Geiger-laskuri havaitsi hiukkasia. Mittausten suorittaminen. P.1. Luonnollisen taustasäteilyn ekvivalenttiannosnopeuden määritys. Kotitekoiset annosmittarit, miksi niitä tarvitaan?

Hallitsematon ionisoiva säteily missä tahansa muodossa on vaarallista. Siksi sen rekisteröintiä, seurantaa ja kirjanpitoa tarvitaan. Tallennuksen II ionisaatiomenetelmä on yksi dosimetriamenetelmistä, jonka avulla voit olla tietoinen todellisesta säteilytilanteesta.

Mikä on ionisaatiomenetelmä säteilyn havaitsemiseksi?

Tämä menetelmä perustuu ionisaatiovaikutusten tallentamiseen. Sähkökenttä estää ioneja yhdistymästä uudelleen ja ohjaa niiden liikkeen sopiville elektrodeille. Tämän ansiosta on mahdollista mitata ionisoivan säteilyn vaikutuksesta muodostuneiden ionien varaus.

Ilmaisimet ja niiden ominaisuudet

Seuraavia käytetään ilmaisimina ionisaatiomenetelmässä:

• ionisaatiokammiot;
• Geiger-Muller laskurit;
• suhteelliset laskurit;
• puolijohdeilmaisimet;
• jne.

Kaikki ilmaisimet puolijohteita lukuun ottamatta ovat kaasulla täytettyjä sylintereitä, joihin on asennettu kaksi elektrodia jännitteellä tasavirta. Elektrodit keräävät ioneja, jotka muodostuvat, kun ionisoiva säteily kulkee kaasumaisen väliaineen läpi. Negatiiviset ionit siirtyvät anodille ja positiiviset ionit katodille muodostaen ionisaatiovirran. Sen arvon perusteella voidaan arvioida rekisteröityjen hiukkasten lukumäärä ja määrittää säteilyn intensiteetti.

Geiger-Muller-laskurin toimintaperiaate

Laskurin toiminta perustuu iskuionisaatioon. Kaasussa liikkuvat elektronit (jotka tyrmäävät säteilyn seurauksena osuessaan tiskin seiniin) törmäävät sen atomien kanssa, syrjäyttäen niistä elektroneja, jolloin syntyy vapaita elektroneja ja positiivisia ioneja. Katodin ja anodin välissä oleva sähkökenttä antaa vapaille elektroneille riittävän kiihtyvyyden käynnistämään iskuionisaation. Tämän reaktion seurauksena se näkyy suuri määrä ioneja, joiden virta kasvaa jyrkästi laskurin läpi ja jännitepulssi, jonka tallennuslaite tallentaa. Sitten lumivyörypurkaus sammuu. Vasta tämän jälkeen voidaan havaita seuraava hiukkanen.

Ero ionisaatiokammion ja Geiger-Muller-laskurin välillä.

Kaasulaskuri (Geiger-laskuri) käyttää toissijaista ionisaatiota suuren kaasuvahvistuksen aikaansaamiseen, mikä johtuu siitä, että ionisoivan aineen synnyttämien ionien liikkumisnopeus on niin suuri, että syntyy uusia ioneja. Ne puolestaan ​​voivat myös ionisoida kaasua kehittäen siten prosessia. Siten jokainen hiukkanen tuottaa 10 6 kertaa enemmän ioneja kuin on mahdollista ionisaatiokammiossa, mikä mahdollistaa myös matalan intensiteetin ionisoivan säteilyn mittaamisen.

Puolijohdeilmaisimet

Puolijohdeilmaisimien pääelementti on kide, ja toimintaperiaate eroaa ionisaatiokammiosta vain siinä, että ioneja syntyy kiteen paksuudessa, ei kaasuraossa.

Esimerkkejä ionisaatiorekisteröintimenetelmiin perustuvista annosmittareista

Tämän tyyppinen nykyaikainen laite on kliininen annosmittari 27012 ionisaatiokammioilla, joka on nykyään standardi.

Yksittäisistä annosmittareista ovat yleistyneet KID-1, KID-2, DK-02, DP-24 jne. sekä ID-0.2, joka on edellä mainittujen moderni analogi.

