Geigerio skaitiklis yra pagrindinis spinduliuotės matavimo jutiklis. Jis registruoja gama, alfa, beta spinduliuotę ir rentgeno spindulius. Jis turi didžiausią jautrumą, palyginti su kitais radiacijos registravimo būdais, pavyzdžiui, jonizacijos kameromis. Tai yra pagrindinė jo paplitimo priežastis. Kiti jutikliai spinduliuotei matuoti naudojami labai retai. Beveik visi dozimetriniai valdymo prietaisai yra pagrįsti Geigerio skaitikliais. Jie gaminami masiškai, yra įvairaus lygio prietaisų: nuo karinių priėmimo dozimetrų iki kiniškų plataus vartojimo prekių. Dabar nėra problemų įsigyti kokį nors prietaisą spinduliuotei matuoti.

Dar visai neseniai dozimetriniai prietaisai nebuvo platinami visur. Taigi iki 1986 metų, per Černobylio avariją, paaiškėjo, kad gyventojai tiesiog neturėjo jokių dozimetrinių žvalgybos prietaisų, o tai, beje, dar labiau paaštrino nelaimės pasekmes. Tuo pačiu metu, nepaisant radijo mėgėjų ir techninės kūrybos ratų plitimo, Geigerio skaitikliai nebuvo parduodami parduotuvėse, todėl naminių dozimetrų gamyba buvo neįmanoma.

Geigerio skaitiklių veikimo principas

Tai itin paprastu veikimo principu pasižymintis elektrovakuuminis įrenginys. Radiacijos jutiklis yra metalinė arba stiklinė kamera su metalizacija, užpildyta retintomis inertinėmis dujomis. Kameros centre dedamas elektrodas. Kameros išorinės sienos yra prijungtos prie aukštos įtampos šaltinio (dažniausiai 400 voltų). Vidinis elektrodas - prie jautraus stiprintuvo. Jonizuojanti spinduliuotė (radiacija) yra dalelių srautas. Jie tiesiogine prasme perneša elektronus iš aukštos įtampos katodo į anodo siūlus. Ant jo tiesiog indukuojama įtampa, kurią jau galima išmatuoti prijungus prie stiprintuvo.

Didelis Geigerio skaitiklio jautrumas yra dėl lavinos efekto. Energija, kurią stiprintuvas registruoja išėjime, nėra jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinio energija. Tai yra paties dozimetro aukštos įtampos maitinimo šaltinio energija. Prasiskverbianti dalelė neša tik elektroną (energijos krūvį, kuris virsta skaitiklio užregistruota srove). Tarp elektrodų buvo įvestas dujų mišinys, susidedantis iš inertinių dujų: argono, neono. Jis skirtas aukštos įtampos iškrovoms gesinti. Jei atsiranda toks iškrovimas, tai bus klaidingai teigiamas skaitiklis. Tolesnė matavimo grandinė ignoruoja tokius šuolius. Be to, nuo jų turi būti apsaugotas ir aukštos įtampos maitinimo šaltinis.

Geigerio skaitiklio maitinimo grandinė suteikia kelių mikroamperų išėjimo srovę, kai išėjimo įtampa yra 400 voltų. Tiksli maitinimo įtampos vertė nustatoma kiekvienai skaitiklio markei pagal jo techninę specifikaciją.

Geigerio skaitiklių galimybės, jautrumas, aptikta spinduliuotė

Naudojant Geigerio skaitiklį, galima labai tiksliai registruoti ir išmatuoti gama ir beta spinduliuotę. Deja, tiesiogiai atpažinti spinduliuotės tipo neįmanoma. Tai daroma netiesiogiai tarp jutiklio ir tiriamo objekto ar srities pastatant barjerus. Gama spinduliai yra labai pralaidūs ir jų fonas nesikeičia. Jei dozimetras aptiks beta spinduliuotę, tai atskyrimo barjero įrengimas net iš plono metalo lakšto beveik visiškai užblokuos beta dalelių srautą.

Anksčiau plačiai paplitę individualių dozimetrų DP-22, DP-24 rinkiniai nenaudojo Geigerio skaitiklių. Vietoj to ten buvo naudojamas jonizacijos kameros jutiklis, todėl jautrumas buvo labai mažas. Šiuolaikiniai dozimetriniai prietaisai, pagrįsti Geigerio skaitikliais, yra tūkstančius kartų jautresni. Jais galima užfiksuoti natūralius saulės spinduliuotės fono pokyčius.

Ypatingas Geigerio skaitiklio bruožas yra jo jautrumas, kuris dešimtis ir šimtus kartų viršija reikalaujamą lygį. Jei visiškai apsaugotoje švino kameroje įjungtas skaitiklis, jis parodys didžiulį natūralų radiacijos foną. Šios indikacijos nėra paties skaitiklio konstrukcijos trūkumas, kuris buvo patikrintas daugybe laboratorinių tyrimų. Tokie duomenys yra natūralaus kosminio spinduliavimo fono pasekmė. Eksperimentas tik parodo, koks jautrus yra Geigerio skaitiklis.

Specialiai šio parametro matavimui techninėse specifikacijose nurodoma reikšmė "impulsų skaitiklio jautrumas μr" (impulsai per mikrosekundę). Kuo daugiau šių impulsų – tuo didesnis jautrumas.

Spinduliuotės matavimas Geigerio skaitikliu, dozimetro grandine

Dozimetro grandinę galima suskirstyti į du funkcinius modulius: aukštos įtampos maitinimo šaltinį ir matavimo grandinę. Aukštos įtampos maitinimo šaltinis – analoginė grandinė. Skaitmeninių dozimetrų matavimo modulis visada yra skaitmeninis. Tai impulsų skaitiklis, kuris prietaiso skalėje rodo atitinkamą vertę skaičių pavidalu. Norint išmatuoti spinduliuotės dozę, reikia skaičiuoti impulsus per minutę, 10, 15 sekundžių ar kitas reikšmes. Mikrovaldiklis paverčia impulsų skaičių į konkrečią vertę dozimetro skalėje standartiniais spinduliuotės vienetais. Čia yra dažniausiai pasitaikantys:

• rentgeno spinduliai (dažniausiai naudojamas mikrorentgenas);
• Sivertas (mikrozivertas - mSv);
• Pilka, laiminga
• srauto tankis mikrovatais/m2.

Sivertas yra dažniausiai naudojamas radiacijos matavimo vienetas. Visos normos su ja koreliuojamos, papildomų perskaičiavimų nereikia. Rem – radiacijos poveikio biologiniams objektams nustatymo vienetas.

Dujų išlydžio Geigerio skaitiklio palyginimas su puslaidininkiniu spinduliuotės jutikliu

Geigerio skaitiklis yra dujų išlydžio įrenginys, o dabartinė mikroelektronikos tendencija yra jų atsikratyti visur. Sukurta dešimtys puslaidininkinių spinduliuotės jutiklių. Jų registruojamas radiacinio fono lygis yra daug didesnis nei Geigerio skaitiklių. Puslaidininkinio jutiklio jautrumas prastesnis, tačiau jis turi dar vieną privalumą – efektyvumą. Puslaidininkiams nereikia aukštos įtampos galios. Jie puikiai tinka nešiojamiems dozimetrams, maitinamiems baterijomis. Kitas privalumas – alfa dalelių registracija. Skaitiklio dujų tūris yra daug didesnis nei puslaidininkinio jutiklio, tačiau jo matmenys vis tiek priimtini net nešiojamai įrangai.

Alfa, beta ir gama spinduliuotės matavimas

Lengviausia išmatuoti gama spinduliuotę. Tai elektromagnetinė spinduliuotė, kuri yra fotonų srautas (šviesa taip pat yra fotonų srautas). Skirtingai nuo šviesos, ji turi daug didesnį dažnį ir labai trumpą bangos ilgį. Tai leidžia jam prasiskverbti per atomus. Civilinėje gynyboje gama spinduliuotė yra prasiskverbianti spinduliuotė. Jis prasiskverbia pro namų sienas, automobilius, įvairias konstrukcijas ir yra sulaikomas tik kelių metrų ilgio žemės ar betono sluoksniu. Gama kvantų registracija atliekama kalibruojant dozimetrą pagal natūralią saulės gama spinduliuotę. Radiacijos šaltiniai nebūtini. Visai kas kita yra su beta ir alfa spinduliuote.

