Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гейгера счётчик

гейгера счётчик

ГЕЙГЕРА СЧЁТЧИК (Гейгера — Мюллера счётчик) — детектор частиц, действие к-рого основано на возникновении самостоят. электрич. разряда в газе при попадании частицы в его объем. Изобретён X. Гейгером и Э. Резерфордом [1] в 1908, позднее был усовершенствован Гейгером и В. Мюллером [2]. Г. с. предназначен для регистрации заряж. частиц. Он пригоден также для детектирования нейтронов, рентг.- и g-квантов по вторичным заряж. частицам, генерируемым ими (см., напр., Нейтронные детекторы).

1119922-1.jpg

Г. с. обычно состоит из металлич. цилиндра — катода-и тонкой проволочки, натянутой вдоль его оси,- анода, — заключённых в герметичный объём, к-рый заполнен газовой смесью под давлением, как правило, 100-260 гПа (100-260 мм рт. ст., рис. 1). Между катодом и анодом прикладывается напряжение U порядка 200-1000 В. Заряж. частица, попав в объём счётчика, образует нек-рое кол-во электрон-ионных пар; электроны и ионы начинают двигаться к соответствующим электродам. Если напряжённость электрич. поля достаточно велика, электроны на длине свободного пробега (между соударениями с молекулами газа) приобретают энергию, превосходящую их энергию ионизации, и ионизуют молекулы. В результате в газе развиваются электронно-ионные лавины, к-рые являются основой т. н. газового усиления, обеспечивающего достаточно высокий уровень электрич. сигнала на аноде, к-рый регистрируется.

Ток в цепи Г. с. нарастает экспоненциально до тех пор, пока пространств. заряд положит. ионов не понизит электрич. поле и не прекратит развитие лавин [3, 4]. Амплитуда импульса на выходе Г. с. не зависит от энергии детектируемой частицы. Это отличает его от др. газовых детекторов пропорциональных счётчиков и ионизационных камер.

Различают несамогасящиеся и самогасящиеся Г. с. (предложены Тростом в 1937). Они отличаются составом газовой смеси и быстродействием. Несамогасящиеся Г. с. требуют понижения напряжения между катодом и анодом для того, чтобы надёжно погасить разряд и подготовить детектор к регистрации след. частицы. Это достигается спец. схемой или введением высокоомного сопротивления R в цепь питания счётчика (R

10 9 Ом). На нити скапливается отрицат. заряд, разность потенциалов между катодом и анодом уменьшается, и разряд обрывается. После этого чувствительность Г. с. восстанавливается через 10 -2 с (время разрядки ёмкости С счётчика через сопротивление R). Самогасящиеся счётчики заполняются чистыми газами, напр. Ar, с добавкой (10%) многоатомного газа, в частности спирта. Многоатомные молекулы эффективно поглощают фотоны и блокируют механизм фотоэффекта — генерации электронов с поверхности катода, что обеспечивает самопроизвольное гашение разряда. Время нечувствительности самогасящегося Г. с.

10 -4 с. Оба типа Г. с. способны выдерживать нагрузки до 10 4 -10 5 импульс/с. Самогасящиеся Г. с. из-за диссоциации многоатомных молекул выдерживают лишь 10 8 -10 9 срабатываний. Если вместо многоатомной добавки использовать Cl, Br или I (0,1%), а в качестве осн. газа Ne или Не с примесью Ar, то срок службы Г. с. становится практически неограниченным. Рабочее напряжение для этих счётчиков в пределах 200-400 В, но быстродействие существенно ниже и определяется временем дрейфа ионизованных молекул галогенов к катоду. Зависимость числа N регистрируемых импульсов на выходе амплитудного дискриминатора от приложенного к Г. с. напряжения U при фиксиров. нагрузке наз. счётной характеристикой и имеет вид, показанный на рис. 2. В области AB напряжение недостаточно для развития лавин. В интервале ВС только часть сигналов на выходе счётчика превышает порог регистрации. В рабочей области CD регистрируются все частицы, к-рые дали хотя бы одну электрон-ионную пару в объёме Г. с. При напряжении больше UD начинаются самопроизвольные пробои. Эффективность Г. с. при регистрации частиц малых энергий обычно несколько меньше 100%. Это связано с тем, что такие частицы могут с заметной вероятностью не создать ни одной электрон-ионной пары в рабочем объёме счётчика. Г. с.- сравнительно медленно действующие приборы, поэтому они были частично вытеснены сцинтилляционными детекторами и пропорц. счётчиками. Однако простота конструкции и дешевизна обеспечили им применение в дозиметрии ,а также в таких областях, где регистрируются редкие события и надо перекрыть детекторами десятки и даже сотни м 2 . В последнем случае Г. с. работают, как правило, в ограниченном стримерном режиме при давлении газовой смеси, близком к атмосферному. Если нужно работать в условиях повыш. нагрузок (

10 3 импульсов в 1 с), то в объём Г. с. вводятся изолирующие перегородки, к-рые ограничивают развитие разряда вдоль трубки. Г. с. продолжают использоваться. В эксперименте по исследованию свойств нейтрино применялось 19 968 Г. с. в виде алюминиевых трубок длиной 4 м, изолированных друг от друга. Установка для поиска распада протона, к-рая размещается в туннеле под Монбланом, содержит 43 000 Г. с.