Geiger-laskuri on pääanturi säteilyn mittaamiseen. Se havaitsee gamma-, alfa-, beetasäteilyn ja röntgensäteet. Omistaa eniten yliherkkyys verrattuna muihin säteilyn havaitsemismenetelmiin, esimerkiksi ionisaatiokammioihin. Tämä pääsyy sen laajalle levinneelle. Muita säteilyn mittausantureita käytetään hyvin harvoin. Lähes kaikki säteilyvalvontalaitteet perustuvat Geiger-laskuriin. Ne ovat massatuotettuja, ja laitteita on eri tasoilla: sotilastason annosmittareista kiinalaisiin kulutustavaroihin. Nykyään minkään säteilyn mittauslaitteen ostaminen ei ole ongelma.

Ei kauan sitten dosimetrisiä laitteita ei ollut laajalti levitetty. Joten vuoteen 1986 mennessä Tšernobylin onnettomuuden aikana kävi ilmi, että väestöllä ei yksinkertaisesti ollut säteilynvalvontalaitteita, mikä muuten pahensi entisestään katastrofin seurauksia. Samaan aikaan radioamatöörien ja teknisen luovuuden piirien leviämisestä huolimatta Geiger-laskereita ei myyty kaupoissa, joten kotitekoisten annosmittareiden valmistaminen oli mahdotonta.

Kuinka Geiger-laskurit toimivat

Tämä on sähköinen tyhjiölaite, jolla on erittäin yksinkertainen periaate tehdä työtä. Radioaktiivisen säteilyn anturi on metalli- tai lasikammio, jossa on metallointi ja joka on täytetty purkautuneella inertillä kaasulla. Elektrodi asetetaan kammion keskelle. Kammion ulkoseinät on kytketty korkeajännitelähteeseen (yleensä 400 volttia). Sisäinen elektrodi on kytketty herkästi vahvistimeen. Ionisoiva säteily (säteily) on hiukkasvirta. Ne kirjaimellisesti siirtävät elektroneja suurjännitekatodista anodifilamentteihin. Siihen yksinkertaisesti indusoidaan jännite, joka voidaan jo mitata kytkemällä se vahvistimeen.

Geiger-laskurin korkea herkkyys johtuu lumivyöryefektistä. Energia, jonka vahvistin havaitsee lähdössä, ei ole ionisoivan säteilyn lähteen energiaa. Tämä on itse annosmittarin suurjännitevirtalähteen energia. Läpäisevä hiukkanen siirtää vain elektronin (energiavarauksen, joka muuttuu mittarin havaitsemaksi virraksi). Elektrodien väliin syötetään kaasuseos, joka koostuu jalokaasuista: argonista, neonista. Se on suunniteltu sammuttamaan suurjännitepurkauksia. Jos tällainen vuoto tapahtuu, se tulee olemaan väärä hälytys laskuri. Seuraava mittauspiiri jättää tällaiset päästöt huomioimatta. Lisäksi suurjännitevirtalähde on myös suojattava niiltä.

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

Geiger-laskurin ominaisuudet, herkkyys, tallennettu säteily

Geiger-laskurin avulla gamma- ja beetasäteily voidaan havaita ja mitata suurella tarkkuudella. Valitettavasti säteilyn tyyppiä ei voida tunnistaa suoraan. Tämä tehdään epäsuorasti asentamalla esteitä anturin ja tutkittavan kohteen tai maaston väliin. Gammasäteet ovat erittäin läpinäkyviä ja niiden tausta ei muutu. Jos annosmittari on havainnut beetasäteilyä, erottimen asentaminen, jopa ohut metallilevy, estää lähes kokonaan beetahiukkasten virtauksen.

Aiemmin yleisissä henkilökohtaisissa annosmittareissa DP-22 ja DP-24 ei käytetty Geiger-laskuria. Sen sijaan käytettiin ionisaatiokammio-anturia, joten herkkyys oli hyvin alhainen. Nykyaikaiset Geiger-laskereita käyttävät dosimetriset laitteet ovat tuhansia kertoja herkempiä. Niitä voidaan käyttää auringon taustasäteilyn luonnollisten muutosten tallentamiseen.

Geiger-laskurin merkittävä ominaisuus on sen herkkyys, joka on kymmeniä ja satoja kertoja suurempi kuin vaadittu taso. Jos käynnistät tiskin täysin suojatussa lyijykammiossa, se näyttää valtavan luonnollisen säteilytaustan. Nämä lukemat eivät ole itse mittarin suunnitteluvirhe, joka on todennettu useilla laboratoriotesteillä. Tällaiset tiedot ovat seurausta avaruuden luonnollisesta säteilytaustasta. Kokeilu osoittaa vain, kuinka herkkä Geiger-laskuri on.

