monimutkaisia ​​polyatomisia yhdisteitä. Näitä aineita kutsutaan yleensä sammuttaviksi, ja Geiger-Muller-laskereita, joissa näitä aineita käytetään, kutsutaan itsestään sammuviksi laskureiksi. Itsesammuva mittari on täytetty kahden (tai useamman) kaasun seoksella. Toista kaasua, pääkaasua, on noin 90 % seoksessa, toista, sammutuskaasua, on noin 10 %. Työseoksen komponenttien on täytettävä pakollinen ehto, jonka mukaan sammutuskaasun ionisaatiopotentiaalin on oltava pääkaasun ensimmäisen virityspotentiaalin alapuolella.

Kommentti. Ksenonlankailmaisimia käytetään usein röntgensäteiden havaitsemiseen. Esimerkkinä on ensimmäinen kotimainen skannaava digitaalinen lääketieteellinen fluorografi MTsRU SIBIR. Toinen röntgenlaskurien käyttökohde on röntgenfluoresenssiaaltoja hajoava spektrometri (esimerkiksi Venus 200), joka on suunniteltu määrittämään eri elementtejä aineista ja materiaaleista. Määritettävästä elementistä riippuen on mahdollista käyttää seuraavia ilmaisimia: - virtauksen verrannollinen ilmaisin, jonka ikkunat ovat 1, 2, 6 mikronia paksuja; virtaamaton neonilmaisin ikkunoiden paksuudella 25 ja 50 mikronia - ei-virtaus krypton-ilmaisin jossa on 100 mikronia paksu ikkuna, 200 mikronia ja tuikeilmaisin, jonka ikkuna on 300 mikronia.

Itsesammuvat laskurit mahdollistavat korkeat laskentanopeudet ilman erityisiä elektronisia piirejä

purkaussammutus, joten niitä käytetään laajalti. Itsesammuvilla laskureilla, joissa on orgaanisia sammuttavia epäpuhtauksia, on rajoitettu käyttöikä (108 -1010 pulssia). Kun yhtä halogeeneista käytetään sammutusepäpuhtautena (useimmiten käytetään vähemmän aktiivista Br2:ta), käyttöikä muuttuu käytännössä rajattomaksi johtuen siitä, että kaksiatomisia halogeenimolekyylejä muodostuu uudelleen atomeiksi hajoamisen jälkeen (purkausprosessin aikana). Halogeenilaskurien haittoja ovat niiden valmistustekniikan monimutkaisuus, joka johtuu halogeenien kemiallisesta aktiivisuudesta ja pulssien etureunan pitkä nousuaika, joka johtuu primääristen elektronien kiinnittymisestä halogeenimolekyyliin. Pulssin etureunan "vetäminen" halogeenilaskureissa tekee niistä käyttökelvottomia koinsidenssipiireissä.

Laskurin pääominaisuudet ovat: laskentaominaisuus - laskentanopeuden riippuvuus käyttöjännitteen suuruudesta; laskurin tehokkuus - ilmaistaan ​​prosentteina laskettujen hiukkasten lukumäärän suhteesta kaikkien laskurin työtilavuuteen kuuluvien hiukkasten lukumäärään; ratkaisuaika -

pulssien välinen vähimmäisaikaväli, jolloin ne tallennetaan erikseen, ja laskurien käyttöikä.

Riisi. 22. Kaavio kuolleen ajan esiintymisestä laskurillaGeiger-Muller.(Pulssin muoto purkauksen aikana Geiger-Muller-laskurissa).

Aika, joka vaaditaan Geiger-laskurin säteilyherkkyyden palauttamiseen ja sen nopeuden määräämiseen - "kuollut" aika - on sen tärkeä passin ominaisuus.