Лит.: 1) Gеigеr H., Rutherford F., Photographic registration of a particles, «L. Edin. a. Dublin Phil, Mag.», 1912, v. 24, p. 618; 2) Geiger H., Muller W., Elektronenzahlrohr, «Phys. Z.», 1928, Jg. 29, S. 839; 3) Фюнфеp Э., Hейерт Г., Счётчики излучений, пер. с нем., M., 1961; 4) Векслер В., Грошев Л., Исаев Б., Ионизационные методы исследования излучений, 2 изд., M., 1950. Ю. А. Семёнов.

Экономичный источник питания счетчика Гейгера

В автономных приборах непрерывного радиационного контроля, использующих в качестве датчиков радиации счетчики Гейгера, основным энергопотребителем является устройство, преобразующее невысокое напряжение источника питания прибора в напряжение 360…440 В, соответствующее плато счетной характеристики галогенового счетчика Гейгера (см. приложение 4). Принципиальная схема энергоэкономичного преобразователя напряжений показана на рис. 80.

Рис. 80. Экономичный источник питания счетчика Гейгера Его основу составляет блокинг-генератор, на выходной обмотке которого формируются короткие (5…10 мкс) импульсы амплитудой около 420 В. Через диоды VD3, VD4 они заряжают конденсатор С4. Этот конденсатор и будет источником питания счетчика Гейгера (напомним, что проводимость счетчика Гейгера в паузе между возбуждениями близка к нулю). Энергоэкономичность преобразователя обеспечивается тем, что межимпульсная пауза в его блокинг-генераторе задается не собственной времязадающей цепочкой R1C3, как это обычно делается, а одновибратором (DD1.1, DD1.2 и др.), работающим на микротоках [2]. Продолжительность паузы в нем tп @ R3·C5 выбирают так, чтобы напряжение на выходе преобразователя в режиме фонового счета было близко к высшему значению напряжения на плато счетной характеристики счетчика Гейгера. (В дальнейшем снижение напряжения на выходе преобразователя, его смещение к другому краю плато будет обязано лишь снижению напряжения источника питания.) Блокинг-генератор сформирует внеочередной импульс подпитки конденсатора С4, если на входе 2 элемента DD1.2 возникнет провоцирующий ее импульс. Если этот импульс будет возникать при каждом срабатывании счетчика Гейгера, то это позволит удержать напряжение на выходе преобразователя на уровне, не зависящем от скорости счета. Трансформатор Т1 блокинг-генератора наматывают на ферритовом сердечнике, составленном из двух колец М3000МН 12х8х3 мм. Кольца склеивают, острые их ребра заглаживают наждачной бумагой и весь сердечник обматывают тонкой фторопластовой или лавсановой лентой. Сначала наматывают обмотку II, она содержит 420 витков провода ПЭВ-2 0,07. Намотку ведут в одну сторону, почти виток к витку, оставляя между ее началом и концом «зазор» 1…1.5 мм. Обмотку II также покрывают слоем изоляции. Далее наматывают обмотку I – 5 витков провода ПЭВШО 0,15…0,2 – и по ней – обмотку III – 2 витка того же провода. Эти обмотки должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее. Правильная фазировка обмоток трансформатора (точками показаны их синфазные концы) должна быть соблюдена при его монтаже. Экспериментировать с этим не следует – можно сжечь транзистор. В преобразователе: резисторы Rl, R2 – типа МЛТ-0,125, R3 – КИМ-0,125; конденсатор С1 – любой оксидный, С2, С5 – типа КМ-6 или К10-176, СЗ – К53-30, С4 – К73-9. Преобразователи такой структуры закрывают, по существу, саму проблему питания счетчиков Гейгера от низковольтных источников: потребляемый таким преобразователем ток уже составляет малую часть тока саморазряда большинства гальванических батарей.

Счетчик Гейгера-Мюллера

Исследуемое явление: в работе изучается процесс прохождения электрического тока через газ, т.е. газовый разряд.

Газ в нормальном состоянии является изолятором, в нем нет носителей тока. Газ становится проводником электрического тока, когда некоторая честь его молекул ионизируется.

Ионизация — расщепление нейтральных атомов и молекул на положительные ионы и свободные электроны. В газе это возможно в результате внешних воздействий: нагревание газа до высокой температуры, воздействие ультрафиолетом, рентгеновскими лучами, излучением радиоактивных веществ.

Существует два вида газовых разрядов:

Несамостоятельный газовый разряд — электрический разряд в газе, несохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора.

Самостоятельным газовым разрядом называется электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия ионизатора. Самоподдержка разряда возникает в результате процессов, обусловленных приложенным к газу электрическим полем.

На рис. I показана схема установки для изучения вольтамперной характеристики. Стенки прибора счетчика служат катодом. Положительный электрод (анод) вводится в газ через изолирующую пробку. К электродам подводится постоянное напряжение от источника ЭДС.