Erityisesti tämän parametrin mittaamiseen tekniset tiedot"Imp-mikrosekuntilaskurin herkkyyden" arvo (pulsseja mikrosekunnissa) näytetään. Mitä enemmän näitä impulsseja, sitä suurempi herkkyys.

Säteilymittaus Geiger-laskurilla, annosmittaripiiri

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 instrumenttiasteikolla. Säteilyannoksen mittaamiseksi on tarpeen laskea pulssit minuutissa, 10, 15 sekuntia tai muita arvoja. Mikrokontrolleri laskee pulssien määrän uudelleen erityinen merkitys annosmittarin asteikolla standardisäteilyn yksiköissä. Tässä ovat yleisimmät:

• röntgenkuvaus (yleensä käytetään mikroröntgeniä);
• Sievert (mikrosivert - mSv);
• Gray, olen iloinen
• vuotiheys mikrowatteina/m2.

Sieverti on suosituin säteilyn mittayksikkö. Kaikki normit liittyvät siihen, lisälaskelmia ei tarvita. Rem on yksikkö, jolla määritetään säteilyn vaikutus biologisiin kohteisiin.

Kaasupurkaus Geiger-laskurin vertailu puolijohdesäteilyanturilla

Geiger-laskuri on kaasupurkauslaite ja moderni trendi mikroelektroniikka - päästä eroon niistä kaikkialta. Puolijohdesäteilyantureista on kehitetty kymmeniä versioita. Niiden tallentaman taustasäteilyn taso on huomattavasti korkeampi kuin Geiger-laskurien. Puolijohdeanturin herkkyys on huonompi, mutta sillä on toinen etu - tehokkuus. Puolijohteet eivät vaadi suurjännitetehoa. Ne sopivat hyvin akkukäyttöisiin kannettaviin annosmittareihin. Toinen etu on alfa-hiukkasten rekisteröinti. Mittarin kaasutilavuus on huomattavasti suurempi kuin puolijohdeanturilla, mutta sen mitat ovat silti hyväksyttäviä kannettaville laitteille.

Alfa-, beeta- ja gammasäteilyn mittaus

Gammasäteily on helpoin mitata. Tämä elektromagneettinen säteily, joka on fotonivirta (valo on myös fotonivirta). Toisin kuin valo, siinä on paljon enemmän korkeataajuus ja erittäin lyhyt aallonpituus. Tämä mahdollistaa sen tunkeutumisen atomien läpi. Väestönsuojelussa gammasäteily on läpäisevää säteilyä. Se tunkeutuu talojen, autojen, erilaisten rakenteiden seinien läpi ja pysyy vain useiden metrien maa- tai betonikerroksella. Gamma-kvanttien rekisteröinti tapahtuu annosmittarin kalibroinnilla auringon luonnollisen gammasäteilyn mukaan. Säteilylähteitä ei tarvita. Se on täysin eri asia beeta- ja alfasäteilyn kanssa.

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

Geiger-laskuri havaitsee beetasäteilyn täydellisesti, koska beetahiukkanen on elektroni. Se voi lentää 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. Tällaiset annosmittarit eivät ole kovin yleisiä jokapäiväisessä elämässä. Nämä ovat pääasiassa sotilastuotteita.

Henkilökohtainen annosmittari Geiger-laskurilla

Tämä laiteluokka on erittäin herkkä, toisin kuin vanhentuneet ionisaatiokammioilla varustetut mallit. Luotettavia malleja tarjoavat monet kotimaiset valmistajat: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Nämä ovat kaikki erillisiä laitteita, joiden tiedot näkyvät näytöllä vakiomittayksiköinä. On olemassa tila, jolla näytetään kertynyt säteilyannos ja hetkellinen taustataso.

Lupaava suunta on kotitalouksien annosmittari-kiinnitys älypuhelimeen. Tällaisia ​​laitteita valmistavat ulkomaiset valmistajat. He ovat rikkaita tekniset valmiudet, on toiminto lukemien tallentamiseen, laskemiseen, uudelleenlaskemiseen ja säteilyn summaamiseen päivien, viikkojen, kuukausien ajalta. Toistaiseksi näiden laitteiden kustannukset ovat alhaisten tuotantomäärien vuoksi melko korkeat.

Kotitekoiset annosmittarit, miksi niitä tarvitaan?

Geiger-laskuri on annosmittarin erityinen elementti, johon ei pääse ollenkaan itsetehty. Lisäksi sitä löytyy vain annosmittareista tai myydään erikseen radioliikkeissä. Jos tämä anturi on saatavilla, kaikki muut annosmittarin osat voidaan koota eri osista erikseen viihde-elektroniikka: televisiot, emolevyt jne. Radioamatöörisivustoilla ja -foorumeilla on nyt tarjolla noin tusinaa mallia. Ne kannattaa kerätä, koska nämä ovat todistetuimpia vaihtoehtoja yksityiskohtaiset oppaat asennusta ja käyttöönottoa varten.

Geiger-laskurin kytkentäpiiri tarkoittaa aina korkeajännitelähteen läsnäoloa. Tyypillinen käyttöjännite mittari - 400 volttia. Se saadaan käyttämällä estävää generaattoripiiriä, ja tämä on eniten monimutkainen elementti dosimetrikaaviot. Laskurilähtö voidaan liittää matalataajuiseen vahvistimeen ja laskea kaiuttimen napsautuksia. Tämä annosmittari on koottu sisään hätätilanteessa kun tuotantoon ei käytännössä ole aikaa. Teoriassa Geiger-laskurin lähtö voidaan liittää kodinkoneiden, kuten tietokoneen, äänituloon.

Kotitekoiset annosmittarit sopivat tarkat mitat, kaikki on koottu mikro-ohjainten päälle. Ohjelmointitaitoja tässä ei tarvita, koska ohjelma on kirjoitettu valmiiksi vapaa pääsy. Vaikeudet ovat tyypillisiä kotielektroniikan tuotannolle: hankkiminen painettu piirilevy, radiokomponenttien juottaminen, koteloiden 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 asennusprosessia.

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

Geiger-Müller-laskurin rakenne ja toimintaperiaate

SISÄÄN Viime aikoina, tavallisten kansalaisten huomio säteilyturvallisuuteen on lisääntymässä maassamme. Ja tämä ei liity vain Tšernobylin ydinvoimalan traagisiin tapahtumiin ja sen lisäseurauksiin, vaan myös erilaisiin tapauksiin, joita tapahtuu säännöllisesti jossakin paikassa tai toisessa planeetalla. Tältä osin viime vuosisadan lopulla laitteita alkoi ilmestyä säteilyn dosimetrinen seuranta kotitalouskäyttöön. Ja tällaiset laitteet ovat pelastaneet monia ihmisiä paitsi heidän terveytensä, myös joskus heidän henkensä, ja tämä ei koske vain suojavyöhykkeen viereisiä alueita. Siksi säteilyturvallisuusasiat ovat ajankohtainen kaikkialla maassamme tähän päivään asti.

SISÄÄN Kaikki kotitalouksien ja lähes kaikki ammattikäyttöön tarkoitetut nykyaikaiset annosmittarit on varustettu . Toisella tavalla sitä voidaan kutsua annosmittarin herkäksi elementiksi. Tämän laitteen keksi vuonna 1908 saksalainen fyysikko Hans Geiger, ja kaksikymmentä vuotta myöhemmin tätä kehitystä paransi toinen fyysikko Walter Muller, ja se on tämän laitteen periaate, jota käytetään tähän päivään asti.

N Joissakin nykyaikaisissa annosmittareissa on neljä laskuria kerralla, mikä mahdollistaa laitteen mittaustarkkuuden ja herkkyyden lisäämisen sekä mittausajan lyhentämisen. Useimmat Geiger-Muller-laskurit pystyvät havaitsemaan gammasäteilyä, korkean energian beetasäteilyä ja röntgensäteitä. Korkeaenergisten alfahiukkasten määrittämiseen on kuitenkin olemassa erityiskehitystä. Annosmittarin konfiguroimiseksi havaitsemaan vain gammasäteilyä, vaarallisinta kolmesta säteilytyypistä, herkkä kammio on peitetty erityisellä lyijystä tai muusta teräksestä valmistetulla kotelolla, joka mahdollistaa beeta-hiukkasten tunkeutumisen estoon. laskuri.

SISÄÄN nykyaikaiset annosmittarit Kotitalous- ja ammattikäyttöön antureita, kuten SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1, käytetään laajalti. Ne eroavat toisistaan kokonaismitat kamerat ja muut parametrit, 20 anturin linjalle on ominaista seuraavat mitat: pituus 110 mm, halkaisija 11 mm ja 21. mallissa pituus 20-22 mm halkaisijaltaan 6 mm. On tärkeää ymmärtää mitä suurempia kokoja kamerat, ne Suuri määrä radioaktiiviset elementit lentävät sen läpi, ja sitä suurempi herkkyys ja tarkkuus sillä on. Joten 20. sarjan anturien mitat ovat 8-10 kertaa suuremmat kuin 21., ja herkkyysero on suunnilleen samoissa suhteissa.

TO Geiger-laskurin rakenne voidaan kuvata kaavamaisesti seuraavasti. Anturi, joka koostuu sylinterimäisestä säiliöstä, johon inerttiä kaasua (esimerkiksi argonia, neonia tai niiden seosta) pumpataan minimaalisella paineella helpottamaan sähköpurkauksen esiintymistä katodin ja anodin välillä. Katodi on useimmiten koko metallikotelo herkkä anturi, ja anodi on pieni johto, joka on sijoitettu eristimiin. Joskus katodi kääritään lisäksi ruostumattomasta teräksestä tai lyijystä valmistettuun suojakoteloon, jotta laskuri voidaan määrittää havaitsemaan vain gamma-kvantit.

D Kotikäyttöön käytetään tällä hetkellä useimmiten pääteantureita (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 vain 12 mikronia paksusta kiillekalvosta valmistettu syöttö (työ)ikkuna. Tämän suunnittelun avulla on mahdollista määrittää (kanssa lähietäisyys) korkeaenergiset alfahiukkaset ja matalaenergiset beetahiukkaset. Tässä tapauksessa 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, se voidaan kuvata lyhyesti seuraavasti. Aktivoituna katodi ja anodi toimitetaan korkea jännite(noin 350 - 475 volttia) kuormitusvastuksen kautta, mutta niiden välillä ei tapahdu purkausta dielektrisenä toimivan inertin kaasun vuoksi. Kun se tulee kammioon, sen energia riittää tyrmäämään vapaan elektronin kammion rungon tai katodin materiaalista, tämä elektroni alkaa lumivyöryn tapaan lyödä ulos vapaita elektroneja ympäröivästä inertistä kaasusta ja tapahtuu sen ionisoituminen; johtaa lopulta purkaukseen elektrodien välillä. Piiri on suljettu ja Tämä fakta voidaan rekisteröidä laitteen mikropiirin avulla, mikä tarkoittaa joko gamma-kvantti- tai röntgensäteilyn havaitsemista. Sitten kamera tulee sisään alkutila, jonka avulla voit havaita seuraavan hiukkasen.

H Purkausprosessin pysäyttämiseksi kammiossa ja kammion valmistelemiseksi seuraavan hiukkasen tallennusta varten on kaksi tapaa, joista toinen perustuu siihen, että jännitteen syöttö elektrodeille pysäytetään hyvin lyhyeksi ajaksi, mikä pysähtyy. kaasun ionisaatioprosessi. Toinen menetelmä perustuu siihen, että inerttiin kaasuun lisätään toista ainetta, esimerkiksi jodia, alkoholia ja muita aineita, ja ne johtavat elektrodien jännitteen alenemiseen, mikä myös pysäyttää lisäionisaatioprosessin ja kamerasta tulee toimintakykyinen. seuraavan radioaktiivisen elementin havaitsemiseksi. klo tätä menetelmää Käytetään suurikapasiteettista kuormitusvastusta.

P mittarikammiossa olevien purkausten määrä ja voidaan arvioida säteilyn taso mitatulla alueella tai tietystä kohteesta.

Geigerin laskuri— kaasupurkauslaite sen läpi kulkevien ionisoivien hiukkasten määrän laskemiseksi. Se on kaasulla täytetty kondensaattori, joka murtuu, kun ionisoiva hiukkanen ilmestyy kaasutilavuuteen. Geiger-laskurit ovat melko suosittuja ionisoivan säteilyn ilmaisimia (antureita). Tähän asti, joka keksittiin aivan vuosisadamme alussa syntymässä olevan ydinfysiikan tarpeisiin, ei kummallista kyllä ​​ole olemassa täysimittaista korvaavaa.

Geiger-laskurin suunnittelu on melko yksinkertainen. Helposti ionisoituvasta neonista ja argonista koostuva kaasuseos syötetään suljettuun säiliöön, jossa on kaksi elektrodia. Sylinterin materiaali voi olla erilainen - lasi, metalli jne.

Tyypillisesti laskurit havaitsevat säteilyn koko pinnaltaan, mutta on myös sellaisia, joissa on erityinen "ikkuna" sylinterissä tätä tarkoitusta varten. Laajassa käytössä Geiger-Muller-laskuri selittyy sen korkealla herkkyydellä, kyvyllä havaita erilaista säteilyä, suhteellisen yksinkertaisuudella ja alhaisilla asennuskustannuksilla.

Geiger-laskurin kytkentäkaavio

Elektrodeihin johdetaan korkea jännite U (katso kuva), joka ei sinänsä aiheuta purkausilmiöitä. Laskuri pysyy tässä tilassa, kunnes sen kaasumaiseen väliaineeseen ilmestyy ionisaatiokeskus – ulkopuolelta tulevan 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 tapaan kehittyvä prosessi päättyy elektroni-ionipilven muodostumiseen elektrodien väliseen tilaan, mikä lisää merkittävästi sen johtavuutta. Mittarin kaasuympäristössä tapahtuu purkaus, joka näkyy (jos säiliö on läpinäkyvä) jopa paljaalla silmällä.

Käänteinen prosessi - kaasuympäristön palauttaminen alkuperäiseen tilaan ns. halogeenimittareissa - tapahtuu itsestään. Halogeenit (yleensä kloori tai bromi), joita on pieniä määriä kaasumaisessa ympäristössä, tulevat peliin ja edistävät intensiivistä varausten rekombinaatiota. Mutta tämä prosessi on melko hidas. Aika, joka tarvitaan Geiger-laskurin säteilyherkkyyden palauttamiseen ja sen suorituskyvyn määräämiseen - "kuollut" aika - on sen tärkein passin ominaisuus.

Tällaiset mittarit on nimetty halogeeni itsesammuviksi mittareiksi. Hyvin erilainen alhainen jännite ravitsemus, hyvät parametrit lähtösignaalilla ja riittävän suurella nopeudella, ne osoittautuivat kysytyiksi ionisoivan säteilyn antureiksi kotitalouksien säteilyvalvontalaitteisiin.

Geiger-laskurit pystyvät havaitsemaan eniten eri tyyppejä ionisoiva säteily - a, b, g, ultravioletti, röntgen, neutroni. Mutta mittarin todellinen spektriherkkyys riippuu suuresti sen suunnittelusta. Siten a- ja pehmeälle b-säteilylle herkän laskurin syöttöikkunan tulee olla melko ohut; Tähän tarkoitukseen käytetään yleensä kiilleä, jonka paksuus on 3...10 mikronia. Kovaan b- ja g-säteilyyn reagoiva laskurin sylinteri on yleensä sylinterin muotoinen, jonka seinämän paksuus on 0,05...0,06 mm (toimii myös laskurin katodina). Röntgenlaskuriikkuna on valmistettu berylliumista ja ultraviolettilaskuriikkuna kvartsilasista.

Laskentanopeuden riippuvuus syöttöjännitteestä Geiger-laskimessa

Boori syötetään neutronilaskuriin, jonka kanssa vuorovaikutuksessa neutronivuo muuttuu helposti rekisteröidyiksi a-hiukkasiksi. Fotonisäteily - ultravioletti-, röntgen-, g-säteily - Geiger-laskurit havaitsevat epäsuorasti - valosähköisen vaikutuksen, Compton-ilmiön, parinmuodostusvaikutuksen kautta; kussakin tapauksessa katodiaineen kanssa vuorovaikutuksessa oleva säteily muunnetaan elektronivirtaukseksi.

Jokainen laskurin havaitsema hiukkanen muodostaa lyhyen pulssin lähtöpiirissään. Aikayksikköä kohti ilmestyvien pulssien määrä – Geiger-laskurin laskentanopeus – riippuu ionisoivan säteilyn tasosta ja sen elektrodien jännitteestä. Yllä olevassa kuvassa on vakiokaavio laskentanopeudesta syöttöjännitteen Upit funktiona. Tässä Uns on laskennan käynnistysjännite; Ung ja Uvg ovat työosan ala- ja yläraja, ns. tasanne, jossa laskentanopeus on lähes riippumaton vastavirtajännitteestä. Käyttöjännite Uр valitaan yleensä tämän osan keskeltä. Se vastaa Np - laskentanopeutta tässä tilassa.

Laskentanopeuden riippuvuus laskurin säteilyaltistusasteesta on sen pääominaisuus. Tämän riippuvuuden käyrä on luonteeltaan lähes lineaarinen ja siksi laskurin säteilyherkkyys esitetään usein pulssi/μR:nä (pulsseja per mikroröntgeni; tämä mitta seuraa laskentataajuuden - pulssi/s - suhteesta säteilyyn taso - μR/s).

Tapauksissa, joissa sitä ei ole ilmoitettu, laskurin säteilyherkkyys on myös määritettävä eri tavalla tärkeä parametri- oma tausta. Tämä on laskentanopeuden nimi, jonka tekijä on kaksi komponenttia: ulkoinen - luonnollinen taustasäteily ja sisäinen - itse laskurirakenteessa olevien radionuklidien säteily sekä sen katodin spontaani elektronien emissio.

Laskentanopeuden riippuvuus gamma-kvanttien energiasta (”isku jäykkyydellä”) Geiger-laskimessa

Toinen Geiger-laskurin olennainen ominaisuus on sen säteilyherkkyyden riippuvuus ionisoivien hiukkasten energiasta ("kovuudesta"). Sen, missä määrin tämä riippuvuus on merkittävä, osoittaa kuvan kaavio. "Jäykkyys ajaminen" vaikuttaa luonnollisesti tehtyjen mittausten tarkkuuteen.

Sillä, että Geiger-laskuri on lumivyörylaite, on myös haittapuolensa - tällaisen laitteen reaktiota ei voida käyttää arvioimaan sen virittymisen perimmäistä syytä. Geiger-laskurin a-hiukkasten, elektronien ja g-kvanttien vaikutuksesta generoimat lähtöpulssit eivät eroa toisistaan. Itse hiukkaset ja niiden energiat katoavat kokonaan niiden synnyttämissä kaksoisvyöryissä.

Taulukossa on tietoja itsesammuttavista halogeeni Geiger-laskureista kotimainen tuotanto, sopii parhaiten kodinkoneet säteilyn hallinta.

• 1 — käyttöjännite, V;
• 2 — tasanne — alue, jossa laskentanopeuden alhainen riippuvuus syöttöjännitteestä, V;
• 3 - laskurin oma tausta, imp/s, ei enempää;
• 4 — laskurin säteilyherkkyys, imp/μR (* — koboltti-60);
• 5 - lähtöpulssin amplitudi, V, ei pienempi;
• 6 - mitat, mm - halkaisija x pituus (pituus x leveys x korkeus);
• 7.1 - kova b - ja g - säteily;
• 7.2 - sama ja pehmeä b - säteily;
• 7.3 - sama ja a - säteily;
• 7,4 - g - säteily.

Laskurien käyttötarkoitus

Geiger-Muller-laskuri on kaksielektrodinen laite, joka on suunniteltu määrittämään ionisoivan säteilyn voimakkuutta tai toisin sanoen laskemaan ydinreaktioiden aikana syntyviä ionisoivia hiukkasia: heliumionit (- hiukkaset), elektronit (- hiukkaset), röntgensäde kvantit (- hiukkaset) ja neutronit. Hiukkaset leviävät hyvin suuri nopeus[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 tuottaa lyhyt (millisekunnin murto-osat) 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 erityispiirre on kyky tuottaa identtisiä lähtöjännitepulsseja riippumatta hiukkasten tyypistä, niiden energiasta ja hiukkasen tuottamien ionisaatioiden lukumäärästä anturin tilavuudessa.

Geiger-laskurin toiminta perustuu metallielektrodien väliseen ei-itse ylläpitävään pulssikaasupurkaukseen, jonka käynnistää yksi tai useampi elektroni, joka syntyy kaasun -, - tai -hiukkasen ionisaatiosta. Mittarissa käytetään yleensä lieriömäistä elektrodia, 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 "sylinterimäisessä" muodossa (kuva 2, A) tai erityisen litteän ohuen ikkunan kautta mallin "loppuversiossa" (kuva 2 ,b). Viimeinen vaihtoehto käytetään rekisteröimään hiukkasia, joilla on alhainen läpäisykyky (esim. paperiarkin pidättelemä), mutta jotka ovat erittäin biologisesti vaarallisia, jos hiukkasten lähde pääsee kehoon. Kiilleikkunoilla varustettuja ilmaisimia käytetään myös suhteellisen matalaenergiaisten hiukkasten laskemiseen ("pehmeä" beetasäteily).

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

Laskurin sylinterimäisessä versiossa, joka on suunniteltu rekisteröimään suurienergisiä hiukkasia tai pehmeitä röntgensäteitä, käytetään ohutseinäistä tyhjiökuoria, ja katodi on valmistettu ohuesta kalvosta tai ohuen metallikalvon (kuparin) muodossa. , alumiini) kerrostunut kuoren sisäpinnalle. Useissa malleissa ohutseinäinen metallikatodi (jäykisteillä) on tyhjiökuoren elementti. Kovan röntgensäteilyn (hiukkasten) läpäisykyky on lisääntynyt. Siksi se tallennetaan ilmaisimilla, joissa on melko paksut tyhjiökuoren seinämät ja massiivinen katodi. Neutronilaskureissa katodi on päällystetty ohuella kadmium- 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 jälkipurkausilmiöiden eliminoimiseksi kaasutäyttöön johdetaan bromi- tai alkoholihöyryseos (enintään 1 %).

Geiger-laskurin kyky rekisteröidä hiukkasia niiden tyypistä ja energiasta riippumatta (kehittää yksi jännitepulssi riippumatta hiukkasen synnyttämien elektronien lukumäärästä) määräytyy sen perusteella, että anodin hyvin 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 suurella kenttävoimakkuudella, jossa elektronien lumivyöryjä (yksi tai useita) kehittyy erittäin suurella elektronien lisääntymisasteella (jopa 10 7). Tästä aiheutuva virta ei kuitenkaan vielä saavuta anturisignaalin muodostusta vastaavaa arvoa.

Virran lisäntyminen käyttöarvoon johtuu siitä, että lumivyöryissä syntyy samanaikaisesti ionisaation kanssa ultraviolettifotoneja, joiden energia on noin 15 eV, joka riittää ionisoimaan kaasutäytteessä olevat epäpuhtausmolekyylit (esim. bromimolekyylien potentiaali on 12,8 V). Kerroksen ulkopuolella olevien molekyylien fotoionisaatiosta syntyvät 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 aiheuttavat korkeasta jännitteestä johtuen voimakkaita lumivyöryjä, joissa syntyy uusia fotoneja. Niiden lukumäärä ylittää alkuperäisen ja prosessi kerroksessa "fotonit - elektronilumivyöryt - fotonit" -kaavion mukaan kasvaa nopeasti (useita mikrosekunteja) (siirtyy "laukaisutilaan"). Tässä tapauksessa hiukkasen käynnistämien ensimmäisten lumivyöryjen paikalta tuleva purkaus etenee anodia pitkin ("poikittainen sytytys"), anodin virta kasvaa jyrkästi ja anturin signaalin etureuna muodostuu.

Signaalin takareuna (virran lasku) johtuu kahdesta syystä: anodin potentiaalin pienenemisestä vastuksen poikki tulevan virran aiheuttaman jännitteen pudotuksen vuoksi (etureunassa potentiaalia ylläpitää elektrodien välinen kapasitanssi) ja kerroksen sähkökentän voimakkuuden heikkeneminen ionien avaruusvarauksen vaikutuksesta sen jälkeen kun elektronit lähtevät anodista (varaus lisää pisteiden potentiaalia, minkä seurauksena kerroksen yli oleva jännitehäviö pienenee, ja hiukkasloukussa pinta-ala kasvaa). Molemmat syyt vähentävät lumivyöryjen kehittymisen intensiteettiä ja "vyöry - fotonit - lumivyöry" -kaavion mukainen prosessi häipyy, ja anturin läpi kulkeva virta pienenee. Virtapulssin päätyttyä anodin potentiaali kasvaa alkutasolle (jollakin viiveellä johtuen elektrodien välisen kapasitanssin latautumisesta anodivastuksen kautta), potentiaalijakauma elektrodien välisessä raossa palaa alkuperäiseen muotoonsa. ionien katodille lähtemisen seurauksena, ja laskuri palauttaa kyvyn rekisteröidä uusien hiukkasten saapuminen.

Ionisoivan säteilyn ilmaisimia valmistetaan kymmeniä erilaisia. Niiden nimeämiseen käytetään useita järjestelmiä. Esimerkiksi STS-2, STS-4 - itsestään sammuvat päätelaskurit tai MS-4 - laskuri kuparikatodilla (B - volframilla, G - grafiitilla) tai SAT-7 - päätyhiukkaslaskuri, SBM- 10 - laskuri - metallihiukkaset, SNM-42 - metallineutronilaskuri, SRM-1 - röntgenlaskuri jne.