Jos ydinhiukkasen aiheuttama purkaus alkaa Geiger-Muller-laskimessa hetkellä t 0, laskurin jännite laskee jyrkästi. Tietyn ajan laskuri, jota kutsutaan kuolleeksi ajaksi τ m , ei pysty säätelemään muita hiukkasia. Hetkestä t 1, ts. kun kuollut aika on kulunut, mittari voi jälleen purkaa itseensä. Alussa pulssin amplitudi on kuitenkin vielä pieni. Vasta kun tilavaraus saavuttaa katodin pinnan, laskuriin muodostuu normaaliamplitudisia pulsseja. Aikaväliä τ s hetken t 0, jolloin laskurissa tapahtui itsenäinen purkaus, ja käyttöjännitteen palautumishetken t 3 välillä kutsutaan palautumisajaksi. Jotta tallennuslaite voisi laskea pulssin, sen amplitudin tulee ylittää tietyn arvon Up. Aikaväliä itsenäisen purkauksen esiintymishetken t 0 ja pulssin t 2 amplitudin Up muodostumishetken välillä kutsutaan Geiger-Muller-laskurin resoluutioajaksi τ p. Erottumisaika τ p on hieman pidempi kuin kuollut aika.

Jos laskuriin tulee joka sekunti suuri määrä hiukkasia (useita tuhansia tai enemmän), erotteluaika τ p on arvoltaan verrattavissa pulssien väliseen keskimääräiseen aikaväliin, joten merkittävää määrää pulsseja ei lasketa. Olkoon m laskurin havaittu laskentanopeus. Tällöin se ajan osa, jonka aikana laskentayksikkö on epäherkkä, on yhtä suuri kuin m τ . Näin ollen menetettyjen pulssien määrä aikayksikköä kohti on yhtä suuri kuin nm τ p, missä n on laskentanopeus, joka havaittaisiin, jos resoluutioajan arvo olisi mitätön. Siksi

Tämän yhtälön antamaa laskentanopeuden korjausta kutsutaan asettuvan kuolleen ajan korjaukseksi.

Halogeeni-itsesammuville mittareille on ominaista alhaisin syöttöjännite, erinomaiset lähtösignaaliparametrit ja riittävän suuri nopeus, ne ovat osoittautuneet erityisen sopiviksi käytettäväksi kotitalouksien säteilynvalvontalaitteiden ionisoivan säteilyn antureina.

Jokainen laskurin havaitsema hiukkanen aiheuttaa lyhyen pulssin sen lähtöpiirissä. Aikayksikköä kohti esiintyvien pulssien lukumäärä - Geiger-laskurin laskentanopeus - riippuu ionisoivan säteilyn tasosta ja sen elektrodien jännitteestä. Tyypillinen laskentanopeus syöttöjännitteen V funktiona on esitetty kuvassa. 23. Tässä V zazh - tilin alun jännite; V 1 ja V 2 ovat työalueen ala- ja yläraja, ns. tasanne, jolla laskentanopeus on lähes riippumaton vastasyöttöjännitteestä. Käyttöjännite V slave valitaan yleensä tämän osan keskeltä. Se vastaa N p - laskentanopeutta tässä tilassa.

Riisi. 23. Laskentanopeuden riippuvuus syöttöjännitteestä Geiger-laskimessa (laskentaominaisuus)

Laskentanopeuden riippuvuus laskurin säteilyaltistustasosta on sen tärkein ominaisuus. Tämän riippuvuuden käyrä on lähes lineaarinen ja siksi laskurin säteilyherkkyys ilmaistaan ​​usein pulsseina / μR (pulsseja per mikroröntgeni; tämä mitta seuraa laskentataajuuden - pulssit / s - suhteesta säteilytasoon - μR / s). AT

tapauksissa, joissa sitä ei ole indikoitu (ei valitettavasti harvinaista), arvioida säteilyherkkyyttä

Laskurista vastaa sen toinen erittäin tärkeä parametri - sen oma tausta. Tämä on laskentanopeuden nimi, jonka syynä on kaksi komponenttia: ulkoinen - luonnollinen taustasäteily ja sisäinen - itse laskurin suunnitteluun loukkuun jääneiden radionuklidien säteily sekä sen katodin spontaani elektronien emissio. ("taustalla" on dosimetriassa lähes sama merkitys kuin "kohinalla" radioelektroniikassa; molemmissa tapauksissa puhutaan periaatteessa väistämättömistä vaikutuksista laitteisiin.)