Рис. 1. Схема устройства газового счетчика.

Величине тока, проходящего через газ, измеряется по падению напряжения на измерительном сопротивлении.

Рис. 2. Характеристика газового счетчика при работе в различных режимах.

Предположим, на газ действует постоянное по интенсивности излучение (ионизатор). В результате действия ионизаторе газ приобретает некоторую электропроводность и в цепи потечет ток, зависимость которого от приложенного напряжения дана на рис. 2.

При небольших напряжениях ток, проходящий через прибор мал, регистрировать удается только суммарный ток, вызванный прохождением большого числа частиц.

Приборы, работающие в таком режиме, называются ионизационными камерами. Это соответствует на рис. 2 участкам 1 и 2. На участке 1 (рис. 2) ток возрастает пропорционально напряжению, т.е. выполняется закон Ома. На таком участке одновременно с процессом ионизации идет обратный процесс — рекомбинации,

Рекомбинация – соединение между собой положительных ионов и электронов с образованием нейтральных частиц.

При дальнейшем увеличении напряжения рост силы тока замедляется и совсем прекращается (участок 2). Наступает ток насыщения.

Ток насыщения — это максимальное значение тока, когда все ионы и электроны, создаваемые внешним ионизатором за единицу времени, за тоже время достигают электродов. Величина тока насыщения определяется мощностью ионизатора. Ток насыщения является мерой ионизирующего действия ионизатора: если прекратить действие ионизатора, то прекратится и разряд (несамостоятельный разряд). При дальнейшем увеличении напряжения сила тока сначала медленно, а затем резко возрастает (участок 3). При больших напряжениях, возникающих под действием внешнего ионизатора электроны, сильно ускоренные электрическим полем, сталкиваясь с нейтральными молекулами газе, ионизируют их, в результате чего образуются вторичные электроны и положительные ионы (рис. 3, процесс I).

Вторичные электроны, ускорившись в электрическом поле, могут вновь ионизировать молекулы газа. Общее число электронов и ионов будет возрастать лавинообразно по мере продвижения электронов к аноду.

Описанный процесс называется ударной ионизацией.

Число электронов, проходящих к нити счетчика, отнесенное к числу первичных электронов, носит название коэффициента газового усиления А. Коэффициент газового усиления быстро возрастает с ростом напряжения и при больших А начинает зависеть от числа первичных электронов. При этом счетчик переходит из пропорционального режима в режим ограниченной пропорциональности (рис.2 участок 4). При еще больших напряжениях возникновение хотя бы одной пары ионов приводит к началу самостоятельного разряда. Счетчик начинает работать в гейгеровском режиме (рис. 2 участок 5). Ударной ионизации не достаточно, чтобы поддерживать самостоятельной разряд. Для поддержания самостоятельного разряда необходимо, чтобы электронные лавины «воспроизводились». Процессы, под воздействием которых могут возникнуть новые электроны:

Ускоренные полем положительные ионы, ударяясь о катод, выбивают из него электроны (рис. 3, процесс 2).

положительные ионы, сталкиваясь с молекулами газа, приводят их в возбужденное состояние, переход таких ионов в нормальное состояние сопровождается испусканием фотона (рис. 3, процесс 3).

Фотон, поглощенный нейтральной молекулой, уже находящейся в возбужденном состоянии может ионизировать ее. Произойдет процесс фотонной ионизации молекул (рис. 3, процесс 4).

Выбивание электронов из катода под действием фотонов (рис. 3, процесс 5),

При больших напряжениях положительные ионы способны вызывать ионизацию молекул газа (рис. 3, процесс 6) и к отрицательному электроду устремляются ионные лавины.

Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, называется напряжением пробоя.

В зависимости от давления газа, конфигурации электродов, параметров внешней цепи можно говорить о четырех типах самостоятельного разряда:

Тлеющий разряд возникает при низких давлениях (порядка 10 мм рт.ст.). Положительные ионы, ударяясь о катод, вызывают электронную эмиссию. Почти все падение напряжения происходит вблизи катода.

Искровый разряд происходит при больших напряженностях электрического поля (3х10 5 B/м) в газе, находящегося под давлением порядка атмосферного. Искра имеет вид ярко светящегося тонкого канала, сложным образом изогнутого.

Объяснение искрового разряда дается на основе стримером теории, согласно которой возникновению ярко светящегося канала искры предшествует появление слабосветящихся скоплений ионизованного газа — стримеров. Лавины, догоняя друг друга, образуют проводящие мостики из стримеров, по которым устремляются мощные потоки электронов, образующие каналы искрового разряда. При этом выделяется большое количество энергии, газ . искровом промежутке нагревается до 10 К, что приводит к свечению. Быстрый нагрев газа ведет к увеличению давления к возникновению ударной волны, при этом слышны характерные потрескивания в слабых разрядах или мощные раскаты грома в случае молнии.

Дуговой разряд. Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд становится непрерывным – возникает дуговой разряд. Ток резко возрастает до сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Луговой разряд можно получить другим методом. Сначала электроды сближают до соприкосновения, раскаляют электрическим током и разводят — получают электрическую дугу.