Jei jonizuojančiąją spinduliuotę α (alfa spinduliuotę) sklinda iš išorinių objektų, ji yra beveik saugi ir yra helio atomų branduolių srautas. Šių dalelių diapazonas ir pralaidumas yra nedideli – keli mikrometrai (maksimaliai milimetrai) – priklausomai nuo terpės pralaidumo. Dėl šios savybės Geigerio skaitiklis jo beveik neregistruoja. Tuo pačiu metu svarbu registruoti alfa spinduliuotę, nes šios dalelės yra ypač pavojingos, kai prasiskverbia į kūną su oru, maistu ir vandeniu. Geigerio skaitikliai naudojami ribotai. Dažniau naudojami specialūs puslaidininkiniai jutikliai.

Beta spinduliuotę puikiai registruoja Geigerio skaitiklis, nes beta dalelė yra elektronas. Jis atmosferoje gali nukeliauti šimtus metrų, tačiau jį gerai sugeria metaliniai paviršiai. Šiuo atžvilgiu Geigerio skaitiklis turi turėti žėručio langą. Metalinė kamera pagaminta su nedideliu sienelės storiu. Vidinių dujų sudėtis parenkama taip, kad būtų užtikrintas nedidelis slėgio kritimas. Beta spinduliuotės detektorius dedamas ant nuotolinio zondo. Kasdieniame gyvenime tokie dozimetrai nėra labai paplitę. Tai daugiausia kariniai produktai.

Asmeninis dozimetras su Geigerio skaitikliu

Šios klasės prietaisai pasižymi dideliu jautrumu, priešingai nei senesni modeliai su jonizacijos kameromis. Patikimus modelius siūlo daugelis vietinių gamintojų: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Tai visi atskiri įrenginiai, kurių duomenys išvedami į ekraną standartiniais matavimo vienetais. Yra sukauptos spinduliuotės dozės ir momentinio fono lygio rodymo režimas.

Daug žadanti kryptis – buitinis dozimetras-prijungimas prie išmaniojo telefono. Tokius prietaisus gamina užsienio gamintojai. Jie turi turtingas technines galimybes, yra funkcija saugoti rodmenis, skaičiuoti, perskaičiuoti ir sumuoti spinduliuotę dienomis, savaitėmis, mėnesiais. Kol kas dėl mažų gamybos apimčių šių įrenginių savikaina yra gana didelė.

Naminiai dozimetrai, kam jie reikalingi?

Geigerio skaitiklis yra specifinis dozimetro elementas, visiškai neprieinamas savarankiškai gaminti. Be to, jis randamas tik dozimetruose arba parduodamas atskirai radijo parduotuvėse. Jei yra šis jutiklis, visus kitus dozimetro komponentus galima surinkti nepriklausomai nuo įvairios plataus vartojimo elektronikos dalių: televizorių, pagrindinių plokščių ir kt. Dabar radijo mėgėjų svetainėse ir forumuose siūloma apie tuziną dizainų. Verta juos rinkti, nes tai yra labiausiai išplėtotos parinktys, kuriose yra išsamūs nustatymo ir derinimo vadovai.

Geigerio skaitiklio perjungimo grandinė visada reiškia, kad yra aukštos įtampos šaltinis. Tipinė skaitiklio darbinė įtampa yra 400 voltų. Jis gaunamas pagal blokuojančią generatoriaus grandinę, ir tai yra sudėtingiausias dozimetro grandinės elementas. Skaitiklio išvestį galima prijungti prie žemo dažnio stiprintuvo ir skaičiuoti paspaudimus garsiakalbyje. Toks dozimetras surenkamas avariniais atvejais, kai praktiškai nėra laiko gamybai. Teoriškai Geigerio skaitiklio išvestis gali būti prijungta prie buitinės įrangos, pavyzdžiui, kompiuterio, garso įvesties.

Naminiai dozimetrai, tinkami tiksliems matavimams, yra sumontuoti ant mikrovaldiklių. Programavimo įgūdžių čia nereikia, nes programa įrašoma paruošta iš laisvos prieigos. Sunkumai čia būdingi namų elektronikos gamybai: gauti spausdintinę plokštę, lituoti radijo komponentus, pagaminti korpusą. Visa tai išsprendžiama nedidelėje dirbtuvėje. Naminiai dozimetrai iš Geigerio skaitiklių gaminami šiais atvejais:

• nėra galimybės įsigyti paruošto dozimetro;
• jums reikia įrenginio su specialiomis savybėmis;
• būtina ištirti dozimetro konstravimo ir reguliavimo procesą.

Naminis dozimetras sukalibruojamas natūraliu fonu naudojant kitą dozimetrą. Tai užbaigia statybos procesą.

Jei turite klausimų - palikite juos komentaruose po straipsniu. Mes arba mūsų lankytojai mielai į juos atsakys.

Geigerio-Mulerio skaitiklis

D Norint nustatyti radiacijos lygį, naudojamas specialus prietaisas -. O tokiems buitiniams ir daugeliui profesionalių dozimetrinių valdymo prietaisų prietaisams naudojamas kaip jautrus elementas Geigerio skaitiklis . Ši radiometro dalis leidžia tiksliai nustatyti radiacijos lygį.

Geigerio skaitiklio istorija

AT pirmas prietaisas radioaktyviųjų medžiagų skilimo intensyvumui nustatyti gimė 1908 m., jį išrado vokietis fizikas Hansas Geigeris . Po dvidešimties metų kartu su kitu fiziku Walteris Miuleris prietaisas buvo patobulintas ir šių dviejų mokslininkų garbei buvo pavadintas.

AT branduolinės fizikos raidos ir formavimosi laikotarpiu buvusioje Sovietų Sąjungoje taip pat buvo sukurti atitinkami prietaisai, plačiai naudojami ginkluotosiose pajėgose, atominėse elektrinėse ir specialiose civilinės gynybos radiacinės stebėsenos grupėse. Nuo praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio tokie dozimetrai turėjo Geigerio principu paremtą skaitiklį, būtent SBM-20 . Šis skaitiklis, lygiai kaip ir kitas jo analogas STS-5 , plačiai naudojamas iki šių dienų, taip pat yra dalis šiuolaikinės dozimetrinės kontrolės priemonės .

1 pav. Dujų išlydžio skaitiklis STS-5.

2 pav. Dujų išlydžio skaitiklis SBM-20.

Geigerio-Muller skaitiklio veikimo principas

Ir Geigerio pasiūlyta radioaktyviųjų dalelių registravimo idėja yra gana paprasta. Jis pagrįstas elektrinių impulsų atsiradimo inertinių dujų terpėje principu, veikiant labai įkrautai radioaktyviajai dalelei arba elektromagnetinių virpesių kvantui. Norėdami išsamiau pasikalbėti apie skaitiklio veikimo mechanizmą, šiek tiek pasikalbėkime apie jo dizainą ir jame vykstančius procesus, kai radioaktyvioji dalelė praeina per jautrų prietaiso elementą.

R registravimo prietaisas yra sandarus balionas ar talpykla, kuri pripildyta inertinių dujų, tai gali būti neonas, argonas ir kt. Toks indas gali būti pagamintas iš metalo arba stiklo, o jame esančios dujos yra žemo slėgio, tai daroma tyčia, siekiant supaprastinti įkrautos dalelės aptikimo procesą. Talpyklos viduje yra du elektrodai (katodas ir anodas), kuriems per specialų apkrovos rezistorių tiekiama aukšta nuolatinė įtampa.

3 pav. Įrenginys ir grandinė Geigerio skaitikliui įjungti.

P Įjungus skaitiklį inertinių dujų terpėje, dėl didelės terpės varžos ant elektrodų iškrova nevyksta, tačiau situacija pasikeičia, jei į prietaiso jautraus elemento kamerą patenka radioaktyvioji dalelė ar elektromagnetinių virpesių kvantas. . Tokiu atveju pakankamai didelį energijos krūvį turinti dalelė išmuša iš artimiausios aplinkos tam tikrą skaičių elektronų, t.y. nuo kūno elementų arba pačių fizinių elektrodų. Tokie elektronai, atsidūrę inertinių dujų aplinkoje, veikiami aukštai įtampai tarp katodo ir anodo, pradeda judėti link anodo, pakeliui jonizuodami šių dujų molekules. Dėl to jie išmuša antrinius elektronus iš dujų molekulių, ir šis procesas auga geometrine skale, kol tarp elektrodų įvyksta gedimas. Iškrovos būsenoje grandinė užsidaro labai trumpam laikui, o tai sukelia srovės šuolį apkrovos rezistoriuje, ir būtent šis šuolis leidžia registruoti dalelės ar kvanto praėjimą per registracijos kamerą.

