Принцип роботи лічильника гейгера. Лічильник гейгера - це просто Перший лічильник гейгера

Принцип роботи лічильників Гейгера

Можливості лічильників Гейгера, чутливість, випромінювання, що реєструються

Вимірювання альфа-, бета- та гамма-випромінювання

Індивідуальний дозиметр із лічильником Гейгера

Саморобні дозиметри, навіщо вони потрібні?

Трохи про іонізуючі випромінювання

Пристрій та принцип роботи лічильника Гейгера

Види лічильників Гейгера

Параметри та режими роботи лічильника Гейгера

Хто та де застосовує дозиметри радіації?

Чи можна зробити лічильник Гейгера своїми руками?

Висновок

Вимірювання радіації лічильником Гейгера, схема дозиметра

Порівняння газорозрядного лічильника Гейгера з напівпровідниковим датчиком радіації

Подібні документи

Класичний

Плоский

Робоча зона, площа вхідного вікна

робоча напруга

Робоча ширина

Нахил

Температура

Робочий ресурс

Час відновлення

Чи є у лічильника фон

Лічильник Гейгера – основний сенсор для вимірювання радіації. Він реєструє гамма-, альфа-, бета-випромінювання та рентгенівські промені. Має найвищу чутливість у порівнянні з іншими способами реєстрації радіації, наприклад, іонізаційними камерами. Це головна причина його поширення. Інші сенсори вимірювання радіації використовуються дуже рідко. Майже всі прилади дозиметричного контролю збудовані саме на лічильниках Гейгера. Вони випускаються масово, і є прилади різних рівнів: від дозиметрів військового приймання до китайського ширвжитку. Зараз придбати якийсь прилад для виміру радіації – не проблема.

Повсюдного поширення дозиметричних приладів ще нещодавно не було. Так до 1986 року під час чорнобильської аварії виявилося, що у населення немає просто жодних приладів дозиметричної розвідки, що, до речі, додатково посилило наслідки катастрофи. При цьому, незважаючи на поширення радіоаматорства та гуртків технічної творчості, лічильники Гейгера не продавалися в магазинах, тому виготовлення саморобних дозиметрів було неможливим.

Це електровакуумний прилад із гранично простим принципом роботи. Датчик радіоактивних випромінювань є металевою або скляною камерою з металізацією, заповненою розрядженим інертним газом. По центру камери мають електрод. Зовнішні стінки камери підключають до високої напруги джерела (зазвичай 400 вольт). Внутрішній електрод – до чутливого підсилювача. Іонізуючі випромінювання (радіація) є потік частинок. Вони буквально переносять електрони від високовольтного катода до ниток анода. На ній просто наводиться напруга, яку можна вже виміряти, підключивши до підсилювача.

Висока чутливість лічильника Гейгера обумовлена лавиноподібним ефектом. Енергія, яку реєструє підсилювач на виході, це не енергія джерела іонізуючого випромінювання. Це енергія високовольтного блоку живлення самого дозиметра. Частка, що проникла, тільки переносить електрон (енергетичний заряд, який перетворюється на струм, що реєструється вимірювачем). Між електродами введено газову суміш, що складається з благородних газів: аргону, неону. Вона покликана гасити високовольтні розряди. Якщо виникне такий розряд, це буде хибне спрацювання лічильника. Наступна вимірювальна схема ігнорує такі викиди. Крім того, високовольтний блок живлення теж має бути від них захищений.

Схема живлення в лічильнику Гейгера забезпечує струм на виході кількох мікроампер при вихідній напрузі 400 вольт. Точне значення напруги живлення встановлюється кожної марки лічильника з його технічної специфікації.

За допомогою лічильника Гейгера можна зареєструвати та з високою точністю виміряти гамма- та бета-випромінювання. На жаль, не можна розпізнати вид випромінювання безпосередньо. Це робиться непрямим методом за допомогою встановлення перешкод між сенсором і об'єктом, що обстежується, або місцевістю. Гамма-промені мають високу проникність, і їх фон не змінюється. Якщо дозиметр засік бета-випромінювання, то встановлення розділової перешкоди навіть із тонкого листа металу майже повністю перекриє потік бета-часток.

Поширені у минулому комплекти індивідуальних дозиметрів ДП-22, ДП-24 не використовували лічильників Гейгера. Натомість там використовувався сенсор іонізаційна камера, тому чутливість була дуже низькою. Сучасні дозиметричні прилади на лічильниках Гейгера мають у тисячі разів більшу чутливість. За допомогою них можна реєструвати природні зміни сонячного фону радіації.

Примітна особливість лічильника Гейгера - чутливість, яка в десятки і сотні разів перевищує необхідний рівень. Якщо в абсолютно захищеній свинцевій камері включити лічильник, він покаже величезний природний радіаційний фон. Ці показання є дефектом конструкції самого лічильника, що було перевірено численними лабораторними дослідженнями. Такі дані – наслідок природного радіаційного космічного фону. Експеримент показує, наскільки чутливим є лічильник Гейгера.

Спеціально для вимірювання цього параметра в технічних характеристиках вказується значення "чутливість лічильника імп мкр" (імпульсів у мікросекунду). Чим більше цих імпульсів – тим більша чутливість.

Схему дозиметра можна розділити на два функціональні модулі: високовольтний блок живлення та вимірювальна схема. Високовольтний блок живлення – аналогова схема. Вимірювальний модуль на цифрових дозиметрах завжди цифровий. Це лічильник імпульсів, який виводить відповідне значення як цифр на шкалу приладу. Для вимірювання дози радіації необхідно підрахувати імпульси за хвилину, 10 секунд або інші значення. Мікроконтролер перераховує число імпульсів у конкретне значення на шкалі дозиметра стандартних одиницях вимірювання радіації. Ось найпоширеніші з них:

рентген (зазвичай використовується мікрорентген);
Зіверт (мікрозиверт – мЗв);
Грей, радий,
щільність потоку в мікроватах/м2.

Зіверт – найбільш популярна одиниця виміру радіації. До неї співвіднесено всі норми, жодних додаткових перерахунків проводити не потрібно. Бер - одиниця визначення впливу радіації на біологічні об'єкти.

Лічильник Гейгера є газорозрядним приладом, а сучасна тенденція мікроелектроніки - повсюдне від них порятунок. Було розроблено десятки варіантів напівпровідникових сенсорів радіації. Реєстрований ними рівень радіаційного фону значно вищий, ніж для лічильників Гейгера. Чутливість напівпровідникового сенсора гірша, але в нього інша перевага – економічність. Напівпровідникам не потрібне високовольтне живлення. Для портативних дозиметрів із батарейним живленням вони добре підходять. Ще одна їхня перевага – реєстрація альфа-часток. Газовий обсяг лічильника істотно більший за напівпровідниковий сенсор, але все одно його габарити прийнятні навіть для портативної техніки.

Гамма-випромінювання вимірювати найпростіше. Це електромагнітне випромінювання, що є потік фотонів (світло - теж потік фотонів). На відміну від світла, у нього набагато вища частота і дуже мала довжина хвилі. Це дозволяє йому проникати крізь атоми. У цивільній обороні гамма-випромінювання - це проникаюча радіація. Вона проникає крізь стіни будинків, автомобілі, різні споруди та затримується лише шаром землі чи бетону за кілька метрів. Реєстрація гамма-квантів проводиться з градуюванням дозиметра за природним гамма-випромінюванням сонця. Джерел радіації не потрібно. Зовсім інша справа з бета-і альфа-випромінюванням.

Якщо іонізуюче випромінювання α (альфа-випромінювання) походить від зовнішніх об'єктів, воно майже безпечно і є потік ядер атомів Гелія. Пробіг і проникність цих часток невелика - кількох мікрометрів (максимум міліметрів) - залежно від проникності середовища. З огляду на цю особливість воно майже не реєструється лічильником Гейгера. У той самий час реєстрація альфа-випромінювання важлива, оскільки ці частки надзвичайно небезпечні при проникненні всередину організму із повітрям, їжею, водою. Для їхнього декретування лічильники Гейгера використовуються обмежено. Найбільш поширені спеціальні напівпровідникові рецептори.

Бета-випромінювання добре реєструється лічильником Гейгера, оскільки бета-частка є електрон. Вона може пролетіти сотні метрів у атмосфері, але добре поглинається металевими поверхнями. У зв'язку з цим лічильник Гейгера повинен мати віконце зі слюди. Металева камера виготовляється із невеликої товщиною стінки. Склад внутрішнього газу підбирається таким чином, щоб забезпечити невеликий перепад тиску. Детектор бета-випромінювання ставиться на виносному зонді. У побуті такі дозиметри мало поширені. Це переважно військова продукція.

Цей клас приладів має високу чутливість на відміну від застарілих моделей з іонізаційними камерами. Надійні моделі пропонуються багатьма вітчизняними виробниками: Терра, МКС-05, ДКР, Радекс, РКС. Це все автономні прилади з виведенням даних на екран у стандартних одиницях виміру. Є режим показання накопиченої дози опромінення, і миттєвого рівня фону.

Перспективний напрямок – побутовий дозиметр-приставка до смартфону. Такі пристрої виробляють зарубіжні виробники. Вони мають багаті технічні можливості, є функція зберігання показань, калькуляції, перерахунку та підсумовування випромінювання за дні, тижні, місяці. Поки що через низькі обсяги виробництва вартість цих приладів досить висока.