Коронный разряд — высоковольтный электрический разряд при высоком давлении в резко неоднородном поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (Острие). При напряжении вблизи острия порядка 30 кВ/м вокруг него образуется свечение, имеющее вид короны.

Счетчик Гейгера имеет цилиндрическую форму. Наружный цилиндр счетчика, диаметром 10-20 мм, является проводящим и служит катодом, а анодом служит натянутая вдоль оси и изолированная от цилиндра тонкая стальная нить диаметром 0,02-0,1 мм. Объем между анодом и катодом заполняется аргоном при пониженном давлении (100 мм рт.ст.) с добавкой небольшого количества (0,5%) паров этилового спирта или галогенов (рис.1).

Счетчик работает по принципу внутреннего газового усиления. Когда на счетчике подается высокое напряжение, поле вблизи тонкой нити крайне неоднородно, и, благодаря большему градиенту потенциала, заряженная частица, попавшая в счетчик, ускоряется полем до энергии более 30 эВ. При такой энергии частицы начинает действовать механизм ударной ионизации, за счет которого электроны умножаются в числе до лавины 10 3 . В результате на анодном нагрузочном сопротивлении образуется отрицательный импульс напряжением 10-20 В. Электронную лавину можно получить от одного единственного электрона, попавшего между катодом и анодом.

Эффективность счетчика — отношение числа регистрируемых частиц квантов, к полному числу проходящих через него частиц. Счетчик Гейгера не обладает 100% эффективностью. Объективность счетчика к электронам может достигать высоких значений (99,1%). Регистрация гамма-лучей осуществляется через посредство быстрых электронов, образующихся при поглощении или рассеянии гамма-квантов б стенках счетчика.

Эффективность счетчиков для гамма-квантов обычно составляет 1 … 10%.

Описываемый счетчик может зарегистрировать всего одну частицу, а для регистрации следующей частицы надо предварительно погасить самостоятельный заряд. Чувствительность счетчика восстанавливается, если положительные ионы полностью нейтрализуются.

Важной характеристикой счетчика Гейгера является мертвое время счетчика

τ = (10 -3 … 10 -5 с.).

Мертвое время счетчика — время бездействия счетчика. Гашение разряда в счетчике можно осуществить двумя способами:

I. Путем введения в газ сложного органического соединения. Многие сложные молекулы непрозрачны для ультрафиолета и не дают соответствующим квантам достичь катода. Энергия, освобождаемая ионами у катода, в присутствии таких веществ расходуется не на выравнивание электронов, а на диссоциацию молекул.

Возникновение самостоятельного разряда в этих условиях становится невозможным.

2. Второй способ гашения — с помощью сопротивления. Объясняется тем, что при протекании по сопротивлению разрядного тока, на нем возникает большое падение напряжения. В результате межэлектродный промежуток приходится только честь приложенного напряжения, которая оказывается недостаточной для поддержания разряда.

Мертвое время зависит от многих факторов: величина напряжения на счетчике, состав газа — наполнителя, способе гашения, рока службы, температуры и др. Поэтому оно трудно поддается расчету.

Проще всего мертвое время определяется опытным путем, методом двух источников в следующем порядке:

Ядерные превращения и взаимодействие излучения с веществом имеют статистический характер, следовательно, существует определенная вероятность попадания в счетчик двух и более частиц в течение мертвого времени τ, которые будут зарегистрированы как одна частица. Предположим, что эффективность счетчика равна 100%. Пусть n — средняя скорость попадания в счетчик частиц, n — средняя скорость счета (число частиц, регистрируемых в единицу времени). За время t будет зарегистрировано nt частиц. Суммарное мертвое время за время t составит nτt, а число несосчитанных частиц будет равно nnτt . Будем считать, что число попавших в счетчик частиц будет равно сумме зарегистрированных и несосчитанных частиц

nt = nt + nnτt, откуда

n = n/(1 — nτ). (1)

При малых скоростях счета (nt<<1) поправка на просчеты незначительна, и можно считать, что n = n.

Одним из простейших методов экспериментального определения мертвого времени счетчика является метод двух источников. Пусть n1 и n2 .- средние (наблюдаемые) скорости счета от каждого источника в отдельности, а n12 — суммарная скорость счета. Соответствующие им действительные значения и согласно (I) равны

; ;

Их этих соотношений определяется мертвое время счетчика:

. (2)

Например, если n1 = 100, n2 = 100, n12 = 196, то, соглас­но (2), будем иметь: τ = 2·10 -4 c.

Если с помощью такого счетчика с разрешающим временем производятся регистрация со скоростью п = 500 имп./с, то просчет составит 10%.

Для нормальной работы необходимо правильно выбрать ра­бочее напряжение счетчика. Практически напряжение на счетчи­ке выбирается таким, чтобы оно приходилось на середину плато счетной характеристики. У хороших счетчиков Гейгера-Мюллера имеется более или менее широкий! интервал (плато) напряжения около 100 В, на котором счет частиц почти не изменяется при изменении напряжения на счетчике. Графически хорошее плато имеет вид участка графика, параллельного горизонтальной оси (оси напряжения U). Чтобы снять счетную характеристику (зависимость скорости счета от напряжения), счетчик облучает­ся слабым бета и гамма-источником (например, урановым стеклом).