Toinen Geiger-laskurin tärkeä ominaisuus on sen säteilyherkkyyden riippuvuus ionisoivien hiukkasten energiasta ("kovuudesta"). Ammattikielessä tämän riippuvuuden kuvaajaa kutsutaan "jäykkyydeksi". Missä määrin tämä riippuvuus on tärkeä, osoittaa kuvan kaavio. "Travel with jäykkyys" vaikuttaa luonnollisesti tehtyjen mittausten tarkkuuteen.

Geiger-laskuri on pohjimmiltaan hyvin yksinkertainen. Pääosin helposti ionisoituvasta neonista ja argonista koostuva kaasuseos syötettiin hyvin tyhjennettyyn tiiviiseen säiliöön, jossa oli kaksi elektrodia. Sylinteri voi olla lasia, metallia jne. Yleensä mittarit havaitsevat säteilyn koko pinnallaan, mutta on myös sellaisia, joissa on erityinen "ikkuna" sylinterissä tätä varten.

Geiger-laskurit pystyvät reagoimaan erilaisiin ionisoivaan säteilyyn - α, β, γ, ultravioletti, röntgen, neutroni. Mutta laskurin todellinen spektriherkkyys riippuu suurelta osin sen suunnittelusta. Siten α- ja pehmeälle β-säteilylle herkän laskurin syöttöikkunan tulee olla hyvin ohut; tätä varten käytetään yleensä kiilleä, jonka paksuus on 3 ... 10 mikronia. Kovaan β - ja γ -säteilyyn reagoiva laskurin ilmapallo on yleensä sylinterin muotoinen, jonka seinämän paksuus on 0,05 ... 0,06 mm (toimii myös laskurin katodina). Röntgenlaskuriikkuna on valmistettu berylliumista ja ultraviolettilaskuri kvartsilasista.

Riisi. Kuva 24. Laskentanopeuden riippuvuus gamma-kvanttien energiasta ("jäykkyysliike") Geiger-laskimessa

Boori syötetään neutronilaskuriin, jonka kanssa vuorovaikutuksessa neutronivuo muuttuu helposti havaittavissa oleviksi α-hiukkasiksi. Fotonisäteily - ultravioletti, röntgen, γ - säteily - Geiger-laskurit havaitsevat epäsuorasti - valosähköisen vaikutuksen, Compton-ilmiön, parinmuodostuksen vaikutuksen kautta; kussakin tapauksessa katodin materiaalin kanssa vuorovaikutuksessa oleva säteily muunnetaan elektronivirraksi.

Riisi. 25. Radiometrinen asennus Geiger-Muller-laskurin perusteella.

Sillä, että Geiger-laskuri on lumivyörylaite, on myös haittapuolensa - tällaisen laitteen reaktion perusteella ei voi arvioida sen virittymisen perimmäistä syytä. Geiger-laskurin tuottamat lähtöpulssit α-hiukkasten, elektronien, γ-kvanttien vaikutuksesta (laskurissa, joka reagoi kaikkiin näihin säteilytyyppeihin) eivät eroa millään tavalla. itse

hiukkaset, niiden energiat katoavat kokonaan niiden tuottamissa kaksoisvyöryissä.

Geiger-Muller-laskurin laatu arvioidaan yleensä sen laskentaominaisuuksien muodon perusteella. "Hyvin" laskureissa laskentaosan pituus on 100-300 V tasanteen jyrkkyyden ollessa korkeintaan 3 - 5 % 100 V:ta kohti. Laskurin V-orjan käyttöjännite valitaan yleensä laskennan keskeltä. alueella.