T Šis mechanizmas leidžia registruoti vieną dalelę, tačiau aplinkoje, kurioje jonizuojanti spinduliuotė yra pakankamai intensyvi, reikia greitai grąžinti registravimo kamerą į pradinę padėtį, kad būtų galima nustatyti nauja radioaktyvioji dalelė . Tai pasiekiama dviem skirtingais būdais. Pirmasis iš jų yra trumpam sustabdyti įtampos tiekimą elektrodams, tokiu atveju inertinių dujų jonizacija staiga sustoja, o naujas bandymo kameros įtraukimas leidžia pradėti įrašymą nuo pat pradžių. Šis skaitiklio tipas vadinamas savaime neužgęstantys dozimetrai . Antrojo tipo prietaisai, būtent savaime gesinantys dozimetrai, jų veikimo principas – į inertinių dujų aplinką įterpti specialių priedų, kurių pagrindą sudaro įvairūs elementai, pavyzdžiui, bromas, jodas, chloras ar alkoholis. Tokiu atveju jų buvimas automatiškai nutraukia iškrovą. Esant tokiai bandymo kameros struktūrai, kaip apkrovos rezistorius naudojamas kartais kelių dešimčių megaomų varžos. Tai leidžia iškrovos metu smarkiai sumažinti potencialų skirtumą katodo ir anodo galuose, o tai sustabdo laidų procesą ir kamera grįžta į pradinę būseną. Reikėtų pažymėti, kad mažesnė nei 300 voltų elektrodų įtampa automatiškai nustoja palaikyti iškrovą.

Visas aprašytas mechanizmas leidžia per trumpą laiką užregistruoti didžiulį kiekį radioaktyviųjų dalelių.

Radioaktyviosios spinduliuotės rūšys

H suprasti, kas užregistruota Geigerio-Mulerio skaitikliai , verta pasidomėti, kokie jo tipai egzistuoja. Iš karto verta paminėti, kad dujų išlydžio skaitikliai, kurie yra daugumos šiuolaikinių dozimetrų dalis, gali registruoti tik radioaktyviai įkrautų dalelių skaičių arba kvantus, tačiau negali nustatyti nei jų energetinių charakteristikų, nei spinduliuotės tipo. Tam dozimetrai daromi daugiafunkciškesni ir tikslesni, o norint juos teisingai palyginti, reikėtų tiksliau suprasti jų galimybes.

P pagal šiuolaikines branduolinės fizikos idėjas, spinduliuotę galima suskirstyti į du tipus, pirmasis pagal formą elektromagnetinis laukas , antrasis formoje dalelių srautas (kūno spinduliuotė). Pirmasis tipas gali būti gama dalelių srautas arba rentgeno spinduliai . Pagrindinis jų bruožas yra galimybė sklisti bangos pavidalu labai dideliais atstumais, tuo tarpu jie lengvai pereina per įvairius objektus ir gali lengvai prasiskverbti į įvairiausias medžiagas. Pavyzdžiui, jei žmogui reikia slėptis nuo gama spindulių srauto dėl branduolinio sprogimo, tai slėpdamasis namo rūsyje ar bombų pastogėje, atsižvelgiant į santykinį sandarumą, jis gali apsisaugoti nuo tokio tipo spinduliuotės tik 50 proc.

4 pav. Rentgeno ir gama spinduliuotės kiekiai.

T kokio tipo spinduliuotė yra impulsinio pobūdžio ir jai būdingas sklidimas aplinkoje fotonų arba kvantų pavidalu, t.y. trumpi elektromagnetinės spinduliuotės pliūpsniai. Tokia spinduliuotė gali turėti skirtingas energijos ir dažnio charakteristikas, pavyzdžiui, rentgeno spinduliai turi tūkstantį kartų mažesnį dažnį nei gama spinduliai. Taigi gama spinduliai yra daug pavojingesni žmogaus organizmui ir jų poveikis yra daug žalingesnis.

Ir Spinduliuotė, pagrįsta korpuskuliniu principu, yra alfa ir beta dalelės (kūneliai). Jie atsiranda dėl branduolinės reakcijos, kai vieni radioaktyvieji izotopai paverčiami kitais, išskiriant didžiulį kiekį energijos. Šiuo atveju beta dalelės yra elektronų srautas, o alfa dalelės yra daug didesni ir stabilesni dariniai, susidedantys iš dviejų neutronų ir dviejų vienas su kitu sujungtų protonų. Tiesą sakant, helio atomo branduolys turi tokią struktūrą, todėl galima teigti, kad alfa dalelių srautas yra helio branduolių srautas.

Priimta tokia klasifikacija , alfa dalelės turi mažiausiai prasiskverbimo gebėjimą apsisaugoti nuo jų, žmogui užtenka storo kartono, beta dalelės turi didesnį prasiskverbimą, kad žmogus galėtų apsisaugoti nuo tokios spinduliuotės srauto, jam reikės metalo apsaugos kelių milimetrų storio (pavyzdžiui, aliuminio lakštas). Apsaugos nuo gama kvantų praktiškai nėra, be to, jie pasklinda dideliais atstumais, toldami nuo epicentro ar šaltinio nyksta ir paklūsta elektromagnetinių bangų sklidimo dėsniams.

5 pav. Radioaktyviosios dalelės alfa ir beta tipo.

Į Visų šių trijų tipų spinduliuotės turimi energijos kiekiai taip pat skiriasi, o alfa dalelių srautas turi didžiausią iš jų. Pavyzdžiui, alfa dalelių turima energija yra septynis tūkstančius kartų didesnė už beta dalelių energiją , t.y. Įvairių tipų spinduliuotės prasiskverbimo galia yra atvirkščiai proporcinga jų skverbimosi galiai.

D Žmogaus organizmui laikoma pavojingiausia radioaktyviosios spinduliuotės rūšimi gama kvantai , dėl didelės prasiskverbimo galios, o vėliau nusileidžiančios beta dalelės ir alfa dalelės. Todėl gana sunku nustatyti alfa daleles, jei to neįmanoma pasakyti naudojant įprastą skaitiklį. Geigeris – Mulleris, nes jiems trukdo beveik bet koks daiktas, jau nekalbant apie stiklinę ar metalinę tarą. Su tokiu skaitikliu galima nustatyti beta daleles, bet tik tuo atveju, jei jų energijos pakanka praeiti pro skaitiklio talpyklos medžiagą.

Mažos energijos beta dalelių atveju įprastas Geigerio-Muller skaitiklis yra neefektyvus.

O Esant panašiai situacijai su gama spinduliuote, yra tikimybė, kad jie prasiskverbs per talpyklą nesukeldami jonizacijos reakcijos. Tam skaitikliuose sumontuotas specialus ekranas (pagamintas iš tankaus plieno arba švino), kuris leidžia sumažinti gama spindulių energiją ir taip suaktyvinti iškrovą skaitiklio kameroje.

Pagrindinės Geigerio-Muller skaitiklių charakteristikos ir skirtumai

Su Taip pat verta pabrėžti kai kurias pagrindines įvairių turimų dozimetrų charakteristikas ir skirtumus Geigerio-Muller dujų išlydžio skaitikliai. Norėdami tai padaryti, turėtumėte palyginti kai kuriuos iš jų.

Dažniausiai Geigerio-Muller skaitikliai yra aprūpinti cilindro formos arba pabaigos jutikliai. Cilindriniai yra panašūs į pailgą cilindrą mažo spindulio vamzdžio pavidalu. Galinė jonizacijos kamera yra apvalios arba stačiakampės formos, mažo dydžio, tačiau su dideliu galiniu darbiniu paviršiumi. Kartais yra įvairių galinių kamerų su pailgu cilindriniu vamzdžiu su nedideliu įėjimo langeliu galinėje pusėje. Skirtingos skaitiklių konfigūracijos, būtent pačios kameros, gali registruoti įvairių tipų spinduliuotę ar jų derinius (pavyzdžiui, gama ir beta spindulių derinius arba visą alfa, beta ir gama spektrą). Tai tampa įmanoma dėl specialiai sukurto skaitiklio korpuso dizaino, taip pat medžiagos, iš kurios jis pagamintas.

E Kitas svarbus komponentas pagal numatytą skaitiklių naudojimą yra įvesties jautraus elemento plotas ir darbo sritis . Kitaip tariant, tai yra sektorius, per kurį pateks ir bus registruojamos mus dominančios radioaktyviosios dalelės. Kuo didesnis šis plotas, tuo daugiau skaitiklis galės užfiksuoti daleles ir bus didesnis jo jautrumas spinduliuotei. Paso duomenys k nurodo darbinio paviršiaus plotą, kaip taisyklė, kvadratiniais centimetrais.

E Kitas svarbus rodiklis, nurodytas dozimetro charakteristikose, yra triukšmo lygis (matuojama impulsais per sekundę). Kitaip tariant, šis rodiklis gali būti vadinamas vidine fono verte. Jį galima nustatyti laboratorijoje, tam prietaisas patalpinamas į gerai apsaugotą patalpą ar kamerą, dažniausiai storomis švino sienelėmis, ir fiksuojamas paties prietaiso skleidžiamos spinduliuotės lygis. Akivaizdu, kad jei toks lygis yra pakankamai reikšmingas, tai šie sukelti triukšmai tiesiogiai paveiks matavimo paklaidas.

Kiekvienas specialistas ir spinduliuotė turi tokią charakteristiką kaip spinduliuotės jautrumas, taip pat matuojamas impulsais per sekundę (imp/s) arba impulsais mikrorentgenui (imp/µR). Toks parametras, tiksliau, jo naudojimas, tiesiogiai priklauso nuo jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinio, prie kurio sureguliuotas skaitiklis ir pagal kurį bus atliekami tolesni matavimai. Dažnai derinimą atlieka šaltiniai, įskaitant tokias radioaktyviąsias medžiagas kaip radis - 226, kobaltas - 60, cezis - 137, anglis - 14 ir kt.

E Kitas rodiklis, pagal kurį verta lyginti dozimetrus, yra jonų spinduliuotės aptikimo efektyvumas arba radioaktyviųjų dalelių. Šis kriterijus egzistuoja dėl to, kad bus registruojamos ne visos radioaktyviosios dalelės, praeinančios per jautrų dozimetro elementą. Tai gali atsitikti tuo atveju, kai gama spinduliuotės kvantas nesukėlė jonizacijos skaitiklio kameroje arba dalelių, kurios praėjo ir sukėlė jonizaciją bei iškrovą, skaičius yra toks didelis, kad prietaisas jų nepakankamai skaičiuoja, ir dėl kitų priežasčių. Norint tiksliai nustatyti šią konkretaus dozimetro charakteristiką, jis išbandomas naudojant kai kuriuos radioaktyviuosius šaltinius, pavyzdžiui, plutonio-239 (alfa dalelėms) arba taliui - 204, stronciui - 90, itriui - 90 (beta spinduliuotei), taip pat kitos radioaktyvios medžiagos.

Su Kitas kriterijus, į kurį reikia atsižvelgti, yra registruotas energijos diapazonas . Bet kuri radioaktyvioji dalelė ar spinduliuotės kvantas turi skirtingą energetinę charakteristiką. Todėl dozimetrai skirti matuoti ne tik tam tikros rūšies spinduliuotę, bet ir atitinkamas jų energetines charakteristikas. Toks rodiklis matuojamas megaelektronvoltais arba kiloelektronvoltais, (MeV, KeV). Pavyzdžiui, jei beta dalelės neturi pakankamai energijos, tada jos negalės išmušti elektrono skaitiklio kameroje, todėl nebus registruojamos arba tik didelės energijos alfa dalelės galės prasiskverbti pro Geigerio-Mulerio skaitiklio korpuso medžiaga ir išmuša elektroną.

Ir Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, šiuolaikiniai spinduliuotės dozimetrų gamintojai gamina platų prietaisų asortimentą įvairioms reikmėms ir konkrečioms pramonės šakoms. Todėl verta apsvarstyti konkrečius Geigerio skaitiklių tipus.

Įvairūs Geigerio-Muller skaitiklių variantai

P Pirmoji dozimetrų versija yra įrenginiai, skirti registruoti ir aptikti gama fotonus ir aukšto dažnio (kietą) beta spinduliuotę. Šiam matavimo diapazonui yra skirti beveik visi anksčiau pagaminti ir modernūs, tiek buitiniai, pavyzdžiui:, tiek, pavyzdžiui, profesionalūs radiacijos dozimetrai. Tokia spinduliuotė turi pakankamai energijos ir didelę prasiskverbimo galią, kad Geigerio skaitiklio kamera galėtų juos registruoti. Tokios dalelės ir fotonai lengvai prasiskverbia pro skaitiklio sieneles ir sukelia jonizacijos procesą, o tai nesunkiai fiksuoja atitinkamas elektroninis dozimetro užpildymas.

D Norint užregistruoti tokio tipo spinduliuotę, naudojami populiarūs skaitikliai, tokie kaip SBM-20 , turintis cilindrinio vamzdžio cilindro pavidalo jutiklį su bendraašiu laidu sujungtu katodu ir anodu. Be to, jutiklio vamzdžio sienelės vienu metu atlieka katodo ir korpuso funkciją ir yra pagamintos iš nerūdijančio plieno. Šis skaitiklis turi šias charakteristikas:

• jautraus elemento darbo zonos plotas yra 8 kvadratiniai centimetrai;
• radiacijos jautrumas gama spinduliuotei 280 impulsų / s arba 70 impulsų / μR (buvo atliktas cezio bandymas - 137 esant 4 μR / s);
• vidinis dozimetro fonas yra apie 1 imp/s;
• Jutiklis skirtas aptikti gama spinduliuotę, kurios energija yra nuo 0,05 MeV iki 3 MeV, ir beta daleles, kurių energija yra 0,3 MeV išilgai apatinės ribos.

6 pav. Geigerio skaitiklis SBM-20.

At Buvo įvairių šio skaitiklio modifikacijų, pvz. SBM-20-1 arba SBM-20U , kurių charakteristikos yra panašios, tačiau skiriasi pagrindine kontaktinių elementų konstrukcija ir matavimo grandine. Kitos šio Geigerio-Muller skaitiklio modifikacijos, tai SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, taip pat turi panašius parametrus, daug jų yra buitiniuose radiacijos dozimetračiuose, kuriuos šiandien galima rasti parduotuvėse. .

Su Kita radiacijos dozimetrų grupė skirta registruoti gama fotonai ir rentgeno spinduliai . Jei kalbėtume apie tokių prietaisų tikslumą, tai reikėtų suprasti, kad fotonas ir gama spinduliuotė yra elektromagnetinės spinduliuotės kvantai, judantys šviesos greičiu (apie 300 000 km/s), todėl registruoti tokį objektą yra gana sudėtinga užduotis.

Tokių Geigerio skaitiklių efektyvumas siekia apie vieną procentą.

H Norint jį padidinti, reikia padidinti katodo paviršių. Tiesą sakant, gama kvantai registruojami netiesiogiai dėl jų išmuštų elektronų, kurie vėliau dalyvauja inertinių dujų jonizacijoje. Siekiant kuo efektyviau skatinti šį reiškinį, specialiai parenkama prieškameros medžiaga ir sienelės storis, taip pat katodo matmenys, storis ir medžiaga. Čia didelis medžiagos storis ir tankis gali sumažinti registravimo kameros jautrumą, o per mažas leis aukšto dažnio beta spinduliuotei lengvai patekti į kamerą, taip pat padidins natūralų įrenginiui spinduliuotės triukšmą, kuris nuslopina gama kvantų aptikimo tikslumą. Natūralu, kad tikslias proporcijas parenka gamintojai. Tiesą sakant, šiuo principu gaminami dozimetrai Geigerio-Mulerio skaitikliai tiesioginiam gama spinduliuotei ant žemės nustatyti, o toks prietaisas neleidžia nustatyti bet kokių kitų spinduliuotės rūšių ir radioaktyvaus poveikio, o tai leidžia tiksliai nustatyti radiacinį užterštumą ir neigiamo poveikio žmogui lygį tik gama spinduliuote. .

AT Buitiniai dozimetrai, kuriuose yra cilindriniai jutikliai, montuojami šių tipų: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 ir daugelis kitų. Be to, kai kurių tipų įvesties, galo, jautriame lange yra sumontuotas specialus filtras, kuris specialiai skirtas alfa ir beta dalelėms nupjauti ir papildomai padidina katodo plotą, kad būtų galima efektyviau nustatyti gama kvantus. Šie jutikliai apima Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M ir kitus.

H Norint aiškiau suprasti jų veikimo principą, verta išsamiau apsvarstyti vieną iš šių skaitiklių. Pavyzdžiui, galinis skaitiklis su jutikliu Beta – 2 mln , kurio darbinis langas yra apvalios formos, kuris yra apie 14 kvadratinių centimetrų. Šiuo atveju radiacijos jautrumas kobaltui - 60 yra apie 240 impulsų / μR. Šio tipo matuokliai turi labai mažą triukšmo lygį. , kuris yra ne didesnis kaip 1 impulsas per sekundę. Tai įmanoma dėl storų sienelių švino kameros, kuri, savo ruožtu, skirta aptikti fotonų spinduliuotę, kurios energija yra nuo 0,05 MeV iki 3 MeV.

7 pav. Galinis gama skaitiklis Beta-2M.

Gama spinduliuotei nustatyti visiškai įmanoma naudoti gama beta impulsų skaitiklius, kurie yra skirti aptikti kietąsias (aukšto dažnio ir didelės energijos) beta daleles ir gama kvantus. Pavyzdžiui, SBM modelis yra 20. Jei šiame dozimetro modelyje norite neįtraukti beta dalelių registravimo, pakanka sumontuoti švino ekraną arba skydą iš bet kokios kitos metalinės medžiagos (švininis ekranas yra efektyvesnis ). Tai yra labiausiai paplitęs būdas, kurį dauguma dizainerių naudoja kurdami gama ir rentgeno spindulių skaitiklius.

„Minkštosios“ beta spinduliuotės registracija.

Į Kaip jau minėjome anksčiau, minkštosios beta spinduliuotės (spinduliuotės su mažos energijos charakteristikomis ir santykinai žemu dažniu) registravimas yra gana sudėtinga užduotis. Norėdami tai padaryti, būtina suteikti galimybę lengviau patekti į registracijos kamerą. Šiems tikslams gaminamas specialus plonas darbinis langas, dažniausiai iš žėručio arba polimerinės plėvelės, kuris praktiškai nesudaro kliūčių tokio tipo beta spinduliuotei prasiskverbti į jonizacijos kamerą. Šiuo atveju pats jutiklio korpusas gali veikti kaip katodas, o anodas yra linijinių elektrodų sistema, kuri yra tolygiai paskirstyta ir sumontuota ant izoliatorių. Registracijos langas daromas galutiniame variante, ir šiuo atveju beta dalelių kelyje atsiranda tik plona žėručio plėvelė. Dozimetruose su tokiais skaitikliais gama spinduliuotė registruojama kaip programa ir, tiesą sakant, kaip papildoma funkcija. Ir jei norite atsikratyti gama kvantų registravimo, turite sumažinti katodo paviršių.

8 pav. Geigerio skaitiklio prietaisas.

Su Pažymėtina, kad minkštųjų beta dalelių nustatymo skaitikliai buvo sukurti gana seniai ir sėkmingai pradėti naudoti praėjusio amžiaus antroje pusėje. Tarp jų labiausiai paplitę buvo tokio tipo jutikliai SBT10 ir SI8B , kuriame buvo plonasieniai žėručio darbo langai. Modernesnė tokio įrenginio versija Beta 5 turi apie 37 kv/cm darbinio lango plotą, stačiakampio formos iš žėručio medžiagos. Tokiems jutimo elemento matmenims įrenginys geba registruoti apie 500 impulsų/μR, matuojant kobaltu – 60. Tuo pačiu dalelių aptikimo efektyvumas siekia iki 80 procentų. Kiti šio įrenginio rodikliai yra tokie: savaiminis triukšmas yra 2,2 impulso / s, energijos aptikimo diapazonas yra nuo 0,05 iki 3 MeV, o apatinė minkštosios beta spinduliuotės nustatymo riba yra 0,1 MeV.

9 pav. Pabaiga beta-gama skaitiklis Beta-5.

Ir Natūralu, kad tai verta paminėti Geigerio-Mulerio skaitikliai galintis aptikti alfa daleles. Jei atrodo, kad minkštosios beta spinduliuotės registravimas yra gana sudėtinga užduotis, tada alfa dalelę aptikti dar sunkiau, net ir esant dideliems energijos rodikliams. Tokią problemą galima išspręsti tik atitinkamai sumažinus darbinio lango storį iki tokio storio, kurio pakaktų alfa dalelei patekti į jutiklio registracijos kamerą, taip pat beveik visiškai suderinus įvestį. langas į alfa dalelių spinduliuotės šaltinį. Šis atstumas turėtų būti 1 mm. Akivaizdu, kad toks prietaisas automatiškai registruos bet kokias kitas spinduliuotės rūšis, be to, pakankamai efektyviai. Tai turi ir teigiamų, ir neigiamų pusių:

Teigiamas – toks prietaisas gali būti naudojamas plačiausiai radioaktyviosios spinduliuotės analizei

neigiamas - dėl padidėjusio jautrumo kils didelis triukšmas, dėl kurio bus sunku analizuoti gautus registracijos duomenis.

Į Be to, nors žėručio darbinis langas yra per plonas, jis padidina skaitiklio galimybes, tačiau kenkia mechaniniam stiprumui ir jonizacijos kameros sandarumui, juolab kad pats langas turi gana didelį darbinio paviršiaus plotą. Palyginimui, aukščiau paminėtuose skaitikliuose SBT10 ir SI8B, kurių darbinio lango plotas apie 30 kv/cm, žėručio sluoksnio storis yra 13–17 µm, o alfa dalelėms registruoti reikalingas storis. 4–5 µm, lango įvestis gali būti ne didesnė kaip 0,2 kv/cm, kalbame apie SBT9 skaitiklį.

O Tačiau didelį registravimo darbinio lango storį gali kompensuoti artumas prie radioaktyvaus objekto, ir atvirkščiai, esant santykinai mažam žėručio lango storiui, alfa dalelę tampa įmanoma užregistruoti didesniu atstumu nei 1 - 2 mm. Verta pateikti pavyzdį, kai lango storis iki 15 mikronų, artėjimas prie alfa spinduliuotės šaltinio turėtų būti mažesnis nei 2 mm, o alfa dalelių šaltinis suprantamas kaip plutonio-239 skleidėjas su spinduliuote. 5 MeV energija. Tęskime, esant įvesties lango storiui iki 10 µm, alfa daleles galima registruoti jau iki 13 mm atstumu, jei žėručio langas pagamintas iki 5 µm storio, tai alfa spinduliuotė bus fiksuojama 24 mm atstumas ir kt. Kitas svarbus parametras, tiesiogiai veikiantis gebėjimą aptikti alfa daleles, yra jų energijos indeksas. Jei alfa dalelės energija yra didesnė nei 5 MeV, tada jos registravimo atstumas pagal bet kokio tipo darbinio lango storį atitinkamai padidės, o jei energija mažesnė, atstumas turi būti sumažintas iki visiškai neįmanoma registruoti minkštosios alfa spinduliuotės.

E Kitas svarbus dalykas, leidžiantis padidinti alfa skaitiklio jautrumą, yra gama spinduliuotės registravimo galimybės sumažėjimas. Norėdami tai padaryti, pakanka sumažinti katodo geometrinius matmenis, o gama fotonai praeis per registracijos kamerą nesukeldami jonizacijos. Tokia priemonė leidžia tūkstančius ir net dešimtis tūkstančių kartų sumažinti gama spindulių įtaką jonizacijai. Pašalinti beta spinduliuotės įtakos registracijos kamerai nebeįmanoma, tačiau yra gana paprasta išeitis iš šios situacijos. Pirmiausia fiksuojama bendro tipo alfa ir beta spinduliuotė, tada įrengiamas storo popieriaus filtras ir atliekamas antras matavimas, kuris registruos tik beta daleles. Alfa spinduliuotės vertė šiuo atveju apskaičiuojama kaip skirtumas tarp bendros spinduliuotės ir atskiro beta spinduliuotės skaičiavimo rodiklio.

Pavyzdžiui , verta pasiūlyti šiuolaikinio Beta-1 skaitiklio, leidžiančio registruoti alfa, beta, gama spinduliuotę, charakteristikas. Štai metrika:

• jautraus elemento darbo zonos plotas yra 7 kv/cm;
• žėručio sluoksnio storis yra 12 mikronų (efektyvus alfa dalelių aptikimo atstumas plutoniui yra 239, apie 9 mm, kobaltui - 60, radiacijos jautrumas yra apie 144 impulsai / mikroR);
• spinduliuotės matavimo efektyvumas alfa dalelėms - 20% (plutoniui - 239), beta dalelėms - 45% (taliui -204), o gama kvantams - 60% (stroncio sudėties - 90, itrio - 90);
• paties dozimetro fonas yra apie 0,6 imp/s;
• Jutiklis skirtas aptikti gama spinduliuotę, kurios energija yra nuo 0,05 MeV iki 3 MeV, ir beta daleles, kurių energija yra didesnė nei 0,1 MeV išilgai apatinės ribos, ir alfa daleles, kurių energija yra 5 MeV ar daugiau.

10 pav. Pabaiga alfa-beta-gama skaitiklis Beta-1.

Į Žinoma, dar yra gana platus asortimentas skaitiklių, skirtų siauresniam ir profesionalesniam naudojimui. Tokie įrenginiai turi daugybę papildomų nustatymų ir parinkčių (elektrinių, mechaninių, radiometrinių, klimatinių ir kt.), kurie apima daugybę specialių terminų ir parinkčių. Tačiau mes nekreipiame dėmesio į juos. Iš tiesų, norint suprasti pagrindinius veikimo principus Geigerio-Mulerio skaitikliai , pakanka aukščiau aprašytų modelių.

AT Taip pat svarbu paminėti, kad yra specialių poklasių Geigerio skaitikliai , kurios yra specialiai sukurtos aptikti įvairių tipų kitokią spinduliuotę. Pavyzdžiui, norint nustatyti ultravioletinės spinduliuotės kiekį, aptikti ir nustatyti lėtuosius neutronus, veikiančius vainikinės iškrovos principu, ir kitos galimybės, tiesiogiai nesusijusios su šia tema, nebus svarstomos.

Norime to ar ne, radiacija tvirtai įsiliejo į mūsų gyvenimą ir nesiruošia pasitraukti. Turime išmokti gyventi su šiuo naudingu ir pavojingu reiškiniu. Radiacija pasireiškia kaip nematoma ir nepastebima spinduliuotė, kurios aptikti be specialių instrumentų neįmanoma.

Šiek tiek radiacijos istorijos

Rentgeno spinduliai buvo atrasti 1895 m. Po metų buvo aptiktas urano radioaktyvumas, taip pat susijęs su rentgeno spinduliais. Mokslininkai suprato, kad susiduria su visiškai naujais, iki šiol nematytais gamtos reiškiniais. Įdomu tai, kad radiacijos reiškinys buvo pastebėtas keleriais metais anksčiau, tačiau jam nebuvo suteikta reikšmė, nors Nikola Tesla ir kiti Edisono laboratorijos darbuotojai nudegė nuo rentgeno spindulių. Žala sveikatai buvo priskiriama bet kam, bet ne spinduliams, su kuriais gyva būtybė niekada nebuvo susidūrusi tokiomis dozėmis. Pačioje XX amžiaus pradžioje pradėjo pasirodyti straipsniai apie žalingą radiacijos poveikį gyvūnams. Tam taip pat nebuvo suteikta jokios reikšmės iki sensacingos istorijos apie „radžio mergaites“ – darbininkus gamykloje, gaminančioje šviečiančius laikrodžius. Jie tiesiog sušlapina šepečius liežuvio galiuku. Kai kurių jų baisus likimas dėl etinių priežasčių net nebuvo paskelbtas ir liko tik stiprių gydytojų nervų išbandymu.

1939 m. fizikė Lisa Meitner, kuri kartu su Otto Hahnu ir Fritzu Strassmannu kalba apie žmones, kurie pirmą kartą pasaulyje padalijo urano branduolį, netyčia prasitarė apie grandininės reakcijos galimybę ir nuo to momento prasidėjo grandininė minčių apie bombos sukūrimą reakcija, būtent bomba, ir visai ne „taikaus atomo“, už ką kraujo ištroškę XX amžiaus politikai, žinoma, neduos nė cento. Tie, kurie buvo „žinantys“, jau žinojo, prie ko tai prives, ir prasidėjo branduolinio ginklavimosi varžybos.

Kaip atsirado Geigerio-Muller skaitiklis?

Vokiečių fizikas Hansas Geigeris, dirbęs Ernsto Rutherfordo laboratorijoje, 1908 m. pasiūlė „įkrautų dalelių“ skaitiklio veikimo principą kaip tolesnį jau žinomos jonizacijos kameros, kuri buvo elektrinis kondensatorius, užpildytas dujomis žemoje temperatūroje, plėtrą. spaudimas. Jį nuo 1895 m. naudojo Pierre'as Curie, tirdamas dujų elektrines savybes. Geigeris sugalvojo jį panaudoti jonizuojančiosios spinduliuotės aptikimui būtent todėl, kad ši spinduliuotė turėjo tiesioginės įtakos dujų jonizacijos laipsniui.

1928 m. Walteris Mülleris, vadovaujamas Geigerio, sukūrė kelių tipų radiacijos skaitiklius, skirtus įvairioms jonizuojančioms dalelėms registruoti. Labai skubiai reikėjo sukurti skaitiklius, be kurių buvo neįmanoma tęsti radioaktyviųjų medžiagų tyrimo, nes fizika, kaip eksperimentinis mokslas, neįsivaizduojama be matavimo prietaisų. Geigeris ir Mülleris kryptingai dirbo kurdami skaitiklius, jautrius kiekvienai tam atrastai spinduliuotės rūšiai: α, β ir γ (neutronai buvo atrasti tik 1932 m.).

Geigerio-Muller skaitiklis pasirodė esąs paprastas, patikimas, pigus ir praktiškas radiacijos jutiklis. Nors tai nėra pats tiksliausias prietaisas tiriant tam tikras daleles ar spinduliuotę, jis itin tinkamas bendram jonizuojančiosios spinduliuotės intensyvumo matavimui. O kartu su kitais detektoriais jį taip pat naudoja fizikai, kad atliktų tiksliausius matavimus eksperimentuose.

jonizuojanti radiacija

Norint geriau suprasti Geigerio-Muller skaitiklio veikimą, naudinga turėti jonizuojančiosios spinduliuotės supratimą apskritai. Pagal apibrėžimą jie apima viską, kas gali sukelti įprastos medžiagos jonizaciją. Tam reikia tam tikro energijos kiekio. Pavyzdžiui, radijo bangos ar net ultravioletinė šviesa nėra jonizuojanti spinduliuotė. Riba prasideda nuo „kieto ultravioletinio spindulio“, dar vadinamo „minkštu rentgeno spinduliu“. Šis tipas yra fotonų tipo spinduliuotė. Didelės energijos fotonai paprastai vadinami gama kvantais.

Ernstas Rutherfordas pirmasis jonizuojančiąją spinduliuotę suskirstė į tris tipus. Tai buvo atlikta eksperimentiniu būdu, naudojant magnetinį lauką vakuume. Vėliau paaiškėjo, kad taip:

α – helio atomų branduoliai
β – didelės energijos elektronai
γ – gama kvantai (fotonai)

Vėliau buvo atrasti neutronai. Alfa daleles nesunkiai sulaiko net paprastas popierius, beta dalelės turi šiek tiek didesnę prasiskverbimo galią, o gama spinduliai – didžiausią. Pavojingiausi neutronai (daugelio dešimčių metrų atstumu ore!). Dėl savo elektrinio neutralumo jie nesąveikauja su medžiagos molekulių elektroniniais apvalkalais. Tačiau patekę į atomo branduolį, kurio tikimybė yra gana didelė, jie sukelia jo nestabilumą ir skilimą, kai paprastai susidaro radioaktyvieji izotopai. Ir jau tie, savo ruožtu irdami, patys sudaro visą jonizuojančiosios spinduliuotės „puokštę“. Blogiausia, kad apšvitintas objektas ar gyvas organizmas pats tampa spinduliavimo šaltiniu daugeliui valandų ir dienų.

Geigerio-Muller skaitiklio įtaisas ir jo veikimo principas

Dujų išlydžio Geigerio-Muller skaitiklis, kaip taisyklė, yra pagamintas iš sandaraus vamzdžio, stiklo arba metalo, iš kurio pašalinamas oras, o vietoj jo pridedamos inertinės dujos (neonas arba argonas arba jų mišinys). esant žemam slėgiui, su halogenų ar alkoholio priemaiša. Išilgai vamzdžio ašies ištempta plona viela, o kartu su juo yra metalinis cilindras. Ir vamzdis, ir viela yra elektrodai: vamzdis yra katodas, o viela yra anodas. Nuolatinės įtampos šaltinio minusas yra prijungtas prie katodo, o pliusas iš nuolatinės įtampos šaltinio prijungiamas prie anodo per didelę nuolatinę varžą. Elektriškai gaunamas įtampos daliklis, kurio viduriniame taške (varžos ir skaitiklio anodo sandūroje) įtampa beveik lygi įtampai šaltinyje. Paprastai tai yra keli šimtai voltų.

Kai pro vamzdelį praskrenda jonizuojanti dalelė, inertinių dujų atomai, jau esantys didelio intensyvumo elektriniame lauke, patiria susidūrimus su šia dalele. Energijos, kurią dalelė atiduoda susidūrimo metu, pakanka elektronams atsiskirti nuo dujų atomų. Susidarę antriniai elektronai patys gali sudaryti naujus susidūrimus ir taip gaunama visa elektronų ir jonų lavina. Veikiami elektrinio lauko, elektronai pagreitėja link anodo, o teigiamai įkrauti dujų jonai - link vamzdžio katodo. Taigi atsiranda elektros srovė. Bet kadangi dalelės energija jau buvo sunaudota susidūrimams, visa ar iš dalies (dalelė praskriejo pro vamzdelį), jonizuotų dujų atomų tiekimas taip pat baigiasi, o tai yra pageidautina ir užtikrinama tam tikromis papildomomis priemonėmis, kurias mes aptarsime analizuodami skaitiklių parametrus.

Kai įkrauta dalelė patenka į Geigerio-Muller skaitiklį, dėl susidariusios srovės sumažėja vamzdžio varža, o kartu ir įtampa įtampos daliklio vidurio taške, apie kurį buvo kalbama aukščiau. Tada vamzdžio varža, padidėjus jo varžai, atstatoma, o įtampa vėl tampa tokia pati. Taigi gauname neigiamą įtampos impulsą. Skaičiuodami momentus galime įvertinti praeinančių dalelių skaičių. Elektrinio lauko stipris šalia anodo yra ypač didelis dėl mažo dydžio, todėl skaitiklis tampa jautresnis.

Geiger-Muller skaitiklių dizainas

Šiuolaikiniai Geiger-Muller skaitikliai yra dviejų pagrindinių versijų: "klasikinių" ir plokščių. Klasikinis skaitiklis pagamintas iš plonasienio metalinio vamzdžio su gofravimu. Dėl gofruoto skaitiklio paviršiaus vamzdis tampa standus, atsparus išoriniam atmosferos slėgiui ir neleidžia jam subyrėti veikiant. Vamzdžio galuose yra sandarinimo izoliatoriai iš stiklo arba termoreaktingo plastiko. Juose taip pat yra gnybtų-dangtelių, skirtų prijungti prie prietaiso grandinės. Vamzdis yra pažymėtas ir padengtas patvariu izoliaciniu laku, neskaitant, žinoma, jo išvadų. Taip pat pažymėtas laidų poliškumas. Tai universalus visų tipų jonizuojančiosios spinduliuotės skaitiklis, ypač beta ir gama.

Skaitikliai, jautrūs minkštajai β spinduliuotei, gaminami skirtingai. Dėl nedidelio β-dalelių diapazono jos turi būti plokščios, su žėručio langeliu, kuris silpnai atitolina beta spinduliuotę, vienas iš tokio skaitiklio variantų yra radiacijos jutiklis BETA-2. Visas kitas skaitiklių savybes lemia medžiagos, iš kurių jie pagaminti.

Skaitikliuose, skirtuose registruoti gama spinduliuotę, yra katodas, pagamintas iš metalų, turinčių didelį krūvį, arba yra padengtas tokiais metalais. Dujos itin prastai jonizuojamos gama fotonų. Tačiau, kita vertus, gama fotonai gali išmušti iš katodo daug antrinių elektronų, jei jis tinkamai parinktas. Geigerio-Muller beta dalelių skaitikliai yra pagaminti su plonais langeliais, kad dalelės būtų geriau pralaidos, nes tai yra paprasti elektronai, kurie ką tik gavo daug energijos. Jie labai gerai sąveikauja su medžiaga ir greitai praranda šią energiją.

Alfa dalelių atveju situacija dar blogesnė. Taigi, nepaisant labai tinkamos energijos, maždaug kelių MeV, alfa dalelės labai stipriai sąveikauja su pakeliui esančiomis molekulėmis ir greitai praranda energiją. Jei materija lyginama su mišku, o elektronas su kulka, tai alfa dalelės turės būti lyginamos su tanku, prasiveržiančiu per mišką. Tačiau paprastas skaitiklis gerai reaguoja į α spinduliuotę, tačiau tik iki kelių centimetrų atstumu.

Objektyviam jonizuojančiosios spinduliuotės lygio įvertinimui dozimetrai ant bendro naudojimo skaitiklių dažnai įrengiami du lygiagrečiai veikiantys skaitikliai. Vienas yra jautresnis α ir β spinduliuotei, o antrasis – γ spinduliams. Tokia dviejų skaitiklių naudojimo schema yra įdiegta dozimetre RADEX RD1008 ir dozimetre-radiometre RADEX MKS-1009 kuriame sumontuotas skaitiklis BETA-2 ir BETA-2M. Kartais tarp skaitiklių dedamas strypas arba plokštė, pagaminta iš lydinio, kuriame yra kadmio priemaišos. Kai neutronai atsitrenkia į tokią juostą, atsiranda γ spinduliuotė, kuri registruojama. Tai daroma, kad būtų galima aptikti neutroninę spinduliuotę, kuriai paprasti Geigerio skaitikliai praktiškai nejautrūs. Kitas būdas yra padengti korpusą (katodą) priemaišomis, galinčiomis suteikti jautrumą neutronams.

Halogenai (chloras, bromas) sumaišomi su dujomis, kad išmetimas būtų greitai užgesintas. Tą pačią paskirtį atlieka ir alkoholio garai, nors alkoholis šiuo atveju yra trumpalaikis (tai paprastai yra alkoholio ypatybė), o „išsiblaivėjęs“ skaitiklis nuolat pradeda „skambėti“, tai yra, negali veikti nustatytu režimu. Tai atsitinka kažkur po 1e9 impulsų (milijardo) registravimo, o tai nėra tiek daug. Halogeniniai skaitikliai yra daug patvaresni.

Geigerio skaitiklių parametrai ir darbo režimai

Geigerio skaitiklių jautrumas.

Skaitiklio jautrumas apskaičiuojamas pagal pavyzdinio šaltinio mikrorentgenų skaičiaus ir šios spinduliuotės sukeltų impulsų skaičiaus santykį. Kadangi Geigerio skaitikliai nėra skirti matuoti dalelių energiją, sunku tiksliai įvertinti. Skaitikliai kalibruojami pagal standartinius izotopų šaltinius. Reikėtų pažymėti, kad šis parametras gali labai skirtis skirtingų tipų skaitikliams, toliau pateikiami dažniausiai naudojamų Geigerio-Muller skaitiklių parametrai:

Geigerio-Mulerio skaitiklis Beta 2- 160 ÷ 240 imps / µR

Geigerio-Mulerio skaitiklis Beta 1- 96 ÷ 144 imps / µR

Geigerio-Mulerio skaitiklis SBM-20- 60 ÷ 75 impulsai / µR

Geigerio-Mulerio skaitiklis SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imps/µR

Geigerio-Mulerio skaitiklis SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imps/µR

Įėjimo lango zona arba darbo zona

Radiacijos jutiklio sritis, per kurią skrenda radioaktyviosios dalelės. Ši charakteristika yra tiesiogiai susijusi su jutiklio matmenimis. Kuo didesnis plotas, tuo daugiau dalelių sugaus Geigerio-Muller skaitiklis. Paprastai šis parametras nurodomas kvadratiniais centimetrais.

Geigerio-Mulerio skaitiklis Beta 2- 13,8 cm 2

Geigerio-Mulerio skaitiklis Beta 1- 7 cm2

Ši įtampa atitinka maždaug darbinės charakteristikos vidurį. Veikimo charakteristika yra plokščia įrašytų impulsų skaičiaus priklausomybės nuo įtampos dalis, todėl ji taip pat vadinama "plokštuma". Šiuo metu pasiekiamas didžiausias veikimo greitis (viršutinė matavimo riba). Tipinė vertė 400 V.

Skaitiklio veikimo charakteristikos plotis.

Tai skirtumas tarp kibirkšties skilimo įtampos ir išėjimo įtampos plokščiojoje charakteristikos dalyje. Įprasta vertė yra 100 V.

Skaitiklio veikimo charakteristikos nuolydis.

Nuolydis matuojamas kaip impulsų vienam voltui procentas. Jis apibūdina matavimų statistinę paklaidą (skaičiuojant impulsų skaičių). Įprasta vertė yra 0,15%.

Leistina skaitiklio darbinė temperatūra.

Bendrosios paskirties skaitikliams -50 ... +70 laipsnių Celsijaus. Tai labai svarbus parametras, jei skaitiklis veikia kamerose, kanaluose ir kitose sudėtingos įrangos vietose: greitintuvuose, reaktoriuose ir kt.

Skaitiklio darbo šaltinis.

Bendras impulsų skaičius, kurį skaitiklis užregistruoja iki to momento, kai jo rodmenys pradeda būti neteisingi. Įrenginiams su organiniais priedais savaiminis užgesimas paprastai yra 1e9 (nuo dešimties iki devintos galios, arba vienas milijardas). Į išteklius atsižvelgiama tik tuo atveju, jei skaitikliui yra tiekiama darbinė įtampa. Jei skaitiklis tiesiog saugomas, šis išteklius nenaudojamas.

Negyvas skaitiklio laikas.

Tai laikas (atkūrimo laikas), per kurį skaitiklis praleidžia srovę po to, kai jį suveikia praeinanti dalelė. Tokio laiko buvimas reiškia, kad yra viršutinė impulsų dažnio riba, o tai riboja matavimo diapazoną. Įprasta reikšmė yra 1e–4 s, t.y. dešimt mikrosekundžių.

Pažymėtina, kad dėl negyvos laiko jutiklis gali pasirodyti „ne skalėje“ ir tylėti pačiu pavojingiausiu momentu (pavyzdžiui, spontaniška grandininė reakcija gamyboje). Tokių atvejų yra buvę, su jais kovoti naudojami švininiai ekranai, dengiantys dalį avarinės signalizacijos sistemų jutiklių.

Pasirinktinis skaitiklio fonas.

Matuojama švino kamerose su storomis sienelėmis, siekiant įvertinti skaitiklių kokybę. Tipinė vertė 1 ... 2 impulsai per minutę.

Praktinis Geigerio skaitiklių pritaikymas

Sovietų ir dabar Rusijos pramonė gamina daugybę Geigerio-Muller skaitiklių tipų. Štai keletas įprastų prekių ženklų: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, Gamma serijos skaitikliai, serijos galiniai skaitikliai " Beta“ ir yra daug kitų. Visi jie naudojami radiacijai kontroliuoti ir matuoti: branduolinės pramonės objektuose, mokslo ir mokymo įstaigose, civilinėje gynyboje, medicinoje ir net kasdieniame gyvenime. Po Černobylio avarijos, buitiniai dozimetrai, anksčiau gyventojams nežinomi net vardu, tapo labai populiarūs. Pasirodė daugybė buitinių dozimetrų markių. Visi jie naudoja Geigerio-Muller skaitiklį kaip radiacijos jutiklį. Buitiniuose dozimetruose įrengiami nuo vieno iki dviejų vamzdelių arba galinių skaitiklių.

SPINDULIACIJOS DIEKIŲ MATAVIMO VIENETAI

Ilgą laiką buvo įprastas matavimo vienetas P (rentgenas). Tačiau pereinant prie SI sistemos atsiranda kiti vienetai. Rentgenas yra apšvitos dozės vienetas, „radiacijos kiekis“, kuris išreiškiamas sausame ore susidariusių jonų skaičiumi. Esant 1 R dozei, 1 cm3 oro (tai atitinka 1 CGSE įkrovos vienetą) susidaro 2,082e9 poros jonų. SI sistemoje apšvitos dozė išreiškiama kulonais kilogramui, o rentgeno spinduliais tai siejama pagal lygtį:

1 C/kg = 3876 R

Sugertoji spinduliuotės dozė matuojama džauliais kilogramui ir vadinama pilka. Tai skirta pakeisti pasenusį rad bloką. Sugertos dozės galia matuojama pilka spalva per sekundę. Ekspozicijos dozės galia (EDR), anksčiau matuota rentgenais per sekundę, dabar matuojama amperais kilogramui. Ekvivalentinė spinduliuotės dozė, kuriai esant sugertoji dozė yra 1 Gy (pilka), o spinduliuotės kokybės koeficientas yra 1, vadinama Sivertu. Rem (biologinis rentgeno atitikmuo) yra šimtoji siverto dalis ir dabar laikoma pasenusia. Tačiau ir šiandien visi pasenę vienetai yra labai aktyviai naudojami.

Pagrindinės radiacijos matavimo sąvokos yra dozė ir galia. Dozė yra elementarių krūvių skaičius medžiagos jonizacijos procese, o galia yra dozės susidarymo greitis per laiko vienetą. O kokiais vienetais jis išreikštas – skonio ir patogumo reikalas.

Net mažiausia dozė yra pavojinga dėl ilgalaikio poveikio organizmui. Rizikos apskaičiavimas yra gana paprastas. Pavyzdžiui, jūsų dozimetras rodo 300 milirentgenų per valandą. Jei būsite šioje vietoje dieną, gausite 24 * 0,3 = 7,2 rentgeno dozę. Tai pavojinga ir jums reikia kuo greičiau dingti iš čia. Apskritai, atradus net silpną spinduliuotę, reikia nuo jos atsitraukti ir tikrinti net per atstumą. Jei ji „seka tave“, gali būti „pasveikintas“, nukentėjo nuo neutronų. Ir ne kiekvienas dozimetras gali į juos reaguoti.

Spinduliuotės šaltiniams naudojama reikšmė, apibūdinanti skilimų skaičių per laiko vienetą, ji vadinama aktyvumu ir taip pat matuojama daugybe skirtingų vienetų: curie, becquerel, rutherford ir kai kurie kiti. Aktyvumo dydis, išmatuotas du kartus esant pakankamam laiko tarpui, jei jis mažėja, leidžia pagal radioaktyvaus skilimo dėsnį apskaičiuoti laiką, kada šaltinis tampa pakankamai saugus.

Bet kokia nekontroliuojama jonizuojanti spinduliuotė yra pavojinga. Todėl reikia jos registravimo, stebėjimo ir apskaitos. AI registravimo jonizacijos metodas yra vienas iš dozimetrijos metodų, leidžiančių žinoti tikrąją radiacijos situaciją.

Koks yra spinduliuotės registravimo jonizacijos metodas?

Šis metodas pagrįstas jonizacijos efektų registravimu. Elektrinis laukas neleidžia jonams rekombinuotis ir nukreipia jų judėjimą link atitinkamų elektrodų. Tai leidžia išmatuoti jonų, susidarančių veikiant jonizuojančiąją spinduliuotę, krūvio dydį.

Detektoriai ir jų savybės

Jonizacijos metodu kaip detektoriai naudojami:

• jonizacijos kameros;
• Geigerio-Muller skaitikliai;
• proporciniai skaitikliai;
• puslaidininkiniai detektoriai;
• ir kt.

Visi detektoriai, isskyrus puslaidininkinius, yra dujomis pripildyti balionai, kuriuose sumontuoti du elektrodai, kuriems taikoma nuolatins srovs įtampa. Ant elektrodų surenkami jonai, kurie susidaro jonizuojančiai spinduliuotei praeinant per dujinę terpę. Neigiami jonai juda link anodo, o teigiami jonai juda link katodo, sudarydami jonizacijos srovę. Pagal jo vertę galima įvertinti aptiktų dalelių skaičių ir nustatyti spinduliuotės intensyvumą.

Geigerio-Muller skaitiklio veikimo principas

Skaitiklio veikimas pagrįstas smūgine jonizacija. Dujose judantys elektronai (išmušami spinduliuotės, kai atsitrenkia į prekystalio sieneles) susiduria su jo atomais, išmušdami iš jų elektronus, dėl ko susidaro laisvieji elektronai ir teigiami jonai. Elektrinis laukas, esantis tarp katodo ir anodo, suteikia laisviesiems elektronams pagreitį, pakankamą smūgiinei jonizacijai inicijuoti. Dėl šios reakcijos atsiranda daug jonų, smarkiai padidėjus srovei per skaitiklį ir įtampos impulsą, kurį užfiksuoja įrašymo įrenginys. Tada lavinos iškrova užgęsta. Tik tada galima užregistruoti kitą dalelę.

Skirtumas tarp jonizacijos kameros ir Geigerio-Muller skaitiklio.

Dujų skaitiklis (Geiger skaitiklis) naudoja antrinę jonizaciją, kuri sukuria didelį dujų srovės stiprinimą, kuris atsiranda dėl to, kad jonizuojančios medžiagos sukuriamų judančių jonų greitis yra toks didelis, kad susidaro nauji jonai. Jie, savo ruožtu, taip pat gali jonizuoti dujas, taip plėtodami procesą. Taigi kiekviena dalelė gamina 10 6 kartus daugiau jonų nei įmanoma jonizacijos kameroje, todėl galima išmatuoti net ir mažo intensyvumo jonizuojančiąją spinduliuotę.

Puslaidininkiniai detektoriai

Pagrindinis puslaidininkinių detektorių elementas yra kristalas, o veikimo principas nuo jonizacijos kameros skiriasi tik tuo, kad jonai susidaro kristalo storyje, o ne dujų tarpelyje.

Dozimetrų pavyzdžiai, pagrįsti jonizacijos registravimo metodais

Šiuolaikinis tokio tipo prietaisas yra klinikinis dozimetras 27012 su jonizacijos kamerų komplektu, kuris šiandien yra standartas.

Tarp individualių dozimetrų plačiai paplito KID-1, KID-2, DK-02, DP-24 ir kt., taip pat ID-0.2, kuris yra modernus aukščiau paminėtų analogas.