Цель работы: экспериментальное изучение счетной характеристики счетчика, определение мертвого времени.

Оборудование: прибор «Арион», свинцовый домик, источник — излучения (соль KCI в кювете), пластинка для ограничения потока β — частиц.

Внимание: Открывание и закрывание свинцового домика осуществляется только при отключенном питании счетчика. Все эксперименты проводить при рабочем напряжении Uраб, определенном в задании 1.

Задание и отчетность.

Задание 1. Снятие счетной характеристики.

Ознакомиться с кнопками и тумблерами прибора «Арион».

Тумблеры «сеть» и «выкл.» предназначены для включения прибора.

Регулятор «Высок» предназначен для регулирования высокого напряжения, подаваемого на газоразрядный счетчик.

Тумблер «АВТ» — для одновременного включения счетчика импульсов и секундомера (пользуются кнопками счетчика импульсов).

Кнопки «Пуск» и «Стоп» управляют прибором при счете сигналов, поступающих от газоразрядного счетчика.

Кнопки «Сброс» предназначены для сбора показании перед очередным измерением.

Ручки регулирования напряжения вывести в крайнее левое поло­жение. Включить прибор в сеть и дать прогреться в течение 10 -15 мин.

Определить пороговое напряжение по началу счета при плавном увеличении напряжения питания. Дальнейшее измерение проводится с шагом 50 В. Время измерения каждой точки 100 с.

При увеличении счета на 20% по отношению к уровню плато измерения прекращают во избежание выхода счетчике из строя и напряжение уменьшают.

Принцип действия счетчика Гейгера и современные дозиметры

Карманный дозиметр

Счетчик Гейгера-Мюллера — простой и дешевый радиоактивный датчик. Это не точный инструмент, который фиксирует отдельные частицы. Техника измеряет общую насыщенность ионизирующего излучения. Физики используют его с другими датчиками, чтобы добиться точности расчетов при проведении экспериментов.

Немного об ионизирующих излучениях

Можно было бы сразу перейти к описанию детектора, но его работа покажется непонятной, если вы мало знаете об ионизирующих излучениях. При излучении происходит эндотермическое влияние на вещество. Этому способствует энергия. К примеру, ультрафиолет или радиоволна к таким излучениям не относятся, а вот жесткий ультрафиолетовый свет – вполне. Здесь определяется граница влияния. Вид именуется фотонным, а сами фотоны – это γ-кванты.

Эрнст Резерфорд поделил процессы испускания энергии на 3 вида, используя установку с магнитным полем:

  • γ – фотон;
  • α – ядро атома гелия;
  • β – электрон с высокой энергией.

От частиц α можно защититься бумажным полотном. β проникают глубже. Способность проникновения γ самая высокая. Нейтроны, о которых ученые узнали позже, являются опасными частицами. Они воздействуют на расстоянии нескольких десятков метров. Имея электрическую нейтральность, они не вступают в реакцию с молекулами разных веществ.

Однако нейтроны легко попадают в центр атома, провоцируют его разрушение, из-за чего образуются радиоактивные изотопы. Распадаясь, изотопы создают ионизирующие излучения. От человека, животного, растения или неорганического предмета, получившего облучение, радиация исходит несколько дней.

Устройство и принцип работы счетчика Гейгера

Прибор состоит из металлической или стеклянной трубки, в которую закачан благородный газ (аргоново-неоновая смесь либо вещества в чистом виде). Воздуха в трубке нет. Газ добавляется под давлением и имеет примесь спирта и галогена. По всей трубке протянута проволока. Параллельно ей располагается железный цилиндр.

Проволока называется анодом, а трубка – катодом. Вместе они – электроды. К электродам подводится высокое напряжение, которое само по себе не вызывает разрядных явлений. В таком состоянии индикатор будет пребывать, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации. От источника питания к трубке подключается минус, а к проволоке – плюс, направленный через высокоуровневое сопротивление. Речь идет о постоянном питании в десятки сотен вольт.

Когда в трубку попадает частица, с ней сталкиваются атомы благородного газа. При соприкосновении выделяется энергия, отрывающая электроны от атомов газа. Затем образуются вторичные электроны, которые тоже сталкиваются, порождая массу новых ионов и электронов. На скорость электронов по направлению к аноду влияет электрическое поле. По ходу этого процесса образуется электрический ток.

При столкновении энергия частиц теряется, запас ионизированных атомов газа подходит к концу. Когда заряженные частицы попадают в газоразрядный счетчик Гейгера, сопротивление трубки падает, что немедленно снижает напряжение средней точки деления. Затем сопротивление вновь растет — это влечет за собой восстановление напряжения. Импульс становится отрицательным. Прибор показывает импульсы, а мы можем их сосчитать, заодно оценив количество частиц.

принцип работы счетчика гейгера принцип действия счетчика гейгера купить счетчик гейгера

Из чего состоит счетчик Гейгера?