Koska hiukkasten lukumäärä tasangolla vaihtelee suhteessa ydinhiukkasilla tapahtuvan säteilytyksen intensiteettiin, Geiger-Muller-laskereita käytetään menestyksekkäästi radioaktiivisten lähteiden aktiivisuuden suhteellisiin mittauksiin. Absoluuttiset mittaukset ovat vaikeita, koska otetaan huomioon suuri määrä lisäkorjauksia. Matalaintensiteettilähteiden kanssa työskennellessä tulee ottaa huomioon laskurin tausta kosmisesta säteilystä, ympäristön radioaktiivisuudesta ja laskurin materiaalin radioaktiivisesta kontaminaatiosta. Aluksi tiskin täyttökaasuina käytettiin useimmiten jalokaasuja, erityisesti argonia ja neonia. Useimpien mittareiden paine on välillä 7–20 cm Hg, vaikka ne toimivat joskus korkeilla paineilla, jopa 1 atm. Tämän tyyppisissä laskureissa on tarpeen käyttää erityisiä elektronisia piirejä sammuttamaan kaasupurkaus, joka on syntynyt, kun ionisoivaa säteilyä tulee laskuriin. Siksi tällaisia ​​laskureita kutsutaan ei-itsesammuvia Geiger-Muller-laskereiksi. Heillä on erittäin huono resoluutio. Piirien käyttö purkautumisen pakotettuun sammuttamiseen, parantaa

Resoluutio vaikeuttaa merkittävästi kokeellista asennusta, varsinkin jos käytetään suurta määrää laskureita samanaikaisesti.

Tyypillinen lasinen Geiger-Muller-laskuri on esitetty kuvassa. 25.

Riisi. 25. Lasi Geiger-Muller-laskuri: 1 -

geometrisesti suljettu lasiputki; 2 – katodi (ohut kuparikerros ruostumattomassa teräsputkessa); 3 - katodin lähtö; 4 - anodi (ohut venytetty lanka).

Taulukossa. Kuvassa 1 on tietoa itsestään sammuvista halogeeni Geiger-laskureista

Venäläinen, soveltuu parhaiten kotitalouksien säteilyvalvontalaitteisiin.

Nimitykset: 1 - käyttöjännite, V; 2 - tasanne - alue, jolla laskunopeuden riippuvuus on alhainen syöttöjännitteestä, V; 3 - oma laskurin tausta, imp/s, ei enempää; 4 - laskurin säteilyherkkyys, pulssi/μR (* - koboltti-60); 5 - lähtöpulssin amplitudi, V, ei vähemmän; 6 - mitat, mm - halkaisija x pituus (pituus x leveys x

korkeus); 7.1 - kova β- ja y-säteily; 7.2 - sama ja pehmeä β - säteily; 7.3 - sama ja a - säteily; 7.4 - γ - säteily.

Kuva 26. Kellot, joissa on sisäänrakennettu Geiger-Muller-laskuri.

Geiger-Muller-laskuri, tyyppi STS-6, laskee β- ja γ-hiukkasia ja kuuluu itsestään sammuviin laskureihin. Se on ruostumattomasta teräksestä valmistettu sylinteri, jonka seinämän paksuus on 50 mg/(cm2), ja sen lujuutta lisäävät jäykisteet. Tiski on täytetty neon- ja bromihöyryjen seoksella. Bromi sammuttaa purkauksen.

Laskurien mallit ovat hyvin erilaisia ​​ja riippuvat säteilyn tyypistä ja sen energiasta sekä mittaustekniikasta).

Geiger-Muller-laskuriin perustuva radiometrinen asetus on esitetty kuvassa. 27. Jännite syötetään mittariin suurjännitevirtalähteestä. Laskurista tulevat pulssit syötetään vahvistinlohkoon, jossa ne vahvistetaan ja sitten laskentalaite rekisteröi ne.

Geiger-Muller-laskuria käytetään rekisteröimään kaikentyyppisiä säteilyjä. Niitä voidaan käyttää sekä absoluuttisiin että suhteellisiin radioaktiivisten päästöjen mittauksiin.

Riisi. 27. Geiger-Muller-laskurien suunnittelu: a - sylinterimäinen; b

– sisäinen täyttö; g - virtaava nesteille. 1 – anodi (keräyselektrodi); 2 - katodi; 3 - lasipullo; 4 - elektrodien johdot; 5 - lasiputki; 6 - eriste; 7 - kiille-ikkuna; 8 - kaasun tuloventtiili.

Vuonna 1908 saksalainen fyysikko Hans Geiger työskenteli Ernst Rutherfordin omistamissa kemian laboratorioissa. Samassa paikassa heitä pyydettiin testaamaan varattujen hiukkasten laskuria, joka oli ionisoitu kammio. Kammio oli sähkölauhdutin, joka täytettiin korkeapaineisella kaasulla. Jopa Pierre Curie käytti tätä laitetta käytännössä tutkiessaan sähköä kaasuissa. Geigerin idea - ionien säteilyn havaitseminen - liittyi niiden vaikutukseen haihtuvien kaasujen ionisaatiotasoon.

Vuonna 1928 saksalainen tiedemies Walter Müller, joka työskenteli Geigerin kanssa ja alaisuudessa, loi useita laskureita, jotka rekisteröivät ionisoivia hiukkasia. Laitteita tarvittiin jatkosäteilytutkimukseen. Fysiikka, joka on kokeiden tiede, ei voisi olla olemassa ilman mittaavia rakenteita. Vain muutama säteily löydettiin: γ, β, α. Geigerin tehtävänä oli mitata kaikentyyppistä säteilyä herkillä instrumenteilla.

Geiger-Muller-laskuri on yksinkertainen ja halpa radioaktiivinen anturi. Se ei ole tarkka instrumentti, joka vangitsee yksittäisiä hiukkasia. Tekniikka mittaa ionisoivan säteilyn kokonaiskyllästymistä. Fyysikot käyttävät sitä muiden antureiden kanssa saadakseen tarkkoja laskelmia kokeita tehdessään.

Hieman ionisoivasta säteilystä

Ilmaisimen kuvaukseen voisi mennä suoraan, mutta sen toiminta vaikuttaa käsittämättömältä, jos tiedät vähän ionisoivasta säteilystä. Säteilyn aikana aineeseen tapahtuu endoterminen vaikutus. Energia vaikuttaa tähän. Esimerkiksi ultravioletti- tai radioaallot eivät kuulu tällaiseen säteilyyn, mutta kova ultraviolettivalo kuuluu. Tässä määritellään vaikutuksen raja. Lajia kutsutaan fotoneiksi, ja fotonit itse ovat γ-kvantteja.

Ernst Rutherford jakoi energiapäästöprosessit kolmeen tyyppiin magneettikentän avulla:

• y - fotoni;
• α on heliumatomin ydin;
• β on korkeaenerginen elektroni.

Voit suojautua α-hiukkasilta paperiarkilla. β tunkeutua syvemmälle. γ-läpäisykyky on suurin. Neutronit, joista tiedemiehet oppivat myöhemmin, ovat vaarallisia hiukkasia. Ne toimivat useiden kymmenien metrien etäisyydellä. Sähköneutraaliuden ansiosta ne eivät reagoi erilaisten aineiden molekyylien kanssa.

Neutronit putoavat kuitenkin helposti atomin keskelle, aiheuttavat sen tuhoutumisen, minkä seurauksena muodostuu radioaktiivisia isotooppeja. Hajoavat isotoopit synnyttävät ionisoivaa säteilyä. Säteilyä saaneesta ihmisestä, eläimestä, kasvista tai epäorgaanisesta esineestä säteilyä tulee useita päiviä.

Geiger-laskurin laite ja toimintaperiaate

Laite koostuu metalli- tai lasiputkesta, johon pumpataan jalokaasua (argon-neon-seosta tai puhtaita aineita). Putkessa ei ole ilmaa. Kaasu lisätään paineen alaisena ja sekoitetaan alkoholin ja halogeenin kanssa. Putken läpi on venytetty lanka. Sen rinnalla on rautasylinteri.

Lankaa kutsutaan anodiksi ja putkea katodiksi. Yhdessä ne ovat elektrodeja. Elektrodeihin syötetään korkea jännite, joka ei sinänsä aiheuta purkausilmiöitä. Indikaattori pysyy tässä tilassa, kunnes ionisaatiokeskus ilmestyy sen kaasumaiseen väliaineeseen. Miinus on kytketty putkeen virtalähteestä ja plus on kytketty johtoon, joka on suunnattu korkean tason vastuksen kautta. Puhumme jatkuvasta kymmenien satojen volttien syötöstä.

Kun hiukkanen tulee putkeen, jalokaasuatomit törmäävät siihen. Kosketuksessa vapautuu energiaa, joka erottaa elektronit kaasuatomeista. Sitten muodostuu sekundaarisia elektroneja, jotka myös törmäävät muodostaen massan uusia ioneja ja elektroneja. Sähkökenttä vaikuttaa elektronien nopeuteen kohti anodia. Tämän prosessin aikana syntyy sähkövirtaa.

Törmäyksessä hiukkasten energia katoaa, ionisoitujen kaasuatomien syöttö loppuu. Kun varautuneet hiukkaset tulevat kaasupurkaus Geiger-laskuriin, putken vastus laskee, mikä alentaa välittömästi jakokeskipistejännitettä. Sitten vastus nousee jälleen - tämä edellyttää jännitteen palautumista. Impulssi muuttuu negatiiviseksi. Laite näyttää pulsseja, ja voimme laskea ne samalla arvioimalla hiukkasten lukumäärän.

Geiger-laskurien tyypit

Suunnittelun mukaan Geiger-laskurit ovat kahta tyyppiä: litteät ja klassiset.

Klassinen

Valmistettu ohuesta aaltopahvista metallista. Aallotuksen vuoksi putki saa jäykkyyden ja kestävyyden ulkoisille vaikutuksille, mikä estää sen muodonmuutosta. Putken päät on varustettu lasi- tai muovieristeillä, joissa on korkit laitteille lähtöä varten.

Putken pinta on lakattu (paitsi johdot). Klassista laskuria pidetään yleismittarina kaikille tunnetuille säteilytyypeille. Erityisesti γ:lle ja β:lle.

Tasainen

Herkät mittarit pehmeän beetasäteilyn kiinnittämiseen ovat rakenteeltaan erilaisia. Beetahiukkasten pienestä määrästä johtuen niiden runko on litteä. Siinä on kiillestä tehty ikkuna, jossa on hieman β. BETA-2-anturi on yhden näistä laitteista nimi. Muiden litteiden mittarien ominaisuudet riippuvat materiaalista.

Geiger-laskurin parametrit ja toimintatilat

Laskurin herkkyyden laskemiseksi arvioi näytteen mikroröntogeenien lukumäärän suhde tästä säteilystä tulevien signaalien määrään. Laite ei mittaa hiukkasen energiaa, joten se ei anna täysin tarkkaa arviota. Laitteet kalibroidaan isotooppilähteistä otettujen näytteiden avulla.

Sinun on myös tarkasteltava seuraavia parametreja:

Työtila, sisäänkäynnin ikkuna-alue

Sen indikaattorialueen ominaisuus, jonka läpi mikrohiukkaset kulkevat, riippuu sen koosta. Mitä laajempi alue, sitä enemmän hiukkasia jää kiinni.

Käyttöjännite

Jännitteen tulee vastata keskimääräisiä ominaisuuksia. Suorituskykyominaisuus itsessään on tasainen osa kiinteiden pulssien lukumäärän riippuvuudesta jännitteestä. Sen toinen nimi on tasango. Tässä vaiheessa laitteen toiminta saavuttaa huippuaktiivisuuden ja sitä kutsutaan mittauksen ylärajaksi. Arvo - 400 volttia.