Лічильник Гейгер є специфічним елементом дозиметра, абсолютно недоступним для самостійного виготовлення. Крім того, він зустрічається лише у дозиметрах або продається окремо у магазинах радіотоварів. Якщо цей датчик є, всі інші компоненти дозиметра можуть бути зібрані самостійно з деталей різноманітної побутової електроніки: телевізорів, материнських плат та ін. На радіоаматорських сайтах, форумах зараз пропонується близько десятка конструкцій. Збирати варто саме їх, оскільки це відпрацьовані варіанти, що мають докладні посібники з налаштування та налагодження.

Схема включення лічильника Гейгер завжди передбачає наявність джерела високої напруги. Типова робоча напруга лічильника – 400 вольт. Його одержують за схемою блокінг-генератора, і це найскладніший елемент схеми дозиметра. Вихід лічильника можна підключити до підсилювача низької частоти та підраховувати натискання в динаміці. Такий дозиметр збирається в екстрених випадках, коли часу виготовлення практично немає. Теоретично, вихід лічильника Гейгера можна підключити до аудіовходу побутової апаратури, наприклад комп'ютера.

Саморобні дозиметри, придатні для точних вимірів, збираються на мікроконтролерах. Навички програмування тут не потрібні, оскільки програма записується готовою із безкоштовного доступу. Складнощі тут типові для домашнього електронного виробництва: отримання друкованої плати, пайка радіодеталей, виготовлення корпусу. Все це вирішується за умов невеликої майстерні. Саморобні дозиметри з лічильників Гейгера роблять у випадках, коли:

немає можливості придбати готовий дозиметр;
потрібний прилад зі спеціальними характеристиками;
необхідно вивчити сам процес будівництва та налагодження дозиметра.

Саморобний дозиметр градує за природним тлом за допомогою іншого дозиметра. У цьому процес будівництва закінчується.

Якщо у вас виникли питання – залишайте їх у коментарях під статтею. Ми чи наші відвідувачі з радістю відповімо на них

Вступ

1. Призначення лічильників

2. Пристрій та принцип дії лічильника

3. Основні фізичні закономірності

3.1 Відновлення працездатності після реєстрації частки

3.2 Дозиметрична характеристика

3.3 Рахункова характеристика датчика

Висновок

Список літератури

Вступ

Лічильники Гейгера-Мюллера - найпоширеніші детектори (датчики) іонізуючого випромінювання. Досі їм, винайденим на самому початку нашого століття для потреб ядерної фізики, що зароджується, немає, як це не дивно, скільки-небудь повноцінної заміни. У своїй основі лічильник Гейгер дуже простий. У добре вакуумований герметичний балон з двома електродами введена газова суміш, що складається в основному з неона і аргону, що легко іонізуються. Балон може бути скляним, металевим та ін. Зазвичай лічильники сприймають випромінювання всією своєю поверхнею, але існують і такі, у яких для цього в балоні передбачено спеціальне вікно.

До електродів прикладають високу напругу U (див. рис.), яка сама по собі не викликає будь-яких розрядних явищ. У цьому стані лічильник буде перебувати до тих пір, поки в його газовому середовищі не виникне центр іонізації - слід з іонів і електронів, що породжується іонізуючою частинкою, що прийшла ззовні. Первинні електрони, прискорюючись в електричному полі, іонізують «дорогою» інші молекули газового середовища, породжуючи нові і нові електрони та іони. Розвиваючись лавиноподібно, цей процес завершується утворенням у міжелектродному просторі електронно-іонної хмари, що різко збільшує його провідність. У газовому середовищі лічильника виникає розряд, видимий (якщо прозорий балон) навіть простим оком.

Зворотний процес - повернення газового середовища у його вихідний стан у так званих галогенових лічильниках - відбувається само собою. В дію вступають галогени (зазвичай хлор або бром), які в невеликій кількості містяться в газовому середовищі, які сприяють інтенсивній рекомбінації зарядів. Але цей процес іде значно повільніше. p align="justify"> Відрізок часу, необхідний для відновлення радіаційної чутливості лічильника Гейгера і фактично визначальний його швидкодія - "мертвий" час - є важливою його паспортною характеристикою. Такі лічильники називають галогеновими самогасящими. Відрізняючись найнижчою напругою живлення, чудовими параметрами вихідного сигналу та досить високою швидкодією, вони виявилися особливо зручними для застосування як датчики іонізуючого випромінювання в побутових приладах радіаційного контролю.

Лічильники Гейгера здатні реагувати на різні види іонізуючого випромінювання - a, b, g, ультрафіолетове, рентгенівське, нейтронне. Але реальна спектральна чутливість лічильника значною мірою залежить з його конструкції. Так, вхідне вікно лічильника, чутливого до a- та м'якого b-випромінювання, має бути дуже тонким; для цього зазвичай використовують слюду завтовшки 3...10 мкм. Балон лічильника, що реагує на жорстке b-і g-випромінювання, зазвичай має форму циліндра з товщиною стінки 0,05....0,06 мм (він служить і катодом лічильника). Вікно рентгенівського лічильника виготовляють із берилію, а ультрафіолетового – з кварцового скла.

лічильник гейгер мюллер дозиметричний випромінювання

1. Призначення лічильників

Лічильник Гейгера - Мюллера це двоелектродний прилад, призначений для визначення інтенсивності іонізуючого випромінювання або, іншими словами, - для рахунку іонізуючих частинок, що виникають при ядерних реакціях: іонів гелію (- частинок), електронів (- частинок), квантів рентгенівського випромінювання (- частинок) і нейтронів. Частинки поширюються з дуже швидкістю [до 2 . 10 7 м/с для іонів (енергія до 10 МеВ) та близько швидкості світла для електронів (енергія 0,2 - 2 МеВ)], завдяки чому проникають усередину лічильника. Роль лічильника полягає у формуванні короткого (частки мілісекунди) імпульсу напруги (одиниці - десятки вольт) при попаданні частки в об'єм приладу.

У порівнянні з іншими детекторами (датчиками) іонізуючих випромінювань (іонізаційною камерою, пропорційним лічильником) лічильник Гейгера-Мюллера відрізняється високою пороговою чутливістю - він дозволяє контролювати природне радіоактивне тло землі (1 частка на см 2 за 10 - 100 секунд). Верхня межа вимірювання порівняно невисока - до 10 4 частинок на см 2 в секунду або до 10 Зіверт на годину (Зв/год). Особливістю лічильника є здатність формувати однакові вихідні імпульси напруги незалежно від роду частинок, їх енергії та числа іонізацій, вироблених часткою обсягом датчика.

2. Пристрій та принцип дії лічильника

Робота лічильника Гейгера заснована на несамостійному імпульсному газовому розряді між металевими електродами, який ініціюється одним або декількома електронами, що з'являються в результаті іонізації газу -, - або -частинкою. У лічильниках зазвичай використовується циліндрична конструкція електродів, причому діаметр внутрішнього циліндра (анода) набагато менше (2 і більше порядків), ніж зовнішнього (катода), що має важливе значення. Характерний діаметр анода 0,1 мм.

Частинки надходять у лічильник через вакуумну оболонку та катод у «циліндричному» варіанті конструкції (рис. 2, а) або через спеціальне тонке плоске вікно в «торцевому» варіанті конструкції (рис. 2). б). Останній варіант використовується для реєстрації -частинок, що мають низьку проникаючу здатність (затримуються, наприклад, листом паперу), але дуже небезпечних у біологічному відношенні при попаданні джерела частинок всередину організму. Детектори зі слюдяними вікнами використовуються також для рахунку частинок порівняно малої енергії («м'яке» бета-випромінювання).

Рис. 2. Схематичні конструкції циліндричного ( а) та торцевого ( б) лічильників Гейгера. Позначення: 1 - вакуумна оболонка (скло); 2 – анод; 3 – катод; 4 - вікно (слюда, целофан)

У циліндричному варіанті лічильника, призначеного для реєстрації частинок високої енергії або м'якого рентгенівського випромінювання, використовують тонкостінну вакуумну оболонку, а катод виконують з тонкої фольги або у вигляді тонкої плівки металу (мідь, алюміній), напиленої на внутрішню поверхню оболонки. У ряді конструкцій тонкостінний металевий катод (з ребрами жорсткості) є елементом вакуумної оболонки. Жорстке рентгенівське випромінювання (-частки) має підвищену проникаючу здатність. Тому його реєструють детекторами з досить товстими стінками вакуумної оболонки та масивним катодом. У лічильниках нейтронів катод покривається тонким шаром кадмію або бору, в якому нейтронне випромінювання перетворюється на радіоактивне через ядерні реакції.

Об'єм приладу зазвичай заповнений аргоном або неоном з невеликою (до 1%) домішкою аргону при тиску близькому до атмосферного (10 -50 кПа). Для усунення небажаних післярозрядних явищ у газове наповнення вводиться домішка пар брому або спирту (до 1%).

Здатність лічильника Гейгера реєструвати частинки незалежно від їхнього роду та енергії (генерувати один імпульс напруги незалежно від кількості утворених частинкою електронів) визначається тим, що завдяки дуже малому діаметру анода майже вся прикладена до електродів напруга зосереджена у вузькому прианодному шарі. За межами шару знаходиться "область уловлювання частинок", в якій вони іонізують молекули газу. Електрони, відірвані частинкою від молекул, прискорюються до анода, але газ іонізують слабко через малу напруженість електричного поля. Іонізація різко посилюється після входу електронів у прианодний шар з великою напруженістю поля, де розвиваються електронні лавини (одна або кілька) з дуже високим ступенем розмноження електронів (до 107). Однак струм, що виникає за рахунок цього, ще не досягає величини, що відповідає формуванню сигналу датчика.

Подальший зростання струму до робочого значення обумовлений тим, що в лавинах одночасно з іонізацією генеруються ультрафіолетові фотони з енергією близько 15 еВ, достатньої для іонізації молекул домішки в газовому наповненні (наприклад, потенціал іонізації брому молекул дорівнює 12,8 В). Електрони, що з'явилися в результаті фотоіонізації молекул за шаром, прискорюються до анода, але лавини тут не розвиваються через малу напруженість поля і процес слабко впливає на розвиток розряду. У шарі ситуація інша: фотоелектрони, що утворюються, завдяки великій напруженості ініціюють інтенсивні лавини, в яких генеруються нові фотони. Їхня кількість перевищує початкове і процес у шарі за схемою «фотони - електронні лавини - фотони» швидко (кілька мікросекунд) наростає (входить до «спускового режиму»). При цьому розряд від місця перших лавин, ініційованих часткою, поширюється вздовж анода («поперечне запалювання»), анодний струм різко збільшується та формується передній фронт сигналу датчика.

Задній фронт сигналу (зменшення струму) обумовлений двома причинами: зниженням потенціалу анода за рахунок падіння напруги від струму на резисторі (на передньому фронті потенціал підтримується міжелектродною ємністю) та зниженням напруженості електричного поля в шарі під дією просторового заряду іонів після відходу електронів на анод (заряд підвищує потенціали точок, у результаті перепад напруги на шарі зменшується, але в області уловлювання частинок збільшується). Обидві причини знижують інтенсивність розвитку лавин і процес за схемою «лавини – фотони – лавини» згасає, а струм через датчик зменшується. Після закінчення імпульсу струму потенціал анода збільшується до вихідного рівня (з деякою затримкою через заряд міжелектродної ємності через анодний резистор), розподіл потенціалу в проміжку між електродами повертається до початкової форми в результаті відходу іонів на катод і лічильник відновлює здатність реєструвати.

Випускаються десятки типів детекторів іонізуючих випромінювань. При позначенні використовується кілька систем. Наприклад, СТС-2, СТС-4 - лічильники торцеві самогасящіеся, або МС-4 - лічильник з мідним катодом (В - з вольфрамовим, Г - з графітовим), або САТ-7 - лічильник-частинок торцевий, СБМ-10 - лічильник -Частиць металевий, СНМ-42 - лічильник нейтронів металевий, СРМ-1 - лічильник для рентгенівського випромінювання і т. д.

3. Основні фізичні закономірності

3.1 Відновлення працездатності після реєстрації частки

Час відходу іонів з проміжку після реєстрації частки виявляється порівняно більшим - одиниці мілісекунд, що обмежує верхню межу вимірювання потужності дози випромінювання. При високій інтенсивності випромінювання частинки надходять з інтервалом, меншим за час догляду іонів, і деякі частинки датчик не реєструє. Процес ілюструється осцилограмою напруги на аноді датчика під час відновлення його працездатності (рис. 3).

Рис. 3. Осцилограми напруги на аноді лічильника Гейгера. U o- Амплітуда сигналу в нормальному режимі (сотні вольт). 1 - 5 - номери частинок

Надходження першої частки (1 на рис. 3) обсяг датчика ініціює імпульсний газовий розряд, що веде до зниження напруги на величину U o(Нормальна амплітуда сигналу). Далі напруга зростає в результаті повільного зменшення струму через проміжок у міру відходу іонів на катод і за рахунок заряду міжелектродної ємності джерела напруги через обмежувальний резистор. Якщо датчик через невеликий інтервал часу після надходження першої потрапляє інша частка (2 на рис. 3), то розрядні процеси розвиваються слабо через знижену напругу і малу напруженість поля у анода в умовах дії просторового заряду іонів. Сигнал датчика у разі виявляється неприпустимо малим. Надходження другої частки через триваліший інтервал часу після першої (частки 3 - 5 на рис. 3) дає сигнал більшої амплітуди, так як напруга збільшується, а просторовий заряд зменшується.

Якщо друга частка надходить у датчик після першої через інтервал, менший, ніж відрізок часу між частинками 1 і 2 на рис. 3, то з наведених вище причин датчик взагалі сигнал не виробляє ("не вважає" частинку). У зв'язку з цим часовий інтервал між частинками 1 і 2 називається "мертвим часом лічильника" (амплітуда сигналу частки 2 становить 10% нормальної). Відрізок часу між частинками 2 та 5 на рис. 3 називається «часом відновлення датчика» (сигнал частки 5 становить 90% нормального). Протягом цього часу амплітуда сигналів датчика знижена і вони можуть не реєструватися лічильником електричних імпульсів.

Мертвий час (0,01 – 1 мс) та час відновлення (0,1 – 1 мс) є важливими параметрами лічильника Гейгера. Найбільша потужність дози, що реєструється, тим вище, чим менше значення цих параметрів. Основними факторами, що визначають параметри, є тиск газу та величина обмежувального резистора. З зменшенням тиску і величини резистора мертвий час і час відновлення зменшуються, так як збільшується швидкість відходу іонів з проміжку і зменшується постійна часу заряду процесу міжелектродної ємності.

3.2 Дозиметрична характеристика

Чутливість лічильника Гейгера - це відношення частоти імпульсів, що генеруються датчиком до потужності дози випромінювання, що вимірюється в мікрозивертах на годину (мкЗв/год; варіанти: Зв/с, мЗв/с, мкЗв/с). Характерні значення чутливості: 0,1 – 1 імпульсів на мікрозиверт. У робочому діапазоні чутливість є коефіцієнтом пропорційності між показаннями лічильника (кількістю імпульсів на секунду) та потужністю дози. За межами діапазону пропорційність порушується, що відображає дозиметричну характеристику детектора - залежність показань від потужності дози (рис. 4).

Рис. Залежність швидкості рахунку від потужності дози радіоактивного випромінювання (дозиметричні характеристики) для двох лічильників з різним тиском газу (1 - 5 кПа, 2 - 30 кПа)

З фізичних міркувань випливає, що показання датчика зі збільшенням потужності дози що неспроможні перевищити величину (1/), де - мертве час датчика (частки, які надходять через інтервал часу, менший, не рахуються). Тому робочий лінійний ділянку дозиметричної характеристики плавно перетворюється на області інтенсивної радіації в горизонтальну пряму лише на рівні (1/).

Зі зменшенням мертвого часу дозиметрична характеристика датчика переходить у горизонтальну пряму на вищому рівні при вищій потужності радіації, і верхня межа вимірювання підвищується. Така ситуація спостерігається за зменшення тиску газу (рис. 4). Однак одночасно знижується чутливість датчика (збільшується кількість частинок, що перетинають газорозрядний проміжок без зіткнень з молекулами). Тому при зменшенні тиску дозиметрична характеристика знижується. Математично характеристика описується наступним співвідношенням:

де N- швидкість рахунку (покази датчика - число імпульсів за секунду); - чутливість лічильника (імпульсів за секунду на мікрозиверт); Р- Потужність дози радіації; - мертвий час датчика (у секундах).

3.3 Рахункова характеристика датчика

Контроль потужності дози випромінювання найчастіше доводиться вести поза приміщеннями чи польових умовах, де електричне живлення датчика здійснюється від акумуляторів чи інших гальванічних джерел. Їхня напруга в міру роботи зменшується. У той же час, газорозрядні процеси в датчику залежать від напруги дуже сильно. Тому залежність показань лічильника Гейгера від напруги за постійної потужності дози радіації є однією з найважливіших характеристик датчика. Залежність називається лічильною характеристикою датчика (рис. 5).

На одній із поданих залежностей (крива 2) відзначені характерні точки A - D. При малій напрузі (лівіше точки А) електрони, що утворюються в датчику при попаданні іонізуючої частинки, ініціюють електронні лавини, але їх інтенсивність недостатня для формування імпульсу струму необхідної амплітуди, і показання лічильника дорівнюють нулю. Крапка Авідповідає "напрузі початку рахунку". При збільшенні напруги на ділянці А - Впоказання лічильника зростають, оскільки зростає ймовірність надходження електронів з області уловлювання частинок прианодний шар з великою напруженістю поля. При низькій напрузі електрони за час руху до шару рекомбінують з іонами (попередньо можуть прилипати до молекул домішки брому з утворенням негативних іонів). У точці Унапруга достатньо швидкого переміщення практично всіх електронів у шар, а інтенсивність рекомбінації близька до нуля. Датчик виробляє сигнали нормальної амплітуди.

На робочій ділянці лічильної характеристики В - З(«плато характеристики») показання лічильника слабо збільшуються зі зростанням напруги, що має важливе практичне значення і є гідністю лічильника Гейгера. Його якість тим вища, чим більша довжина плато (100 -400 В) і менша крутість горизонтальної ділянки лічильної характеристики.