Счетчик Гейгера

Дозиметр радиации Гейгера включает в себя счетчик, который позволяет производить подсчет радиации. Конденсатор точно фиксирует вредное для человека излучение.

И хотя этот прибор дает точные и быстрые результаты, устройство счетчика Гейгера не является сложным.

Счетчик представляет собой контейнер с инертным газом. В зависимости от модели могут использоваться разные вещества и элементы. Но чаще всего используется аргон или неон, которые закачиваются в баллоны, но иногда можно встретить и их смесь. Газ в баллоне находится под минимальным давлением для того, чтобы между катодом и анодом не возникало электрических импульсов.

Счетчик Гейгера фотЪ

В приборе можно выделить трубку и специальную натянутую нить, которая натянута по оси цилиндра. Именно они выступают катодом и анодом. Анод может быть как проволокой, так и металлическим соединением. Сейчас иногда его покрывают специальным покрытием, которое улучшает точность результатов фильтруя излучение.

Приборы могут быть как профессиональные, так и бытовые и это влияет на их устройство. Профессиональные измерители могут содержать дополнительные компоненты.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Виды счётчиков Гейгера

По конструкции счетчики Гейгера бывают 2 видов: плоский и классический.

Классический

Сделан из тонкого гофрированного металла. За счет гофрирования трубка приобретает жесткость и устойчивость к внешнему воздействию, что препятствует ее деформации. Торцы трубки оснащены стеклянными или пластмассовыми изоляторами, в которых находятся колпачки для вывода к приборам.

На поверхность трубки нанесен лак (кроме выводов). Классический счетчик считается универсальным измерительным детектором для всех известных видов излучений. Особенно для γ и β.

Плоский

Чувствительные измерители для фиксации мягкого бета-излучения имеют другую конструкцию. Из-за малого количества бета-частиц, их корпус имеет плоскую форму. Есть окошко из слюды, слабо задерживающее β. Датчик БЕТА-2 – название одного из таких приборов. Свойства других плоских счетчиков зависят от материала.

Измерение альфа-, бета- и гамма-излучения

Гамма-излучение измерять наиболее просто. Это электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов (свет — тоже поток фотонов). В отличие от света у него гораздо более высокая частота и очень малая длина волны. Это позволяет ему проникать сквозь атомы. В гражданской обороне гамма-излучение — это проникающая радиация. Она проникает сквозь стены домов, автомобили, различные сооружения и задерживается только слоем земли или бетона в несколько метров. Регистрация гамма-квантов проводится с градуировкой дозиметра по естественному гамма-излучению солнца. Источников радиации не требуется. Совсем другое дело с бета- и альфа-излучением.

Если ионизирующиее излучение α (альфа-излучение) исходит от внешних объектов, то оно почти безопасно и представляет собой поток ядер атомов Гелия. Пробег и проницаемость этих частиц небольшая — нескольких микрометров (максимум миллиметров) — в зависимости от проницаемости среды. Ввиду этой особенности оно почти не регистрируется счетчиком Гейгера. В то же время регистрация альфа-излучения важна, так как эти частицы чрезвычайно опасны при проникновении внутрь организма с воздухом, пищей, водой. Для их декретирования счетчики Гейгера используются ограничено. Больше распространены специальные полупроводниковые сенсоры.

Бета-излучение отлично регистрируется счетчиком Гейгера, потому что бета-частица представляет собой электрон. Она может пролететь сотни метров в атмосфере, но хорошо поглощается металлическими поверхностями. В связи с этим счетчик Гейгера должен иметь окошко из слюды. Металлическая камера изготавливается с небольшой толщиной стенки. Состав внутреннего газа подбирается таким образом, чтобы обеспечить небольшой перепад давления. Детектор бета-излучения ставится на выносном зонде. В быту такие дозиметры мало распространены. Это в основном военная продукция.

Параметры и режимы работы счетчика Гейгера

Чтобы рассчитать чувствительность счетчика, оцените отношение количества микрорентген от образца к числу сигналов от этого излучения. Прибор не измеряет энергию частицы, поэтому не дает абсолютно точной оценки. Калибровка устройств происходит по образцам изотопных источников.

Также нужно смотреть на следующие параметры:

Рабочая зона, площадь входного окна

Характеристика площади индикатора, через которую проходят микрочастицы, зависит от его размеров. Чем шире площадь, тем большее число частиц будет поймано.

Рабочее напряжение

Напряжение должно соответствовать средним характеристикам. Сама характеристика работы — это плоская часть зависимости количества фиксированных импульсов от напряжения. Ее второе название – плато. В этом месте работа прибора достигает пиковой активности и именуется верхним пределом измерений. Значение – 400 Вольт.

Рабочая ширина

Рабочая ширина — разница между напряжением выхода на плоскость и напряжением искрового разряда. Значение – 100 Вольт.

Наклон

Величина измеряется в виде процента от количества импульсов на 1 вольт. Он показывает погрешность измерения (статистическую) в подсчете импульсов. Значение – 0,15 %.

Температура

Температура важна, поскольку счётчик часто приходится применять в сложных условиях. Например, в реакторах. Счетчики общего использования: от -50 до +70 С по Цельсию.