Työleveys

Työleveys - ero tason lähtöjännitteen ja kipinäpurkauksen jännitteen välillä. Arvo on 100 volttia.

Kaltevuus

Arvo mitataan prosentteina pulssien lukumäärästä 1 volttia kohti. Se näyttää mittausvirheen (tilastollinen) pulssilukemassa. Arvo on 0,15 %.

Lämpötila

Lämpötila on tärkeä, koska mittaria on usein käytettävä vaikeissa olosuhteissa. Esimerkiksi reaktoreissa. Yleiskäyttöiset laskurit: -50 - +70 Celsius.

Työresurssi

Resurssille on tunnusomaista kaikkien tallennettujen pulssien kokonaismäärä siihen hetkeen asti, jolloin instrumentin lukemat muuttuvat virheellisiksi. Jos laitteessa on itsesammuttavaa orgaanista ainetta, pulssien määrä on miljardi. Resurssi on tarkoituksenmukaista laskea vain käyttöjännitteen tilassa. Kun laite varastoidaan, virtaus pysähtyy.

Palautumisaika

Tämä on aika, joka kuluu laitteelta johtamaan sähköä reagoituaan ionisoivaan hiukkaseen. Pulssitaajuudella on yläraja, joka rajoittaa mittausväliä. Arvo on 10 mikrosekuntia.

Palautumisajan (kutsutaan myös kuolleeksi ajaksi) vuoksi laite voi epäonnistua ratkaisevalla hetkellä. Ylityksen estämiseksi valmistajat asentavat lyijysuojukset.

Onko laskurilla tausta

Tausta mitataan paksuseinäisessä lyijykammiossa. Normaali arvo on enintään 2 pulssia minuutissa.

Kuka ja missä käyttää säteilyannosmittareita?

Teollisessa mittakaavassa valmistetaan monia Geiger-Muller-laskurien muunnelmia. Niiden tuotanto alkoi Neuvostoliiton aikana ja jatkuu nyt, mutta jo Venäjän federaatiossa.

Laitetta käytetään:

• ydinteollisuuden laitoksissa;
• tieteellisissä laitoksissa;
• lääketieteessä;
• kotona.

Tshernobylin ydinvoimalaitoksen onnettomuuden jälkeen myös tavalliset kansalaiset ostavat annosmittareita. Kaikissa instrumenteissa on Geiger-laskuri. Tällaiset annosmittarit on varustettu yhdellä tai kahdella putkella.

Onko mahdollista tehdä Geiger-laskuri omin käsin?

Laskun tekeminen itse on vaikeaa. Tarvitset säteilyanturin, eivätkä kaikki voi ostaa sitä. Itse laskuripiiri on tunnettu pitkään - esimerkiksi fysiikan oppikirjoissa se on myös painettu. Kuitenkin vain todellinen "vasenkätinen" pystyy toistamaan laitteen kotona.

Lahjakkaat itseoppineet mestarit ovat oppineet valmistamaan vastakorviketta, joka pystyy myös mittaamaan gamma- ja beetasäteilyä loistelampulla ja hehkulampulla. He käyttävät myös muuntajia rikkoutuneista laitteista, Geiger-putkea, ajastinta, kondensaattoria, erilaisia ​​​​levyjä, vastuksia.

Johtopäätös

Säteilyn diagnosoinnissa on otettava huomioon mittarin oma tausta. Rekisteröintisuhdetta ei nollata edes kunnollisen paksuisen lyijysuojauksen tapauksessa. Tälle ilmiölle on selitys: toiminnan syynä on lyijyn paksuuksien läpi tunkeutuva kosminen säteily. Muonit ryntäävät Maan pinnan yli minuutin välein, jotka laskuri rekisteröi 100 %:n todennäköisyydellä.

On toinen taustalähde - itse laitteen keräämä säteily. Siksi Geiger-laskurin yhteydessä on aiheellista puhua myös kulumisesta. Mitä enemmän säteilyä laitteeseen on kertynyt, sitä pienempi on sen tietojen luotettavuus.