Рис. 5. Залежність швидкості рахунку від напруги (лічильна характеристика) при різних значеннях тиску газу та вмісту домішки брому: 1 - 8 кПа, 0,5 %; 2 – 16 кПа, 0,5 %; 3 – 16 кПа, 0,1 % для потужності дози випромінювання 5 мкЗв/год. A, B, C, D- характерні точки кривої 2

Крутизна (або нахил) плато Sхарактеризується процентною зміною показань лічильника на одиницю напруги:

де N B і N C - показники лічильника на початку та наприкінці плато; U B і U C- значення напруги на початку та наприкінці плато. Характерні значення крутості 0,01 – 0,05 %/В.

Відносна стабільність показань на плато лічильної характеристики забезпечується специфічним типом розряду, що виникає в датчику з приходом іонізуючої частки. Збільшення напруги інтенсифікує розвиток електронних лавин, але це призводить лише до прискорення розповсюдження розряду вздовж анода, а здатність лічильника генерувати сигнал на одну частинку майже не порушується.

Невелике зростання швидкості рахунки зі збільшенням напруги на плато рахункової характеристики пов'язані з емісією електронів з катода під впливом розряду. Емісія обумовлена так званими процесами, під якими розуміють виривання електронів іонами, збудженими атомами і фотонами. Коефіцієнт умовно вважається рівним кількості електронів, що припадають однією іон (збуджені атоми і фотони маються на увазі). Характерні значення коефіцієнта становлять 0,1 - 0,01 (10 - 100 іонів виривають електрон залежно від роду газу та матеріалу катода). При таких значеннях коефіцієнта лічильник Гейгера не функціонує, оскільки електрони, що виходять з катода, реєструються як іонізуючі частинки (реєструються “хибні” сигнали).

Нормальне функціонування лічильника забезпечується введенням у газове наповнення домішки брому або парів спирту (“домішки, що гасять”), що різко знижує коефіцієнт (нижче 10 -4). У цьому випадку кількість помилкових сигналів також різко зменшується, але залишається відчутною (наприклад, одиниці відсотків). Зі збільшенням напруги розрядні процеси посилюються, тобто. кількість іонів, збуджених атомів та фотонів збільшується і відповідно зростає кількість хибних сигналів. Цим пояснюються невелике зростання показань датчика на плато лічильної характеристики (збільшення нахилу) та закінчення плато (перехід у круту ділянку C - D). При збільшенні вмісту домішки коефіцієнт знижується більшою мірою, що зменшує нахил плато та збільшує його довжину (криві 2 та 3 на рис. 5).

Однак збільшення вмісту домішки, що гасить, вище певної величини (1 % для брому, 10 % для спирту) погіршує параметри датчика: підвищується напруга початку рахунку (точка Ана малюнку), збільшується нахил плато та скорочується його довжина. Це пояснюється тим, що частина електронів, утворених іонізуючою частинкою, «прилипає» до молекул брому або спирту з утворенням важких негативних іонів, які приходять у прианодний шар через значний проміжок часу, коли лічильник відновив здатність реєструвати частинки. У шарі під дією великої напруженості поля іон розщеплюється і електрон, що з'явився, ініціює помилковий сигнал датчика.

Фізичний механізм дії гасять домішок полягає в різкому зниженні надходження на катод іонів, збуджених атомів і фотонів, здатних викликати емісію електронів, а також підвищення роботи виходу електронів з катода. Іони основного газу (неон або аргон) у процесі руху до катода стають нейтральними атомами в результаті «перезарядки» при зіткненнях з молекулами домішки, оскільки потенціали іонізації неону та аргону більші, ніж брому та спирту (відповідно: 21,5 В; 15, 7 В; 12,8 В; 11,3 В). Енергія, що виділяється при цьому, витрачається на руйнування молекул або на утворення низькоенергетичних фотонів, не здатних викликати фотоемісію електронів. Такі фотони, до того ж добре поглинаються молекулами домішки.

Іони, що утворюються при перезарядці, домішки на катод потрапляють, але емісію електронів не викликають. У разі брому це пояснюється тим, що потенційна енергія іона (12,8 еВ) недостатня для виривання з катода двох електронів (один – на нейтралізацію іону, а інший – для початку електронної лавини), оскільки робота виходу електронів з катода за наявності домішки брому підвищується до 7 еВ. У разі спирту при нейтралізації іонів на катоді енергія, що виділяється, зазвичай витрачається на дисоціацію складної молекули, а не на виривання електронів.

Довгоживучі (метастабільні) збуджені атоми основного газу, що виникають у розряді, принципово можуть потрапляти на катод і викликати емісію електронів, оскільки їх потенційна енергія досить велика (наприклад, 16,6 еВ для неону). Однак ймовірність процесу виявляється дуже малою, тому що атоми при зіткненнях з молекулами домішки передають їм свою енергію – «гасяться». Енергія витрачається на дисоціацію молекул домішки чи випромінювання низькоенергетичних фотонів, які викликають фотоемісію електронів з катода і добре поглинаються молекулами домішки.

Приблизно аналогічним чином "гасяться" високоенергетичні фотони, що надходять з розряду, здатні викликати емісію електронів з катода: вони поглинаються молекулами домішки з подальшою витратою енергії на дисоціацію молекул і випромінювання низькоенергетичних фотонів.

Довговічність лічильників з добавкою брому значно вища (10 10 - 10 11 імпульсів), так як вона не обмежена розкладанням молекул гасить домішки. Зниження концентрації брому обумовлено його порівняно високою хімічною активністю, що ускладнює технологію виготовлення датчика та накладає обмеження на вибір матеріалу катода (застосовується, наприклад, нержавіюча сталь).

Рахункова характеристика залежить від тиску газу: з його збільшенням підвищується напруга початку рахунку (точка Ана рис 5 зміщується вправо), а рівень плато підвищується в результаті ефективнішого уловлювання іонізуючих частинок молекулами газу в датчику (криві 1 і 2 на рис 5). Підвищення напруги початку рахунку пояснюється тим, що умови датчика відповідають правої гілки кривої Пашена.

Висновок

Широке застосування лічильника Гейгера-Мюллера пояснюється високою чутливістю, можливістю реєструвати різного роду випромінювання, порівняльною простотою та дешевизною установки. Лічильник був винайдений у 1908 році Гейгером та вдосконалений Мюллером.

Циліндричний лічильник Гейгера-Мюллера складається з металевої трубки або металізованої зсередини скляної трубки, і тонкої металевої нитки, натягнутої по осі циліндра. Нитка служить анодом, трубка - катодом. Трубка заповнюється розрідженим газом, найчастіше використовують шляхетні гази - аргон і неон. Між катодом і анодом створюється напруга порядку 400В. Для більшості лічильників існує так зване плато, яке лежить приблизно від 360 до 460, у цьому діапазоні невеликі коливання напруги не впливають на швидкість рахунку.

p align="justify"> Робота лічильника заснована на ударній іонізації. г-кванти, що випускаються радіоактивним ізотопом, потрапляючи на стінки лічильника, вибивають з нього електрони. Електрони, рухаючись у газі та зіштовхуючись з атомами газу, вибивають з атомів електрони та створюють позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між катодом та анодом прискорює електрони до енергій, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на опорі R утворюється імпульс напруги, який подається в пристрій, що реєструє. Щоб лічильник зміг реєструвати наступну частинку, що потрапила в нього, лавинний розряд потрібно погасити. Це відбувається автоматично. У момент появи імпульсу струму на опорі R виникає велике падіння напруги, тому напруга між анодом і катодом різко зменшується настільки, що розряд припиняється, і лічильник знову готовий до роботи.

Важливою характеристикою лічильника є ефективність. Не всі г-фотони, що потрапили на лічильник, дадуть вторинні електрони і будуть зареєстровані, оскільки акти взаємодії г-променів з речовиною порівняно рідкісні, частина вторинних електронів поглинається в стінках приладу, не досягнувши газового обсягу.

Ефективність лічильника залежить від товщини стінок лічильника, їх матеріалу та енергії г-випромінювання. Найбільшою ефективністю мають лічильники, стінки яких виготовлені з матеріалу з великим атомним номером Z, тому що при цьому збільшується утворення вторинних електронів. Крім того, стінки лічильника мають бути досить товстими. Товщина стінки лічильника вибирається з умови її рівності довжині вільного пробігу вторинних електронів у матеріалі стінки. При великій товщині стінки вторинні електрони не пройдуть у робочий об'єм лічильника, і виникнення імпульсу струму не станеться. Так як г-випромінювання слабо взаємодіє з речовиною, то зазвичай ефективність г-лічильників також мала і становить лише 1-2%. Іншим недоліком лічильника Гейгера-Мюллера є те, що він не дає можливість ідентифікувати частинки та визначати їхню енергію. Ці недоліки відсутні у сцинтиляційних лічильниках.

Список літератури

Актон Д.Р. Газорозрядні прилади із холодним катодом. М.; Л.: Енергія, 1965.

Каганов І.Л. Іонні пристрої. М: Енергія, 1972.

Кацнельсон Б.В., Калугін А.М., Ларіонов А.С. Електровакуумні електронні та газорозрядні прилади: Довідник. М.: Радіо та зв'язок, 1985.

Кноль М., Ейхмейхер І. Технічна електроніка Т. 2. М: Енергія, 1971.

Сидоренко В.В. Детектори іонізуючих випромінювань: Довідник. Л.: Суднобудування, 1989

Розміщено на сайт

Поняття та види іонізуючого випромінювання. Прилади, що вимірюють радіаційне випромінювання, та принцип роботи лічильника Гейгера. Основні вузли та структурна схема приладу. Вибір та обґрунтування елементної бази. Проектування принципової схеми САПР OrCAD.

дипломна робота , доданий 30.04.2014

Аналіз та синтез асинхронного лічильника з КСЧ=11 у коді 6-3-2-1 та з типом тригерів JJJJ, його призначення, різновиди та технічні характеристики. Приклад роботи підсумовуючого лічильника. Синтез JK-тригера (пристрої для запису та зберігання інформації).

курсова робота , доданий 25.07.2010

Поняття та призначення лічильника, його параметри. Принцип побудови підсумовує і лічильника, що віднімає. Універсальність реверсивного лічильника. Лічильники та дільники з коефіцієнтом перерахунку, відмінним від 2n. Лічильники з наскрізним перенесенням (різні тригери).

реферат, доданий 29.11.2010

Реалізація пристрою, що виконує рахунок до 30 за допомогою середовища розробки Electronics Workbench. Принцип роботи лічильника – підрахунок числа імпульсів, поданих на вхід. Складові елементи устрою: генератор, пробник, логічні елементи, тригер.

курсова робота , доданий 22.12.2010

Принцип дії та сфера застосування сцинтиляційного лічильника. Калібрування сцинтиляційних спектрометрів. Кріплення та монтаж твердих сцинтиляторів. Монокристалічні сцинтилятори з антрацену та стильбену. Амплітудні аналізатори імпульсів.

реферат, доданий 28.09.2009

Поняття та принцип роботи датчиків, їх призначення та функції. Класифікація та різновиди датчиків, сфери та можливості їх застосування. Сутність та основні властивості регуляторів. Особливості використання та параметри підсилювачів, виконавчих пристроїв.

реферат, доданий 28.03.2010

Мікрооперації над кодовими словами, які виконують у цифрових схемах лічильники. Структурна схема тригера К155ТВ1, електричні параметри. Принцип роботи цифрового лічильника, побудова таблиці істинності, моделювання у програмі Micro-Cap.

курсова робота , доданий 11.03.2013

Аналіз роботи двійкового інтегрального лічильника та двійково-десяткового дешифратора. Підключення входів, що не використовуються, до шини живлення, "загального" проводу або іншого входу, що використовується. Аналіз часової діаграми дешифратора. Влаштування лічильника Джонсона.

лабораторна робота , доданий 18.06.2015

Розробка функціональних елементів єдиного цифрового устрою: логічного устрою; лічильника, одновібратора, що синхронізує надходження інформації на лічильник; дешифратора для представлення результату роботи пристрою у доступній для людини формі.

курсова робота , доданий 31.05.2012

Опис та пристрій датчиків; їх принципи роботи, приклади використання. Охорона та освітлення сходів у багатоповерховому будинку, підсобних приміщень та автомобільної стоянки. Відмінності механізмів руху. Характеристики електронного інфрачервоного датчика

Будова та принцип роботи лічильника Гейгера – Мюллера

У Останнім часом увага до радіаційної безпеки з боку звичайних громадян у нашій країні все більшою мірою зростає. І це пов'язано не лише з трагічними подіями на чорнобильській АЕС та подальшими її наслідками, а й з різними подіями, які періодично трапляються в тому чи іншому місці планети. У зв'язку з цим наприкінці минулого століття стали з'являтися прилади. дозиметричного контролю радіації побутового призначення. І такі прилади дуже багатьом людям врятували не тільки здоров'я, а іноді й життя, і це стосується не тільки територій, що прилягають до зони відчуження. Тому питання радіаційної безпеки актуальні в будь-якому місці нашої країни і до сьогодні.

У всі побутові та практично всі професійні сучасні дозиметри оснащуються. Інакше його можна назвати чутливим елементом дозиметра. Даний прилад був винайдений в 1908 році німецьким фізиком Гансом Гейгером, а через двадцять років, цю розробку вдосконалив ще один фізик Вальтер Мюллер, і саме принцип цього пристрою і застосовується і зараз.

Н деякі сучасні дозиметри мають одразу по чотири лічильники, що дозволяє підвищити точність вимірювань та чутливість приладу, а також зменшити час проведення виміру. Більшість лічильників Гейгера – Мюллера здатні реєструвати гамма-випромінювання, високоенергетичне бета-випромінювання та рентгенівське проміння. Проте є спеціальні розробки визначення альфа-частинок високих енергій. Для налаштування дозиметра на визначення тільки гамма-випромінювання, найнебезпечнішого із трьох видів радіації, чутливу камеру вкривають спеціальним кожухом зі свинцю або іншої сталі, що дозволяє відсікнути проникнення в лічильник бета-частин.

У Сучасні дозиметри побутового та професійного призначення широко застосовуються датчики типу СБМ-20, СБМ-20-1, СБМ-20У, СБМ-21, СБМ-21-1. Вони відрізняються габаритними розмірами камери та іншими параметрами, для лінійки 20-х датчиків характерні такі габарити, довжина 110 мм, діаметр 11 мм, а для 21 моделі, довжина 20-22 мм при діаметрі 6мм. Важливо розуміти, що чим більше розміри камери, тим більше радіоактивних елементів через неї пролітатиме, і тим більшою чутливістю і точністю вона володіє. Так, для 20-х серій датчика характерні розміри в 8-10 разів більші, ніж для 21-ї, приблизно в таких же пропорціях ми матимемо різницю в чутливості.

До Онструкцію лічильника Гейгера можна схематично описати так. Датчик, що складається з циліндричного контейнера, який закачаний інертний газ (наприклад, аргон, неон або їх суміші) під мінімальним тиском, це робиться для полегшення виникнення електричного розряду між катодом і анодом. Катод, найчастіше, являє собою весь металевий корпус чутливого датчика, а анод невелику тяганину, розміщену на ізоляторах. Іноді катод додатково обертають захисним кожухом з нержавіючої сталі або свинцю, це робиться для налаштування лічильника на визначення тільки гамма-квантів.

Д Для побутового застосування, в даний час, найчастіше використовуються датчики торцевого виконання (наприклад, Бета-1, Бета-2). Такі лічильники влаштовані таким чином, що здатні виявляти та реєструвати навіть альфа-частинки. Такий лічильник є плоским циліндром з розташованими всередині електродами, і вхідним (робочим) вікном, виконаним зі слюдяної плівки товщиною всього 12 мкм. Така конструкція дозволяє визначити (з близької відстані) високоенергетичні альфа-частинки та слабоенергетичні бета-частинки. При цьому площа робочого вікна лічильників Бета-1 та Бета 1-1 складає 7 кв.см. Площа слюдяного робочого вікна для приладу Бета-2 вдвічі більше, ніж у Бета-1, його можна використовувати визначення , і т.д.

Е Якщо говорити про принцип роботи камери лічильника Гейгера, то коротко її можна описати так. При активації на катод і анод подається висока напруга (порядку 350 - 475 вольт), через навантажувальний резистор, однак між ними не відбувається розряду через інертний газ, що служить діелектриком. При попаданні в камеру її енергії виявляється достатньо, щоб вибити вільний електрон з матеріалу корпусу камери або катода, цей електрон лавиноподібно починає вибивати вільні електрони з інертного навколишнього газу і відбувається його іонізація, яка в результаті призводить до розряду між електродами. Ланцюг замикається, і цей факт можна зареєструвати за допомогою мікросхеми приладу, що є фактом виявлення або кванта гама або рентгенівського випромінювання. Потім камера входить у вихідний стан, що дозволяє виявити наступну частинку.

Ч щоб процес розряду в камері припинити і підготувати камеру для реєстрації наступної частки, існує два способи, один з них заснований на тому, що на дуже короткий проміжок часу припиняється подача напруги на електроди, що припиняє процес іонізації газу. Другий спосіб заснований на додаванні в інертний газ ще однієї речовини, наприклад, йоду, спирту та інших речовин, при цьому вони призводять до зменшення напруги на електродах, що припиняє процес подальшої іонізації і камера стає здатною виявити наступний радіоактивний елемент. При цьому методі використовується резистор навантаження великий ємності.

П про кількість розрядів у камері лічильника і можна судити про рівень радіації на вимірюваній місцевості чи конкретного предмета.

1.4 Лічильник Гейгера-Мюллера

У пропорційному лічильнику газовий розряд розвивається лише щодо обсягу газу. У ній утворюється спочатку первинна іонізація, та був і лавина електронів. Решта обсягу не охоплюється газовим розрядом. Зі збільшенням напруги критична область розширюється. У ній збільшується концентрація збуджених молекул, отже, і кількість випущених фотонів. Під дією фотонів з катода та молекул газу виривається

дедалі більше фотоелектронів. Останні своєю чергою дають початку новим лавинам електронів обсягом лічильника, не зайнятому газовим розрядом від первинної іонізації. Таким чином, підвищення напруги U призводить до поширення газового розряду за обсягом лічильника. При деякому напрузі U п. Називається пороговим, газовий розряд охоплює весь обсяг лічильника. При напрузі U п починається область Гейгер-Мюллер.

Лічильник Гейгера (або лічильник Гейгера-Мюллера) − газонаповнений лічильник заряджених елементарних частинок, електричний сигнал з якого посилений рахунок вторинної іонізації газового обсягу лічильника і залежить від енергії, залишеної часткою у цьому обсязі. Винайдений у 1908 р. Х.Гейгером та Е.Резерфордом, пізніше вдосконалений Гейгером та В. Мюллером. ЛічильникиГейгера-Мюллера - Найпоширеніші детектори (датчики) іонізуючого випромінювання.

Гейгера - Мюллера лічильник -газорозрядний прилад для виявлення та дослідження різного роду радіоактивних та ін. Гамма-кванти реєструються лічильником Гейгера – Мюллера за вторинними іонізуючими частинками - фотоелектронами, комптонівськими електронами, електронно-позитронними парами; нейтрони реєструються по ядрам віддачі та продуктам ядерних реакцій, що виникають у газі лічильника. Працює лічильник при напругах, що відповідають самостійному

коронного розряду (ділянка V, Рис. 21).

Рис. 21. Схема включення лічильника Гейгера

Різниця потенціалів прикладена (V ) між стінками і центральним електродом через опір R , зашунтований конденсатором

C1.

Цей лічильник має практично стовідсоткову ймовірність реєстрації зарядженої частинки, так як для

виникнення розряду достатньо однієї електрон-іонної пари.

Конструктивно лічильник Гейгера влаштований як і пропорційний лічильник, тобто. є конденсатором (як правило, циліндричний), з сильно неоднорідним електричним полем. До внутрішнього електрода (тонкої металевої нитки) прикладено позитивний потенціал (анод), до зовнішнього – негативний (катод). Електроди укладені в герметично замкнутий резервуар, наповнений газом до тиску 13-26 кн/м 2 (100-200 мм pm . ст .). До електродів лічильника прикладається напруга в кілька сотень. На нитку подається знак + через опір R .

Функціонально лічильник Гейгера також повторює пропорційний лічильник, але відрізняється від останнього тим, що за рахунок більш високої різниці потенціалів на електродах працює в такому режимі, коли достатньо появи в обсязі детектора одного електрона, щоб розвинувся потужний лавиноподібний процес, зумовлений вторинною іонізацією (газ) який здатний іонізувати всю область поблизу нитки-анода. При цьому імпульс струму досягає граничного значення (насичується) і не залежить від первинної іонізації. Розвиваючись лавиноподібно, цей процес завершується утворенням у міжелектродному просторі електронно-іонної хмари, що різко збільшує його провідність. Фактично, при попаданні в лічильник Гейгера частки у ньому спалахує (запалюється) самостійний газовий розряд, видимий (якщо балон прозорий) навіть простим газом. При цьому коефіцієнт газового посилення може досягати 1010 а величина імпульсу десятків вольт.

Виникає спалах коронного розряду і через лічильник тече струм.

Розподіл електричного поля в лічильнику такий, що розряд розвивається лише поблизу анода лічильника з відривом кількох діаметрів нитки. Електрони швидко накопичуються на нитці (не більше 10-6 сек), навколо якої утворюється чохол з позитивних іонів. Позитивний просторовий заряд збільшує ефективний діаметр анода і тим самим знижує напруженість поля, тому розряд переривається. У міру видалення шару позитивних іонів від нитки його дію, що екранує, послаблюється і напруженість поля поблизу анода стає достатньою для утворення нового спалаху розряду. Позитивні іони, наближаючись до катода, вибивають з останнього електрони, у результаті утворюються нейтральні атоми інертного газу збудженому стані. Збуджені атоми при

достатньому наближенні до катода, вибивають із його поверхні електрони, які стають родоначальниками нових лавин. Без зовнішнього впливу такий лічильник перебував у тривалому переривчастому розряді.

Таким чином, при досить великому R (108 -1010 ом ) на нитці накопичується негативний заряд

і різниця потенціалів між ниткою та катодом швидко падає, внаслідок чого розряд обривається. Після цього чутливість лічильника відновлюється через 10-1 -10-3 сек (час розрядки ємності через опір R ). Саме такий час потрібно, щоб повільні позитивні іони, що заповнили простір поблизу нитки-анода після прольоту частинки та проходження електронної лавини, пішли до катода.

і відновилася чутливість детектора. Такий великий час нечутливості для багатьох застосувань.

Для практичного використання нелічильного лічильника Гейгера використовуються різні способи припинення розряду:

а) Використання електронних схем гасіння розряду у газі. Пристосована для цього електронна схема, у потрібний час видає на лічильник «протисигнал», який припиняє самостійний розряд і «витримує» лічильник на якийсь час до повної нейтралізації заряджених частинок, що виникли. Характеристики такого лічильника зі схемою гасіння розряду близькі до характеристик лічильників, що самогасяться, і іноді перевершують їх.

б) Гасіння рахунок підбору величин навантажувального опору і еквівалентної ємності, і навіть величини напруги на лічильнику.

У Залежно від механізму гасіння розряду розрізняють дві групи лічильників: несамагасся і самогасіння. У лічильниках, що не смагаються, «мертвий» час занадто великий(10-2 сек), для нього

Зменшення застосовують електронні схеми гасіння розряду, які знижують дозвільний час до часу збирання позитивних іонів на катоді (10-4 сек).

Зараз лічильники, що не самостійно гасять, в яких гасіння розрядів забезпечується опором R, витіснені лічильниками, що самогасяться, які до того ж більш стабільні. У них завдяки спеціальному газовому наповненню (інертний газ з домішкою складних молекул, наприклад парів спирту, та невеликий

домішкою галогенів - хлору, брому, йоду) розряд сам собою обривається навіть при малих опорах R . Час нечутливості лічильника, що самогаситься ~10-4 сек.

У 1937 р. Трост звернув увагу те обставина, що у лічильник, наповнений аргоном,

додати невелику кількість (кілька відсотків) парів етилового спирту (С2 H5 OH), то розряд, викликаний у лічильнику іонізуючою частинкою, згасне сам по собі. Згодом з'ясувалося, що мимовільне згасання розряду в лічильнику має місце і при додаванні до аргону пари інших органічних сполук, що мають складні багатоатомні сполуки. Речовини ці називають зазвичай гасять, а лічильники Гейгера-Мюллера, в яких використовуються ці речовини, називаються лічильниками - типу, що самогаситься. Лічильник, що самогаситься, наповнюється сумішшю двох (або декількох) газів. Один газ, основний, складає в суміші близько 90%, інший, що гасить - близько 10%. Компоненти робочої суміші повинні задовольняти обов'язковою умовою, що полягає в тому, що потенціал іонізації газу, що гасить, повинен бути нижче першого потенціалу збудження основного газу.

Зауваження. Для реєстрації рентгенівського випромінювання часто застосовуються дротяні ксенонові детектори. Прикладом може бути перший вітчизняний цифровий скануючий медичний флюорограф МЦРУ СИБИР. Інший додаток рентгенівських лічильників - рентгенофлуоресцентний хвилодисперсійний спектрометр (наприклад, Venus 200), призначений для визначення різних елементів у речовинах та матеріалах. Залежно від обумовленого елемента можливе застосування наступних детекторів: - проточного пропорційного детектора з вікнами товщиною 1, 2, 6 мікрон, непроточного неонового детектора з вікнами товщиною 25 і 50 мікрон, - непроточного криптонового детектора з вікном товщиною 10 200 мікрон та сцинтиляційного детектора з вікном 300 мікрон.

Лічильники, що самогасяться, допускають велику швидкість рахунку без спеціальних електронних схем

гасіння розряду, тому вони знайшли широке застосування. Лічильники, що самогасяться, з органічними гасящими домішками мають обмежений термін роботи (108 -1010 імпульсів). При використанні як домішки, що гасить, одного з галогенів (найчастіше застосовується менш активний Br2) термін служби стає практично необмеженим через те, що двоатомні молекули галогену після дисоціації на атоми (у процесі розряду) утворюються знову. До недоліків галогенних лічильників слід віднести складність технології їх виготовлення через хімічну активність галогенів та великий час наростання переднього фронту імпульсів через прилипання первинних електронів до молекули галогену. "Затягування" переднього фронту імпульсу в галогенних лічильниках робить їх непридатними в схемах збігів.

Основними характеристиками лічильника є: лічильна характеристика - залежність швидкості рахунку від величини робочої напруги; ефективність лічильника – виражене у відсотках відношення числа часток, що рахуються, до всіх частинок, що потрапляють у робочий обсяг лічильника; дозвільний час –

мінімальний інтервал часу між імпульсами, при якому вони реєструються окремо та термін служби лічильників.

Рис. 22. Схема виникнення мертвого часу в лічильникуГейгер-Мюллер.(Форма імпульсу при розряді у лічильнику Гейгера-Мюллера).

p align="justify"> Відрізок часу, необхідний для відновлення радіаційної чутливості лічильника Гейгера і фактично визначальний його швидкодія - "мертвий" час - є важливою його паспортною характеристикою.