Рабочий ресурс

Ресурс характеризуется общим числом всех импульсов, зафиксированных до момента, когда показания прибора становятся некорректными. Если в устройстве есть органика для самогашения, количество импульсов составит один миллиард. Ресурс уместно подсчитывать только в состоянии рабочего напряжения. При хранении прибора расход останавливается.

Время восстановления

Это промежуток времени, за который устройство проводит электричество после реагирования на ионизирующую частицу. Существует верхний предел для частоты импульсов, ограничивающий интервал измерений. Значение – 10 микросекунд.

Из-за времени восстановления (его ещё называют мертвое время) прибор может подвести в решающий момент. Для предотвращения зашкаливания производители устанавливают свинцовые экраны.

Есть ли у счетчика фон

Фон измеряется в толстостенной свинцовой камере. Обычное значение – не более 2 импульсов за минуту.

Кто и где применяет дозиметры радиации?

В промышленных масштабах выпускают много модификаций счетчиков Гейгера-Мюллера. Их производство началось во времена СССР и продолжается сейчас, но уже в Российской Федерации.

  • на объектах атомной промышленности;
  • в научных институтах;
  • в медицине;
  • в быту.

После аварии на Чернобыльской АЭС дозиметры покупают и рядовые граждане. Во всех приборах установлен счетчик Гейгера. Такие дозиметры оснащают одной или двумя трубками.

История появления счетчика Гейгера — Мюллера

Немецкий физик Ганс Гейгер, работавший в одной из лабораторий Резерфорда, в 1908 году разработал и предложил принципиальную схему действия счетчика «заряженных частиц». Он представлял собой модификацию уже знакомой тогда ионизационной камеры, которая была представлена в виде электрического конденсатора, наполненного газом с небольшим давлением. Камеру применял еще Пьер Кюри, когда изучал электрические свойства газов. Гейгер придумал ее употребить для выявления ионизирующего излучения именно оттого, что это излучение оказывало непосредственное воздействие на уровень ионизации газов.

В конце 20-х годов Вальтер Мюллер под руководством Гейгера создал некоторые типы счетчиков радиации, при помощи которых можно было регистрировать самые разнообразные ионизирующие частицы. Работа над созданием счетчиков была весьма необходимой, потому что без них нельзя было исследовать радиоактивные материалы. Гейгеру с Мюллером пришлось целеустремленно поработать над сотворением таких счетчиков, которые были бы чувствительны к любой из выявленных на то время разновидностей излучений типа α, β и γ.

Счетчики Гейгера-Мюллера оказались простыми, надежными, дешевыми, а также практичными датчиками радиации. Это при том, что они не являлись самыми точными инструментами для изучения излучения или некоторых частиц. Зато очень хорошо подходили в качестве приборов для общих измерений насыщенности ионизирующего излучения. В сочетании с другими приборами они и сейчас употребляются физиками-практиками для более точных замеров в процессе экспериментирования.

Можно ли сделать счетчик Гейгера своими руками?

Изготовить счетчик самостоятельно сложно. Нужен датчик излучения, а его купить смогут далеко не все. Сама схема счетчика давно известна — в учебниках физики, например, её тоже печатают. Однако воспроизвести устройство в домашних условиях сумеет только настоящий «левша».

Талантливые мастера-самоучки научились делать счетчику заменитель, который также способен замерять гамма- и бета-излучения с помощью люминесцентной лампы и лампы накаливания. Также используют трансформаторы от сломанной техники, трубка Гейгера, таймер, конденсатор, различные платы, резисторы.

nedoPC.org

Купил кит от www.mightyohm.com (всего лишь сотню зелёных стоит) и собрал (в комплекте шла советская трубка СБМ-20):

Image

Работает! Ловит несколько бета и гамма лучей в минуту (щёлкая динамиком и мигая светодиодом)
Проверить реальную повышенную радиоактивность нет возможности — всё что есть под рукой — не фонит, даже гранитные контертопы на кухне

Такое ощущение, что все оставшиеся в наличии советские трубки СБМ-20 в полном составе уплыли в америку

Особой разницы не уловил

У меня тоже осталась,вместе с дозиметром
Старый такой,в «кожанном» футляре с окошком в крышке.
Ремешок,чтоб на плече носить, и выносная штанга потерялись

Да. с трубками это печально. может быть так оно и есть. всё лучшее — Америке.

Но в связи с этим я вспомнил одну прикольную штуку из школьной схемотехники.
Может быть я, конечно, с ней не по адресу в этом топике, но тем не менее, трубка мне неожиданно напомнила.
Кто делал когда-либо вот такую забавную схему и помнит — как она работает?

PS. А я сам помню своим товарищам дофига таких «схем» даже не спаял, а скрутил проводами.
правда — все доступные стартеры в округе исчезли. Неонка же горит, если после запуска вынуть стартер..

Вот и я, как и все вы, был свято уверен в собственном схемотехническом опыте из детства.
Поэтому, с удивлением попавшись впросак на этом вопросе, я позволил себе этот невинный розыгрыш.