Якщо в лічильнику Гейгера-Мюллера в момент часів t 0 почався розряд, викликаний ядерною часткою, то напруга на лічильнику різко падає. Лічильник протягом певного часу, який називається мертвим часом τ м , не здатний регулювати інші частки. З t 1 , тобто. після закінчення мертвого часу, в лічильнику знову можливе виникнення самостійного розряду. Однак спочатку амплітуда імпульсу ще мала. Тільки після того, як просторовий заряд досягне поверхні катода, у лічильнику утворюються імпульси нормальної амплітуди. Відрізок часу τ між моментом t 0 , коли в лічильнику виник самостійний розряд, і моментом відновлення робочої напруги t 3 називається часом відновлення. Для того, щоб реєструючий пристрій міг порахувати імпульс, необхідно, щоб його амплітуда перевищувала певну величину U п . Інтервал часу між моментом виникнення самостійного розряду t 0 і моментом утворення амплітуди U п імпульсу t 2 називається роздільною здатністю τ p лічильника Гейгера-Мюллера. Дозволяє час τ p дещо більше мертвого часу.

Якщо щомиті в лічильник потрапляє велика кількість частинок (кілька тисяч і більше), то дозвільний час τ р за величиною буде порівнянно із середнім проміжком часу між імпульсами, тому значна кількість імпульсів не злічується. Нехай m - швидкість рахунку лічильника, що спостерігається. Тоді частка часу, протягом якого лічильна установка нечутлива, дорівнює m? Отже, число імпульсів, втрачених за одиницю часу, дорівнює nm τ р , де n - швидкість рахунку, яка спостерігалася б у тому випадку, якби дозвільний час мало невелику величину. Тому

Поправка у швидкості рахунку, яка дається цим рівнянням, називається поправкою на мертвий час встановлення.

Галогенові лічильники, що самогасяться, відрізняються найнижчою напругою живлення, чудовими параметрами вихідного сигналу і досить високою швидкодією, вони виявилися особливо зручними для застосування в якості датчиків іонізуючого випромінювання в побутових приладах радіаційного контролю.

Кожна фіксована лічильником частка викликає появу в його вихідний ланцюга короткого імпульсу. Число імпульсів, що виникають в одиницю часу, - швидкість рахунку лічильника Гейгера - залежить від рівня іонізуючої радіації та напруги на його електродах. Типовий графік залежності швидкості рахунку від напруги живлення V показаний Рис. 23. Тут V заж - напруга початку рахунку; V 1 і V 2 - нижня та верхня межа робочої ділянки, так званого плато, на якому швидкість рахунку майже не залежить від напруги живлення лічильника. Робоча напруга V раб зазвичай вибирають у середині цієї ділянки. Йому відповідає N р - швидкість рахунку у цьому режимі.

Рис. 23. Залежність швидкості рахунку від напруги живлення у лічильнику Гейгера (Рахункова характеристика)

Залежність швидкості рахунку рівня радіаційного опромінення лічильника - найважливіша його характеристика. Графік цієї залежності має майже лінійний характер і тому нерідко радіаційну чутливість лічильника виражають через імп/мкР (імпульсів на мікрорентген; ця розмірність випливає із відношення швидкості рахунку - імп/с - до рівня радіації - мкР/с). У

тих випадках, коли вона не вказана (часті, на жаль), судити про радіаційну чутливість

лічильника доводиться за іншим його теж дуже важливим параметром - власним тлом. Так називають швидкість рахунку, причиною якої є дві складові: зовнішня - природне радіаційне тло, і внутрішня - випромінювання радіонуклідів, що опинилися в самій конструкції лічильника, а також спонтанна електронна емісія його катода. («фон» у дозиметрії має майже той самий сенс, що і «шум» в радіоелектроніці; в обох випадках йдеться про принципово непереборні впливи на апаратуру.)

Ще однією важливою характеристикою лічильника Гейгера є залежність його радіаційної чутливості від енергії (жорсткості) іонізуючих частинок. На професійному жаргоні графік цієї залежності називають «ходом із твердістю». Наскільки ця залежність важлива, показує графік малюнку. «Хід із жорсткістю» впливатиме, очевидно, на точність вимірювань, що проводяться.

У своїй основі лічильник Гейгер дуже простий. У добре вакуумований герметичний балон з двома електродами введена газова суміш, що складається в основному з неона і аргону, що легко іонізуються. Балон може бути скляним, металевим та ін. Зазвичай лічильники сприймають випромінювання всією своєю поверхнею, але існують і такі, у яких для цього в балоні передбачено спеціальне вікно.

Лічильники Гейгера здатні реагувати на різні види іонізуючого випромінювання - α, β, γ, ультрафіолетове, рентгенівське, нейтронне. Але реальна спектральна чутливість лічильника значною мірою залежить з його конструкції. Так, вхідне вікно лічильника, чутливого до - і м'якого -випромінювання, повинно бути дуже тонким; для цього зазвичай використовують слюду завтовшки 3...10 мкм. Балон лічильника, що реагує на жорстке - і -випромінювання, має зазвичай форму циліндра з товщиною стінки 0,05 .... 0,06 мм (він служить і катодом лічильника). Вікно рентгенівського лічильника виготовляють із берилію, а ультрафіолетового – з кварцового скла.

Рис. 24. Залежність швидкості рахунку від енергії гамма-квантів («хід із жорсткістю») у лічильнику Гейгера

У лічильник нейтронів вводять бір, при взаємодії з яким потік нейтронів перетворюється на легко реєструються - частинки. Фотонне випромінювання -ультрафіолетове, рентгенівське, -випромінювання - лічильники Гейгера сприймають опосередковано - через фотоефект, комптон-ефект, ефект народження пар; у кожному випадку відбувається перетворення взаємодіючого з речовиною катода випромінювання на потік електронів.

Рис. 25. Радіометрична установка з урахуванням лічильника Гейгера-Мюллера.

Те, що лічильник Гейгера є лавинним приладом, має і свої мінуси – за реакцією такого приладу не можна судити про причину його збудження. Вихідні імпульси, що генеруються лічильником Гейгера під дією -частинок, електронів, -квантів (у лічильнику, на всі ці види випромінювання реагує), нічим не різняться. Самі

частинки, їх енергії зовсім зникають у лавинах-близнюках, що породжуються ними.

Про якість лічильника Гейгера-Мюллера судять зазвичай у вигляді його лічильної характеристики. Для «хороших» лічильників протяжність лічильної частини становить 100-300 У при нахилі плато трохи більше 3 - 5 % на 100 У. Робоча напруга лічильника V раб вибирають зазвичай у його лічильної області.

Оскільки швидкість рахунку частинок на плато змінюється пропорційно інтенсивності опромінення ядерними частинками, лічильники Гейгера-Мюллера успішно використовуються для відносних вимірювань активності радіоактивних джерел. Абсолютні виміри утрудняються внаслідок врахування великої кількості додаткових поправок. Працюючи з джерелами малої інтенсивності слід врахувати фон лічильника, обумовлений космічним випромінюванням, радіоактивністю довкілля і радіоактивним забрудненням матеріалу лічильника. Як наповнювальні лічильники газів спочатку найчастіше використовувалися благородні гази, зокрема, аргон і неон. У більшості лічильників тиск лежить в інтервалі від 7 до 20 см рт.ст, хоча вони іноді працюють і при великих тисках, аж до 1 атм. У лічильниках такого типу необхідно застосовувати спеціальні електронні схеми для гасіння газового розряду, що виник при попаданні в лічильник іонізуючого випромінювання. Тому такі лічильники називаються лічильниками Гейгера-Мюллера типу, що не самиться. Вони мають дуже погану роздільну здатність. Застосування схем для примусового гасіння розряду

роздільну здатність, істотно ускладнює експериментальну установку, особливо у разі використання великої кількості лічильників одночасно.

Типовий скляний лічильник Гейгер-Мюллера представлений на Рис. 25.

Рис. 25. Скляний лічильник Гейгера-Мюллера: 1 –

геометрично запаяна скляна трубка; 2 - катод (тонкий шар міді на трубці з нержавіючої сталі); 3 – виведення катода; 4 – анод (тонка натягнута нитка).

У Табл. 1 наведено відомості про галогенові лічильники Гейгера, що самогасяться.

російського виробництва, найбільше придатних для побутових приладів радіаційного контролю.

Позначення: 1 - робоча напруга, В; 2 - плато - область малої залежності швидкості рахунку від напруги живлення; 3 - власне тло лічильника, имп/с, трохи більше; 4 - радіаційна чутливість лічильника, імп/мкР (* - кобальту-60); 5 - амплітуда вихідного імпульсу, не менше; 6 - габарити, мм - діаметр х довжина (довжина х ширина х

висота); 7.1 - жорстке - і - випромінювання; 7.2 - те саме і м'яке - випромінювання; 7.3 - те саме і α - випромінювання; 7.4 - γ - випромінювання.

Рис.26. Годинник із вбудованим лічильником Гейгера-Мюллера.

Лічильник Гейгера-Мюллера, типу СТС-6, вважає β і γ частинки і відноситься до лічильників, що самогасяться. Він є циліндром з нержавіючої сталі з товщиною стінок 50 мг/(см2 с) ребрами жорсткості для міцності. Лічильник заповнений сумішшю парів неону та брому. Бром гасить розряд.

Конструкції лічильників дуже різноманітні і залежить від виду випромінювання та її енергії, і навіть від методики виміру).

Радіометрична установка з урахуванням лічильника Гейгера - Мюллера представлена на Рис. 27. Напруга на лічильник подається з високовольтного джерела живлення. Імпульси з лічильника подаються в блок підсилювача, де вони посилюються, а потім реєструються перерахунковим пристроєм.

Лічильники Гейгера-Мюллера використовуються для реєстрації всіх видів випромінювання. Вони можуть бути використані як абсолютних, так і для відносних вимірювань радіоактивних випромінювань.

Рис. 27. Конструкція лічильників Гейгера-Мюллера: а – циліндричний; б

- Внутрішнього наповнення; г – проточний для рідин. 1 - анод (збирає електрод); 2 – катод; 3 – скляний балон; 4 – висновки електродів; 5 – скляна трубка; 6 – ізолятор; 7 – слюдяне вікно; 8 – кран для впуску газу.

У 1908 році фізик з Німеччини Ганс Гейгер працював у хімічних лабораторіях, що належали Ернсту Резерфорду. Там же їм було запропоновано випробувати лічильник заряджених частинок, що був іонізованою камерою. Камера була електроконденсатором, який наповнювали газом під високим тиском. Ще П'єр Кюрі застосовував цей пристрій практично, вивчаючи електрику в газах. Ідея Гейгера - виявляти випромінювання іонів - була пов'язана з їх впливом на рівень іонізації летких газів.

У 1928 р. німецький вчений Вальтер Мюллер, який працював з Гейгером і під його керівництвом, створив кілька лічильників, що реєструють іонізуючі частки. Пристрої були необхідні подальшого дослідження радіації. Фізика, будучи наукою експериментів, могла б існувати без вимірювальних конструкцій. Було відкрито лише кілька випромінювань: γ, β, α. Завдання Гейгера полягала в тому, щоб виміряти чутливими приладами всі види випромінювання.

Лічильник Гейгера-Мюллера – простий та дешевий радіоактивний датчик. Це не точний інструмент, що фіксує окремі частинки. Техніка вимірює загальну насиченість іонізуючого випромінювання. Фізики використовують його з іншими датчиками, щоб досягти точності розрахунків під час проведення експериментів.

Можна було б відразу перейти до опису детектора, але його робота здасться незрозумілою, якщо ви мало знаєте про іонізуючі випромінювання. При випромінюванні відбувається ендотермічний вплив на речовину. Цьому сприяє енергія. Наприклад, ультрафіолет або радіохвиля до таких випромінювань не відносяться, а ось жорстке ультрафіолетове світло - цілком. Тут визначається межа впливу. Вигляд називається фотонним, а самі фотони - це γ-кванти.

Ернст Резерфорд поділив процеси випромінювання енергії на 3 види, використовуючи установку з магнітним полем:

γ - фотон;
α – ядро атома гелію;
β – електрон з високою енергією.

Від частинок можна захиститися паперовим полотном. β проникають глибше. Здатність проникнення найвища. Нейтрони, про які вчені дізналися пізніше, є небезпечними частинками. Вони впливають на відстані кількох десятків метрів. Маючи електричну нейтральність, вони вступають у реакцію з молекулами різних речовин.

Однак нейтрони легко потрапляють до центру атома, провокують його руйнування, через що утворюються радіоактивні ізотопи. Розпадаючися, ізотопи створюють іонізуючі випромінювання. Від людини, тварини, рослини чи неорганічного предмета, який отримав опромінення, радіація виходить кілька днів.

Прилад складається з металевої або скляної трубки, в яку закачано благородний газ (аргоново-неонова суміш або речовини в чистому вигляді). Повітря у трубці немає. Газ додається під тиском і має домішок спирту та галогену. По всій трубці протягнутий дріт. Паралельно їй знаходиться залізний циліндр.

Дріт називається анодом, а трубка – катодом. Разом вони – електроди. До електродів підводиться висока напруга, яка сама собою не викликає розрядних явищ. У такому стані індикатор перебуватиме, доки в його газовому середовищі не виникне центр іонізації. Від джерела живлення до трубки підключається мінус, а до дроту – плюс, спрямований через високорівневий опір. Йдеться про постійне харчування у десятки сотень вольт.

Коли до трубки потрапляє частка, з нею стикаються атоми благородного газу. При дотику виділяється енергія, що відриває електрони від атомів газу. Потім утворюються вторинні електрони, які зіштовхуються, породжуючи масу нових іонів і електронів. На швидкість електронів до анода впливає електричне поле. Під час цього процесу утворюється електричний струм.

При зіткненні енергія частинок втрачається, запас іонізованих атомів газу добігає кінця. Коли заряджені частинки потрапляють у газорозрядний лічильник Гейгера, опір трубки знижується, що негайно знижує напругу середньої точки поділу. Потім опір знову зростає - це спричиняє відновлення напруги. Імпульс стає негативним. Прилад показує імпульси, а ми можемо їх порахувати, заразом оцінивши кількість частинок.

За конструкцією лічильники Гейгера бувають 2 видів: плоский та класичний.

Зроблений із тонкого гофрованого металу. За рахунок гофрування трубка набуває жорсткості та стійкості до зовнішнього впливу, що перешкоджає її деформації. Торці трубки оснащені скляними чи пластмасовими ізоляторами, в яких знаходяться ковпачки для виведення до приладів.

На поверхню трубки нанесено лак (крім висновків). Класичний лічильник вважається універсальним вимірювальним детектором всім відомих видів випромінювань. Особливо для γ та β.

Чутливі вимірювачі для фіксації м'якого бета-випромінювання мають іншу конструкцію. Через малу кількість бета-часток, їх корпус має плоску форму. Є віконце зі слюди, що слабо затримує β. Датчик БЕТА-2 – назва одного з таких приладів. Властивості інших плоских лічильників залежить від матеріалу.

Щоб розрахувати чутливість лічильника, оцініть відношення кількості мікрорентген від зразка до сигналів від цього випромінювання. Прилад не вимірює енергію частки, тому дає абсолютно точної оцінки. Калібрування пристроїв відбувається за зразками ізотопних джерел.

Також потрібно дивитися на такі параметри:

Характеристика площі індикатора, якою проходять мікрочастинки, залежить від його розмірів. Чим ширша площа, тим більше частинок буде спіймано.

Напруга має відповідати середнім характеристикам. Сама характеристика роботи – це плоска частина залежності кількості фіксованих імпульсів від напруги. Її друга назва – плато. Тут робота приладу досягає пікової активності і називається верхньою межею вимірювань. Значення – 400 Вольт.

Робоча ширина – різниця між напругою виходу на площину та напругою іскрового розряду. Значення – 100 Вольт.

Розмір вимірюється як відсотка кількості імпульсів на 1 вольт. Він показує похибку виміру (статистичну) у підрахунку імпульсів. Значення – 0,15 %.

Температура важлива, оскільки лічильник часто доводиться застосовувати у складних умовах. Наприклад, у реакторах. Лічильники загального використання: від -50 до +70 С за Цельсієм.

Ресурс характеризується загальною кількістю всіх імпульсів, зафіксованих досі, коли показання приладу стають некоректними. Якщо у пристрої є органіка для самогасіння, кількість імпульсів становитиме один мільярд. Ресурс доречно підраховувати лише у стані робочої напруги. При зберіганні пристрою витрата зупиняється.

Це проміжок часу, протягом якого пристрій проводить електрику після реагування на іонізуючу частинку. Існує верхня межа для частоти імпульсів, що обмежує інтервал вимірів. Значення – 10 мікросекунд.

Через час відновлення (його ще називають мертвий час) прилад може підвести у вирішальний момент. Для запобігання зашкалювання виробники встановлюють свинцеві екрани.

Фон вимірюється в товстостінній камері свинцю. Звичайне значення – не більше 2 імпульсів за хвилину.

У промислових масштабах випускають багато модифікацій лічильників Ґейґера-Мюллера. Їхнє виробництво почалося за часів СРСР і триває зараз, але вже в Російській Федерації.

Пристрій застосовують:

на об'єктах атомної промисловості;
у наукових інститутах;
у медицині;
в побуті.

Після аварії на Чорнобильській АЕС дозиметри купують і пересічні громадяни. У всіх приладах встановлено лічильник Гейгера. Такі дозиметри оснащують однією чи двома трубками.

Виготовити лічильник самостійно складно. Потрібен датчик випромінювання, яке купити зможуть далеко не всі. Сама схема лічильника давно відома – у підручниках фізики, наприклад, її теж друкують. Однак відтворити пристрій в домашніх умовах зможе тільки справжній «шульга».

Талановиті майстри-самоуки навчилися робити лічильнику замінник, який також здатний заміряти гамма- та бета-випромінювання за допомогою люмінесцентної лампи та лампи розжарювання. Також використовують трансформатори від зламана техніки, трубка Гейгера, таймер, конденсатор, різні плати, резистори.

n - m = nmτ р

Діагностуючи випромінювання, потрібно враховувати власне тло вимірювача. Навіть за наявності свинцевого захисту пристойної товщини швидкість реєстрації не обнулюється. У цього явища є пояснення: причина активності - космічне випромінювання, що проникає крізь товщі свинцю. Над поверхнею Землі щохвилини проносяться мюони, які реєструються лічильником із ймовірністю 100%.

Є ще одне джерело фону - радіація, накопичена самим пристроєм. Тому стосовно лічильнику Гейгера теж доречно говорити про знос. Чим більше радіації прилад накопичив, тим нижча достовірність його даних.