Тем не менее, на приведённой мной, и знакомой всем вам схеме:

изображен прибор по обнаружению ионизирующих излучений, он же радиометр,
он же аналог счётчика Гейгера.

Датчик Гейгера-Мюллера, достать не всем по силам. И хотя устройство счетчика известно из учебника физики, сделать его в домашних условиях практически невозможно — прибор достаточно сложен. Однако не стоит отчаиваться! Вместо счетчика изготовим неплохой заменитель, который вполне сможет регистрировать бета- и гамма- излучения.
Возьмите стартер от люминесцентной пампы и включите его в сеть последовательно с лампой накаливания 15 ватт см. рисунок. Вот и получился простейший счетчик Гейгера. Теперь главное — выйти на рабочий режим. Наш счетчик работает так: после включения в сеть через газовый разрядный промежуток в стартере между биметаллической пластиной 1 и столбиком 2 начинает идти слабый ток; его силы недостаточно для горения лампы 3. Некоторое время спустя изогнутая биметаллическая пластина 1 нагревается, немного разгибается, прикасается к столбику 2 и замыкает цепь.
В этот момент загорается лампа накаливания 3. Примерно через 0,25 секунды биметаллическая пластина 1 остывает, снова сгибается, отходит от столбика 2, ток в цепи ослабевает, и лампа накаливания 3 гаснет. Между биметаллической пластиной 1 и столбиком 2 снова возникает тлеющий разряд, пластина опять нагревается, и процесс повторяется.
Теоретически он должен идти с какой-то регулярной периодичности, то есть лампа накаливания 3 должна, например, каждые пять секунд загораться и гаснуть. V некоторых стартеров так и бывает. Однако стартеры для люминесцентных ламп значительно разнятся по своим параметрам. Многие предприятия во время ремонтов часто выбрасывают металлическую арматуру для люминесцентных ламп, и если подобрать сразу 15 — 20 стартеров на 220 вольт, то среди них наверняка найдется один подходящий.
У части стартеров тлеющий разряд в разрядном промежутке недостаточен, чтобы нагреть пластину и замкнуть цепь, и лампа накаливания 3 не горит вообще.
Рабочий режим счетчика базируется на том явлении, что слабый разряд не может нагреть пластину, но в момент пролета частицы ток усиливается, пластина нагревается и на мгновение прикасается к столбику. Тут-то лампа накаливания и вспыхивает. Затем стартёр снова переходит в режим ожидания. Нерегулярность вспышек как раз и свидетельствует о том, что мы попали в рабочий режим. Перерыв между вспышками может варьировать от 0,1 до 3-5 с при, повторяем, полном отсутствии регулярности.
В учебнике физики сказано, что стандартный фабричный счетчик Гейгера не регистрирует частицы в момент искры (щелчка или срабатывания индикатора). У нашего счетчика этот момент существенно больше. Пластине нужно нагреться, а лампе накаливания — вспыхнуть и погаснуть. Но так как естественный фон радиоактивности невысок, а время срабатывания раз в 20 — 30 меньше периода пролета частиц, то результаты работы счетчика удовлетворительны. В минуту должно быть примерно от 12 до 25 вспышек.
У фабричных счетчиков гейгера существует зависимость числа срабатываний N от напряжения U (рис. 2). Если батарея дает низкое напряжение, то регистрируются не все частицы. При подаче расчетного для данного счетчика напряжения на графике появляется плато Гейгера, то есть все частицы регистрируются. При дальнейшем повышении напряжения увеличивается количество ложных срабатываний, и затем происходит непрерывный пробой — кривая на графике уходит вверх.
Все это справедливо и для нашего счётчика гейгера. Таким образом, режим регистрации частиц относительный. Если стартер лежит на столе, счетчик срабатывает реже, а если поднести к стартеру пыльную тряпку, то количество вспышек в минуту увеличивается — ведь пыль всегда содержит радиоактивные изотопы.
Следует учитывать и колебания силы тока в цепи, но в течение 20-30 минут она, как правило, постоянна. Предпочтительно также проводить измерения поздним вечером. Если у вас есть подстроечный трансформатор-стабилизатор со встроенным вольтметром от старого телевизора — вообще прекрасно. Главное, наш счетчик позволяет проводить относительные измерения — определять степень радиоактивности, скажем, овощей или интересующих вас предметов. Можно, наконец, тарировать счетчик по стандартному фабричному, взяв его ненадолго у кого-то из друзей или знакомых.

Информация взята из журнала Левша 1995 ¹10 .

Я надеюсь, что вы не сочтёте, что я тут втихарая готовлюсь к ядерной войне. Нет.
Меня и ещё одного профессинального специалиста в области электроники развели следующим вопросом:

Вот так. коллеги схемотехники.
Я надеюсь, улучшил вам предновогоднее настроение, и вы по-другому взглянете на свои гирлянды на Новый Год?

PS. Shaos, если «советские трубки СБМ-20 в полном составе» у вас заканчиваются, я могу подкинуть американской армии советских стартеров! Их есть у меня.лопата«)

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Счетчику или нормативу закон
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector