Azotirovanie.ru

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

Счётчик Гейгера

Счётчик Гейгера

Счётчик Ге́йгера, счётчик Ге́йгера — Мю́ллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.

Содержание

История

Принцип предложен в 1908 году Хансом Гейгером; в 1928 Вальтер Мюллер, работая под руководством Гейгера, реализовал на практике несколько версий прибора, конструктивно отличавшихся в зависимости от типа излучения, которое регистрировал счётчик.

Устройство

Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В ). При необходимости обеспечивает гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счётчики с рабочим напряжением 390 В :

  • «СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), «СБМ-21» (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого β — и γ -излучений);
  • «СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого β -излучения).

Широкое применение счётчика Гейгера — Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Принцип работы

Цилиндрический счётчик Гейгера — Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров, материала электродов и газовой среды внутри счётчика. В большинстве случаев широко распространённые отечественные счётчики Гейгера требуют напряжения 400 В .

Работа счётчика основана на ударной ионизации. Гамма-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряжённости поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счётчик резко возрастает. Этим счётчик Гейгера отличается от пропорционального счётчика, где напряжённость поля недостаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после пролета первичной лавины. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счётчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счётчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счётчике добавляют немного галогена (брома или иода) или органического соединения с относительно большой молекулярной массой (обычно какого-либо спирта) — эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами, давая в результате ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, они интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение разряда — эти два фактора приводят к быстрому и самопроизвольному гашению разряда даже с небольшим анодным сопротивлением. Такие счётчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счётчик имеет опредёленный (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счётчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счёта даже в отсутствии облучения, а затем в счётчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счётчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно больше ( 10 10 импульсов и выше).

Счётная характеристика (зависимость скорости счёта от напряжения на счётчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счёта очень слабо зависит от напряжения на счётчике. Протяжённость такого плато достигает для низковольтных счётчиков 80—100 В , а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.

Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика ( ≈10 −4 с ). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.

Важной характеристикой счётчика является его эффективность. Не все γ -фотоны, попавшие на счётчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия γ -лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объёма.

Эффективность регистрации частиц счётчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счётчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счётчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счётчике делают тонкое ( 2—7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10—15 мкм для мягкого бета-излучения) окно из слюды, алюминиевой или бериллиевой фольги или полимерной пленки. Эффективность счётчика для рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины стенок счётчика, их материала и энергии излучения. Так как γ -излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность γ -счётчиков мала и составляет всего 1—2 % . Наибольшей эффективностью обладают счётчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z , так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счётчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счётчика выбирается из условия её равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объём счётчика, и возникновения импульса тока не произойдёт. Это приводит к характерной зависимости скорости счёта от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жёсткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счётчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счётчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жёсткостью» частично исправляют с помощью дополнительного экрана (например, стального или свинцового), который поглощает мягкое гамма-излучение вблизи максимума чувствительности и вместе с тем несколько повышает эффективность регистрации жёстких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счёта от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съёмным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счётчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.

Читайте так же:
Как подключить счетчики трансформаторного включения

Нейтроны напрямую газоразрядными счётчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или трифторида бора либо введение бора в состав материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций.

Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера — Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.

При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счётчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счёта никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счётчика является жёсткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счётчиком Гейгера практически равна 100 %. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счётчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон дает спонтанная эмиссия электронов из катода счётчика.

Примечание

Следует отметить, что по историческим причинам сложилось несоответствие между русским и английским вариантами этого и последующих терминов:

счетчик Гейгера

Счетчиком Гейгера представляет собой инструмент , используемый для обнаружения и измерения ионизирующего излучения . Также известный как счетчик Гейгера-Мюллера (или счетчик Гейгера-Мюллера ), он широко используется в таких приложениях, как дозиметрия излучения , радиологическая защита , экспериментальная физика и ядерная промышленность .

Он обнаруживает ионизирующее излучение, такое как альфа-частицы , бета-частицы и гамма-лучи, используя эффект ионизации, производимый в трубке Гейгера-Мюллера , которая дала название инструменту. [1] Широко и широко применяемый в качестве портативного прибора для радиационной разведки , он, возможно, является одним из самых известных в мире приборов для обнаружения радиации .

Оригинальный принцип обнаружения был реализован в 1908 году в Университете Манчестера , [2] , но он не был до развития трубки Гейгера-Мюллера в 1928 году , что счетчик Гейгера может быть получен в качестве практического инструмента. С тех пор он стал очень популярным благодаря прочному чувствительному элементу и относительно невысокой стоимости. Однако существуют ограничения при измерении высоких уровней излучения и энергии падающего излучения. [3]

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Принцип работы
    • 1.1 Считывание
    • 1.2 Ограничения
    • 2.1 Обнаружение частиц
    • 2.2 Обнаружение гамма- и рентгеновского излучения
    • 2.3 Обнаружение нейтронов
    • 2.4 Измерение гаммы — защита персонала и управление технологическим процессом
    • 2.5 Физическая конструкция
    • 2.6 Руководство по использованию приложения

    Принцип работы [ править ]

    Счетчик Гейгера состоит из трубки Гейгера – Мюллера (чувствительный элемент, который улавливает излучение) и обрабатывающей электроники, которая отображает результат.

    Трубка Гейгера – Мюллера заполнена инертным газом, таким как гелий , неон или аргон, при низком давлении, к которому приложено высокое напряжение. Трубка ненадолго проводит электрический заряд, когда частица или фотон падающего излучения делает газ проводящим за счет ионизации. Ионизация внутри трубки значительно усиливается за счет эффекта разряда Таунсенда, чтобы получить легко измеряемый импульс обнаружения, который подается на электронику обработки и отображения. Этот большой импульс от трубки делает счетчик Гейгера относительно дешевым в производстве, поскольку последующая электроника значительно упрощается. [3] Электроника также генерирует высокое напряжение, обычно 400–900 вольт, которое необходимо приложить к лампе Гейгера – Мюллера, чтобы обеспечить ее работу. Чтобы остановить разряд в трубке Гейгера – Мюллера, в газовую смесь добавляют немного газообразного галогена или органического вещества (спирта).

    Чтение

    Существует два типа считывания обнаруженного излучения: счетчики или доза облучения . Отображение подсчетов является самым простым и представляет собой количество обнаруженных событий ионизации, отображаемое либо в виде скорости счета, например, «количество в минуту» или «количество в секунду», либо в виде общего количества импульсов за заданный период времени (интегрированный общее). Считывание количества обычно используется при обнаружении альфа- или бета-частиц. Более сложным является отображение мощности дозы излучения, отображаемое в таких единицах, как зиверт, которые обычно используются для измерения мощности дозы гамма- или рентгеновского излучения. Трубка Гейгера – Мюллера может обнаруживать присутствие излучения, но не его энергию., влияющий на ионизирующий эффект излучения. Следовательно, приборы, измеряющие мощность дозы, требуют использования трубки Гейгера – Мюллера с компенсацией энергии , чтобы отображаемая доза соответствовала зарегистрированным счетчикам. [3] Электроника будет применять известные факторы для выполнения этого преобразования, которое является специфическим для каждого прибора и определяется конструкцией и калибровкой.

    Считывание может быть аналоговым или цифровым, а современные приборы предлагают последовательную связь с главным компьютером или сетью.

    Обычно есть возможность производить звуковые щелчки, отображающие количество обнаруженных событий ионизации. Это характерный звук, который обычно ассоциируется с портативными или портативными счетчиками Гейгера. Это позволяет пользователю сконцентрироваться на манипуляциях с инструментом, сохраняя при этом слуховую обратную связь по интенсивности излучения.

    Ограничения

    Есть два основных ограничения счетчика Гейгера. Поскольку выходной импульс трубки Гейгера – Мюллера всегда имеет одинаковую величину (независимо от энергии падающего излучения), трубка не может различать типы излучения. [3] Во-вторых, трубка не может измерять высокие уровни излучения, потому что за каждым событием ионизации следует «мертвое время», нечувствительный период, в течение которого любое дальнейшее падающее излучение не приводит к подсчету. Как правило, мертвое время снижает указанные скорости счета от примерно 10 4 до 10 5 отсчетов в секунду, в зависимости от характеристики используемой трубки. [3] В то время как некоторые счетчики имеют схемы, которые могут это компенсировать, для точных измерений ионная камера инструменты предпочтительнее для высоких уровней излучения.

    Типы и приложения [ править ]

    Предполагаемое приложение для обнаружения счетчика Гейгера диктует конструкцию используемой трубки. Следовательно, существует очень много конструкций, но их в целом можно разделить на «торцевое окно», безоконное «тонкостенное», «толстостенное», а иногда и на гибриды этих типов.

    Обнаружение частиц

    Первые исторические применения принципа Гейгера были для обнаружения альфа- и бета-частиц, и прибор до сих пор используется для этой цели. Для альфа-частиц и бета-частиц с низкой энергией необходимо использовать тип «торцевого окна» трубки Гейгера-Мюллера, поскольку эти частицы имеют ограниченный диапазон и легко задерживаются твердым материалом. Следовательно, для трубки требуется окно, которое должно быть достаточно тонким, чтобы пропустить как можно больше этих частиц в заполняющий газ. Окно обычно делают из слюды плотностью около 1,5 — 2,0 мг / см 2 . [1]

    Альфа-частицы имеют самый короткий диапазон, и для их обнаружения окно в идеале должно находиться в пределах 10 мм от источника излучения из-за ослабления альфа-частицами . [1] Однако трубка Гейгера-Мюллера производит импульсный выходной сигнал, который имеет одинаковую величину для всего обнаруженного излучения, поэтому счетчик Гейгера с трубкой с торцевым окном не может различать альфа- и бета-частицы. [3] Опытный оператор может использовать различное расстояние от источника излучения, чтобы различать альфа-частицы и бета-частицы высокой энергии.

    «Блинная» трубка Гейгера – Мюллера представляет собой вариант зонда с торцевым окном, но имеет большую зону обнаружения, чтобы ускорить проверку. Однако давление атмосферы по сравнению с низким давлением наполняющего газа ограничивает размер окна из-за ограниченной прочности оконной мембраны.

    Некоторые бета-частицы также могут быть обнаружены с помощью тонкостенной «безоконной» трубки Гейгера – Мюллера, которая не имеет торцевого окна, но позволяет бета-частицам высокой энергии проходить через стенки трубки. Хотя стенки трубки обладают большей тормозной способностью, чем тонкое торцевое окно, они все же позволяют этим более энергичным частицам достигать заполняющего газа. [1]

    Счетчики Гейгера с торцевым окном до сих пор используются в качестве портативного прибора для измерения и обнаружения радиоактивного загрязнения общего назначения из-за их относительно низкой стоимости, надежности и относительно высокой эффективности обнаружения; особенно с бета-частицами высоких энергий. [3] [4] Однако для различения альфа- и бета-частиц или предоставления информации об энергии частиц следует использовать сцинтилляционные счетчики или пропорциональные счетчики . [5] Эти типы инструментов производятся с гораздо большей площадью детектора, что означает, что проверка на загрязнение поверхности происходит быстрее, чем с помощью счетчика Гейгера.

    Обнаружение гамма- и рентгеновского излучения

    Счетчики Гейгера широко используются для обнаружения гамма-излучения и рентгеновских лучей, известных под общим названием фотоны , и для этого используется безоконная трубка. Однако эффективность обнаружения низка по сравнению с альфа- и бета-частицами. В статье о трубке Гейгера – Мюллера дается более подробное описание методов, используемых для регистрации фотонного излучения. Для фотонов высокой энергии трубка основана на взаимодействии излучения со стенкой трубки, обычно из материала с высоким Z, такого как хромированная сталь толщиной 1-2 мм, для образования электронов внутри стенки трубки. Они входят в заполняющий газ и ионизируют его. [3]

    Это необходимо, поскольку газ низкого давления в трубке мало взаимодействует с фотонами более высоких энергий. Однако по мере того, как энергия фотонов уменьшается до низкого уровня, происходит большее взаимодействие газа и увеличивается прямое взаимодействие газа. При очень низких энергиях (менее 25 кэВ) преобладает прямая ионизация газа, и стальная трубка ослабляет падающие фотоны. Следовательно, при этих энергиях типичная конструкция трубки представляет собой длинную трубку с тонкой стенкой, которая имеет больший объем газа, что дает повышенную вероятность прямого взаимодействия частицы с наполняющим газом. [1]

    Выше этих низких уровней энергии наблюдается значительная разница в реакции на различные энергии фотонов одинаковой интенсивности, и в трубке со стальными стенками используется так называемая «компенсация энергии» в виде кольцевых фильтров вокруг оголенной трубки, которые пытаются компенсируют эти колебания в большом диапазоне энергий. [1] Труба GM из хромистой стали имеет КПД около 1% в широком диапазоне энергий. [1]

    Обнаружение нейтронов

    Для измерения нейтронов используется разновидность трубки Гейгера , где в качестве газа используется трифторид бора или гелий-3, а для замедления нейтронов используется пластиковый замедлитель. Это создает внутри детектора альфа-частицу и, таким образом, можно подсчитывать нейтроны.

    Гамма-измерение — защита персонала и управление процессами

    Термин «счетчик Гейгера» обычно используется для обозначения портативного измерителя геодезического типа, однако принцип Гейгера широко используется в установленных сигнализаторах «гамма-излучения по площади» для защиты персонала, а также в приложениях для измерения технологических процессов и блокировки. Трубка Гейгера по-прежнему является чувствительным устройством, но электроника обработки данных будет иметь более высокую степень сложности и надежности, чем та, которая используется в портативном геодезическом измерителе.

    Физический дизайн

    Для портативных устройств существуют две основные физические конфигурации: «интегральный» блок с детектором и электроникой в ​​одном и том же блоке, и «двухкомпонентная» конструкция, которая имеет отдельный датчик детектора и электронный модуль, соединенный коротким кабелем. .

    В 1930-х годах к цилиндрической конструкции было добавлено слюдяное окно, позволяющее легко проходить излучению с низким проникновением. [6]

    Интегрированный блок позволяет управлять одной рукой, поэтому оператор может использовать другую руку для личной безопасности в сложных положениях для наблюдения, но конструкция из двух частей позволяет легче манипулировать детектором и обычно используется для контроля альфа- и бета-загрязнения поверхности, где требуется осторожность. требуется манипулирование датчиком, иначе вес электронного модуля сделает работу слишком громоздкой. Доступен ряд детекторов разного размера для конкретных ситуаций, таких как размещение зонда в небольших отверстиях или ограниченном пространстве.

    Детекторы гамма- и рентгеновского излучения обычно имеют «интегральную» конструкцию, поэтому трубка Гейгера – Мюллера удобно размещается внутри корпуса электроники. Этого легко добиться, поскольку кожух обычно имеет небольшое затухание и используется в измерениях гамма-излучения окружающей среды, где расстояние от источника излучения не является существенным фактором. Однако для облегчения более локальных измерений, таких как «доза на поверхности», положение трубки в корпусе иногда указывается мишенями на корпусе, поэтому точное измерение может быть выполнено с трубкой в ​​правильной ориентации и на известном расстоянии от поверхность.

    Существует особый тип гамма-прибора, известный как детектор «горячей точки», у которого детекторная трубка находится на конце длинного стержня или гибкого трубопровода. Они используются для измерения местоположений с высоким уровнем гамма-излучения, защищая оператора с помощью дистанционной защиты.

    Обнаружение альфа- и бета-частиц может использоваться как в цельном, так и в двухкомпонентном исполнении. Зонд для блинов (для альфа / бета) обычно используется для увеличения зоны обнаружения в двухкомпонентных приборах, при этом они относительно легкие. В встроенных приборах, использующих трубку с торцевым окном, в корпусе корпуса имеется окно для предотвращения экранирования частиц. Существуют также гибридные приборы, которые имеют отдельный зонд для обнаружения частиц и трубку для определения гамма-излучения в электронном модуле. Датчики переключаются оператором в зависимости от типа измеряемого излучения.

    Руководство по использованию приложения

    В Соединенном Королевстве Национальный совет по радиологической защите издал инструкцию пользователя по выбору лучшего портативный типа прибора для применения измерительного излучения заинтересованного. [5] Он охватывает все технологии приборов радиационной защиты и включает руководство по использованию детекторов GM.

    счетчик Гейгера

    Счетчиком Гейгера представляет собой инструмент , используемый для обнаружения и измерения ионизирующего излучения . Также известный как счетчик Гейгера-Мюллера (или счетчик Гейгера-Мюллера ), он широко используется в таких приложениях, как дозиметрия излучения , радиологическая защита , экспериментальная физика и ядерная промышленность .

    Он обнаруживает ионизирующее излучение, такое как альфа-частицы , бета-частицы и гамма-лучи, используя эффект ионизации, производимый в трубке Гейгера-Мюллера , которая дала название инструменту. [1] Широко и широко применяемый в качестве портативного прибора для радиационной разведки , он, возможно, является одним из самых известных в мире приборов для обнаружения радиации .

    Оригинальный принцип обнаружения был реализован в 1908 году в Университете Манчестера , [2] , но он не был до развития трубки Гейгера-Мюллера в 1928 году , что счетчик Гейгера может быть получен в качестве практического инструмента. С тех пор он стал очень популярным благодаря прочному чувствительному элементу и относительно невысокой стоимости. Однако существуют ограничения при измерении высоких уровней излучения и энергии падающего излучения. [3]

    СОДЕРЖАНИЕ

    Принцип работы [ править ]

    Счетчик Гейгера состоит из трубки Гейгера – Мюллера (чувствительный элемент, который улавливает излучение) и обрабатывающей электроники, которая отображает результат.

    Трубка Гейгера – Мюллера заполнена инертным газом, таким как гелий , неон или аргон, при низком давлении, к которому приложено высокое напряжение. Трубка ненадолго проводит электрический заряд, когда частица или фотон падающего излучения делает газ проводящим за счет ионизации. Ионизация внутри трубки значительно усиливается за счет эффекта разряда Таунсенда, чтобы получить легко измеряемый импульс обнаружения, который подается на электронику обработки и отображения. Этот большой импульс от трубки делает счетчик Гейгера относительно дешевым в производстве, поскольку последующая электроника значительно упрощается. [3] Электроника также генерирует высокое напряжение, обычно 400–900 вольт, которое необходимо приложить к лампе Гейгера – Мюллера, чтобы обеспечить ее работу. Чтобы остановить разряд в трубке Гейгера – Мюллера, в газовую смесь добавляют немного газообразного галогена или органического вещества (спирта).

    Чтение [ править ]

    Существует два типа считывания обнаруженного излучения: счетчики или доза облучения . Отображение подсчетов является самым простым и представляет собой количество обнаруженных событий ионизации, отображаемое либо в виде скорости счета, например, «количество в минуту» или «количество в секунду», либо в виде общего количества импульсов за заданный период времени (интегрированный общее). Считывание количества обычно используется при обнаружении альфа- или бета-частиц. Более сложным является отображение мощности дозы излучения, отображаемое в таких единицах, как зиверт, которые обычно используются для измерения мощности дозы гамма- или рентгеновского излучения. Трубка Гейгера – Мюллера может обнаруживать присутствие излучения, но не его энергию. , влияющий на ионизирующий эффект излучения. Следовательно, приборы, измеряющие мощность дозы, требуют использования трубки Гейгера – Мюллера с компенсацией энергии , чтобы отображаемая доза соответствовала зарегистрированным счетчикам. [3] Электроника будет применять известные факторы для выполнения этого преобразования, которое является специфическим для каждого прибора и определяется конструкцией и калибровкой.

    Считывание может быть аналоговым или цифровым, а современные приборы предлагают последовательную связь с главным компьютером или сетью.

    Обычно есть возможность производить звуковые щелчки, отображающие количество обнаруженных событий ионизации. Это характерный звук, который обычно ассоциируется с портативными или портативными счетчиками Гейгера. Это позволяет пользователю сконцентрироваться на манипуляциях с инструментом, сохраняя при этом слуховую обратную связь по интенсивности излучения.

    Ограничения [ править ]

    Есть два основных ограничения счетчика Гейгера. Поскольку выходной импульс трубки Гейгера – Мюллера всегда имеет одинаковую величину (независимо от энергии падающего излучения), трубка не может различать типы излучения. [3] Во-вторых, трубка не может измерять высокие уровни излучения, потому что за каждым событием ионизации следует «мертвое время», нечувствительный период, в течение которого любое дальнейшее падающее излучение не приводит к подсчету. Как правило, мертвое время снижает указанные скорости счета от примерно 10 4 до 10 5 отсчетов в секунду, в зависимости от характеристики используемой трубки. [3] В то время как некоторые счетчики имеют схемы, которые могут это компенсировать, для точных измерений ионная камера инструменты предпочтительнее для высоких уровней излучения.

    Типы и приложения [ править ]

    Предполагаемое приложение для обнаружения счетчика Гейгера диктует конструкцию используемой трубки. Следовательно, существует очень много конструкций, но их в целом можно разделить на «торцевое окно», безоконное «тонкостенное», «толстостенное», а иногда и на гибриды этих типов.

    Обнаружение частиц [ править ]

    Первые исторические применения принципа Гейгера были для обнаружения альфа- и бета-частиц, и прибор до сих пор используется для этой цели. Для альфа-частиц и бета-частиц с низкой энергией необходимо использовать тип «торцевого окна» трубки Гейгера-Мюллера, поскольку эти частицы имеют ограниченный диапазон и легко задерживаются твердым материалом. Следовательно, для трубки требуется окно, которое должно быть достаточно тонким, чтобы пропустить как можно больше этих частиц в заполняющий газ. Окно обычно делают из слюды плотностью около 1,5 — 2,0 мг / см 2 . [1]

    Альфа-частицы имеют самый короткий диапазон, и для их обнаружения окно в идеале должно находиться в пределах 10 мм от источника излучения из-за ослабления альфа-частицами . [1] Однако трубка Гейгера-Мюллера производит импульсный выходной сигнал, который имеет одинаковую величину для всего обнаруженного излучения, поэтому счетчик Гейгера с трубкой с торцевым окном не может различать альфа- и бета-частицы. [3] Опытный оператор может использовать различное расстояние от источника излучения, чтобы различать альфа-частицы и бета-частицы высокой энергии.

    «Блинная» трубка Гейгера – Мюллера представляет собой вариант зонда с торцевым окном, но имеет большую зону обнаружения, чтобы ускорить проверку. Однако давление атмосферы по сравнению с низким давлением наполняющего газа ограничивает размер окна из-за ограниченной прочности оконной мембраны.

    Некоторые бета-частицы также могут быть обнаружены с помощью тонкостенной «безоконной» трубки Гейгера – Мюллера, которая не имеет торцевого окна, но позволяет бета-частицам высокой энергии проходить через стенки трубки. Хотя стенки трубки обладают большей тормозной способностью, чем тонкое торцевое окно, они все же позволяют этим более энергичным частицам достигать заполняющего газа. [1]

    Счетчики Гейгера с торцевым окном до сих пор используются в качестве портативного прибора для измерения и обнаружения радиоактивного загрязнения общего назначения из-за их относительно низкой стоимости, надежности и относительно высокой эффективности обнаружения; особенно с бета-частицами высоких энергий. [3] [4] Однако для различения альфа- и бета-частиц или предоставления информации об энергии частиц следует использовать сцинтилляционные счетчики или пропорциональные счетчики . [5] Эти типы инструментов производятся с гораздо большей площадью детектора, что означает, что проверка на загрязнение поверхности происходит быстрее, чем с помощью счетчика Гейгера.

    Обнаружение гамма- и рентгеновского излучения [ править ]

    Счетчики Гейгера широко используются для обнаружения гамма-излучения и рентгеновских лучей, известных под общим названием фотоны , и для этого используется безоконная трубка. Однако эффективность обнаружения низка по сравнению с альфа- и бета-частицами. В статье о трубке Гейгера – Мюллера дается более подробное описание методов, используемых для регистрации фотонного излучения. Для фотонов высокой энергии трубка основана на взаимодействии излучения со стенкой трубки, обычно из материала с высоким Z, такого как хромированная сталь толщиной 1-2 мм, для образования электронов внутри стенки трубки. Они входят в заполняющий газ и ионизируют его. [3]

    Это необходимо, поскольку газ низкого давления в трубке мало взаимодействует с фотонами более высоких энергий. Однако по мере того, как энергия фотонов уменьшается до низкого уровня, происходит большее взаимодействие газа и увеличивается прямое взаимодействие газа. При очень низких энергиях (менее 25 кэВ) преобладает прямая ионизация газа, и стальная трубка ослабляет падающие фотоны. Следовательно, при этих энергиях типичная конструкция трубки представляет собой длинную трубку с тонкой стенкой, которая имеет больший объем газа, что дает повышенную вероятность прямого взаимодействия частицы с наполняющим газом. [1]

    Выше этих низких уровней энергии наблюдается значительная разница в реакции на различные энергии фотонов одинаковой интенсивности, и в трубке со стальными стенками используется так называемая «компенсация энергии» в виде кольцевых фильтров вокруг оголенной трубки, которые пытаются компенсируют эти колебания в большом диапазоне энергий. [1] Труба GM из хромистой стали имеет КПД около 1% в широком диапазоне энергий. [1]

    Обнаружение нейтронов [ править ]

    Для измерения нейтронов используется разновидность трубки Гейгера , где в качестве газа используется трифторид бора или гелий-3, а для замедления нейтронов используется пластиковый замедлитель. Это создает внутри детектора альфа-частицу и, таким образом, можно подсчитывать нейтроны.

    Гамма-измерение — защита персонала и управление процессами [ править ]

    Термин «счетчик Гейгера» обычно используется для обозначения портативного измерителя геодезического типа, однако принцип Гейгера широко используется в установленных сигнализаторах «гамма-излучения по площади» для защиты персонала, а также в приложениях для измерения технологических процессов и блокировки. Трубка Гейгера по-прежнему является чувствительным устройством, но электроника обработки данных будет иметь более высокую степень сложности и надежности, чем та, которая используется в портативном геодезическом измерителе.

    Физический дизайн [ править ]

    Для портативных устройств существуют две основные физические конфигурации: «интегральный» блок с детектором и электроникой в ​​одном и том же блоке, и «двухкомпонентная» конструкция, которая имеет отдельный датчик детектора и электронный модуль, соединенный коротким кабелем. .

    В 1930-х годах к цилиндрической конструкции было добавлено слюдяное окно, позволяющее легко проходить излучению с низким проникновением. [6]

    Интегрированный блок позволяет управлять одной рукой, поэтому оператор может использовать другую руку для личной безопасности в сложных положениях для наблюдения, но конструкция из двух частей позволяет легче манипулировать детектором и обычно используется для контроля альфа- и бета-загрязнения поверхности, где требуется осторожность. требуется манипулирование датчиком, иначе вес электронного модуля сделает работу слишком громоздкой. Доступен ряд детекторов разного размера для конкретных ситуаций, таких как размещение зонда в небольших отверстиях или ограниченном пространстве.

    Детекторы гамма- и рентгеновского излучения обычно имеют «интегральную» конструкцию, поэтому трубка Гейгера – Мюллера удобно размещается внутри корпуса электроники. Этого легко добиться, поскольку кожух обычно имеет небольшое затухание и используется в измерениях гамма-излучения окружающей среды, где расстояние от источника излучения не является существенным фактором. Однако для облегчения более локальных измерений, таких как «доза на поверхности», положение трубки в корпусе иногда указывается мишенями на корпусе, поэтому точное измерение может быть выполнено с трубкой в ​​правильной ориентации и на известном расстоянии от поверхность.

    Существует особый тип гамма-прибора, известный как детектор «горячей точки», у которого детекторная трубка находится на конце длинного стержня или гибкого трубопровода. Они используются для измерения местоположений с высоким уровнем гамма-излучения, защищая оператора с помощью дистанционной защиты.

    Обнаружение альфа- и бета-частиц может использоваться как в цельном, так и в двухкомпонентном исполнении. Зонд для блинов (для альфа / бета) обычно используется для увеличения зоны обнаружения в двухкомпонентных приборах, при этом они относительно легкие. В встроенных приборах, использующих трубку с торцевым окном, в корпусе корпуса имеется окно для предотвращения экранирования частиц. Существуют также гибридные приборы, которые имеют отдельный зонд для обнаружения частиц и трубку для определения гамма-излучения в электронном модуле. Датчики переключаются оператором в зависимости от типа измеряемого излучения.

    Руководство по использованию приложения [ править ]

    В Соединенном Королевстве Национальный совет по радиологической защите издал инструкцию пользователя по выбору лучшего портативный типа прибора для применения измерительного излучения заинтересованного. [5] Он охватывает все технологии приборов радиационной защиты и включает руководство по использованию детекторов GM.

    Какие приборы используются для замера радиации в квартире?

    Информационные материалы по данной статье для сайта ekspertizy.org предоставил администратор сайта – Александр Шпилёв. Задать вопрос автору.

    Радиоактивное излучение – это форма энергии, которая исходит от источника и проходит через среду, включая вакуум. Солнечные лучи являются одной из самых известных форм такого излучения. Но оно не может быть обнаружено человеческими чувствами. Для этого используются специальные приборы или обращаются к экспертам, которые проведут замер уровня радиации.

    Степень воздействия радиации

    Излучение, о котором нам нужно беспокоиться, называется ионизирующим. Оно может привести к повреждению вещества, особенно живых тканей, путем изменения структуры и даже ДНК. При высоких уровнях воздействия это чрезвычайно опасно для людей, а также для будущего потомства.

    Хотя воздействие может быть опасным для жизни, но низкий уровень поглощения радиации не представляет серьезной угрозы для людей. Для замера используются разные величины, одна из них, которая используется как мера дозы при медицинских диагностических процедурах – миллизиверт (мЗв). Следует учитывать следующие параметры:

    1. От 0 до 250 мЗв – обычное воздействие от природных источников, без повреждений;
    2. 250-1000 мЗв – потеря аппетита, тошнота, физическое повреждение селезенки, костного мозга и лимфатических узлов;
    3. От 1000 до 3000 мЗв – от слабой до сильной тошноты. Более высокая восприимчивость к инфекциям. Более серьезные физические повреждения. Выздоровление пациента под вопросом;
    4. От 3000 до 6000 мЗв – очень сильная тошнота, инфекции, кожные покровы, бесплодие, кровотечение. При отсутствии лечения пациент может умереть;
    5. От 6000 до 10000 мЗв – Центральная нервная система серьезно повреждена. пациент не должен выживать;
    6. 10000+ мЗв – недееспособность, смерть. У тех, кто выживает, развивается рак нескольких разных органов.

    Прибор для измерения радиации в квартире

    Бытовой дозиметр

    Бытовой дозиметр.

    Вызывать без видимых причин эксперта бессмысленно. Но измерение радиационного фона можно провести с помощью портативных средств. К ним относятся компактные дозиметры для домашнего хозяйства. Настоятельно рекомендуется приобрести такой, особенно, если семья часто путешествует, меняет жилье.

    Такой прибор для измерения радиации в квартире широко используется для радиационной защиты человека и для измерения радиации как в медицинских, так и в промышленных процессах. Портативные дозиметры могут измерять уровни альфа, бета, гамма или рентгеновского излучения.

    Эти устройства просты в использовании, преследуют следующие цели:

    1. Контроль допустимого уровня радиации в месте проживания, на работе или в медицинском учреждении;
    2. Измерение уровня радиации предметов домашнего обихода, одежды, почвы и т.д.;
    3. Оценка радиоактивного загрязнения пищевых продуктов, воды и воздуха.

    Некоторые дозиметры могут даже работать через Bluetooth-канал и превращать смартфоны и планшеты в рабочий дозиметр! Но проблема в том, что некоторые материалы содержат небольшое количество радиации. Ее опасность в том, что она накапливается в организме со временем, становится причиной серьезных заболеваний.

    При этом портативные дозиметры не фиксируют такое излучение. Поэтому потребуется помощь экспертов, которые смогут провести тщательное измерение радиации в квартире.

    Чем пользуются эксперты при замере радиации?

    Перечень приборов и устройств, которые использует радиационная экспертиза, широк. От портативных дозиметров до сложных лабораторных приборов.

    Счетчик Гейгера с трубкой или зондом Гейгера-Мюллера

    Счетчик Гейгера

    Это газонаполненное устройство, которое при подаче высокого напряжения создает электрический импульс, когда излучение взаимодействует со стенкой или газом в трубе.

    MicroR Meter с детектором йодида натрия

    MicroR Meter с детектором йодида натрия

    Эти приборы чаще всего имеют схемы различения верхней и нижней энергии и при правильном использовании в качестве одноканальных анализаторов могут предоставлять информацию о энергии гамма-излучения и идентифицировать радиоактивный материал. Если у инструмента есть динамик, импульсы также дают слышимый щелчок, полезная функция при поиске потерянного источника.

    Распространенными единицами считывания являются микрорентгены в час (мкР/ час) и/или число импульсов в минуту. Детекторы йодида натрия могут использоваться с ручными инструментами или большими стационарными радиационными мониторами.

    Портативный многоканальный анализатор

    Эти портативные инструменты могут автоматически определять и отображать тип присутствующих радиоактивных материалов. При работе с неизвестными источниками излучения это очень полезная функция.

    Ионизационная (ионная) камера

    Это заполненная воздухом камера с электропроводящей внутренней стенкой и центральным анодом и относительно низким приложенным напряжением. Предназначена для обеспечения точного измерения поглощенной дозы в воздухе, которая с помощью соответствующих коэффициентов преобразования может быть связана с дозой в ткани.

    Нейтронный счетчик REM с пропорциональным счетчиком

    Пропорциональная контртрубка из трифторида бора или гелия-3 представляет собой газонаполненное устройство, которое при подаче высокого напряжения создает электрический импульс, когда нейтронное излучение взаимодействует с газом в трубке. Благодаря использованию электронных схем дискриминатора, отдельно могут быть измерены различные типы излучения.

    Радоновые детекторы

    Радоновый детектор

    Для измерения радона в домашних условиях или на производстве (например, урановые рудники) используется ряд различных методов. Они варьируются от сбора продуктов распада радона на воздушном фильтре до подсчета, экспонирования угольной канистры в течение нескольких дней и выполнения гамма-спектроскопии для поглощенных продуктов распада, экспонирования электретной ионной камеры и считывания, а также длительного воздействия CR-39 пластиков с последующим химическим травлением и подсчетом альфа-треков. Все эти подходы имеют различные преимущества и недостатки, которые следует оценить перед использованием.

    Наиболее распространенные лабораторные инструменты:

    Жидкостный сцинтилляционный счетчик

    Жидкостный сцинтилляционный счетчик

    Это традиционный лабораторный прибор с двумя противолежащими ФЭУ, которые видят флакон, содержащий образец и жидкую сцинтилляционную жидкость, или коктейль. Когда образец испускает излучение (часто бета с низкой энергией), сам коктейль, будучи детектором, вызывает импульс света.

    С использованием экранирования, охлаждения ФЭУ, выделения энергии и такого подхода к подсчету совпадений можно добиться очень низкого фонового подсчета и, таким образом, низкого минимума обнаруживаемой активности. Большинство современных блоков имеют возможность многократной выборки и автоматического сбора, сокращения и хранения данных.

    Пропорциональный счетчик

    Обычным лабораторным прибором является стандартный пропорциональный счетчик с поддоном для подсчета проб и камерой, а также потоком аргона / метана через счетный газ. В большинстве устройств используется очень тонкое (микрограмм/см2) окно, а в некоторых нет окон.

    Экранирующие и идентичные защитные камеры используются для уменьшения фона, и, в сочетании с электронной дискриминацией, эти инструменты могут различать альфа- и бета-излучение. Имеют возможность многократной выборки и автоматического сбора, сокращения и хранения данных. Такие счетчики часто используются для подсчета образцов мазка/протирки или воздушного фильтра.

    Многоканальная анализаторная система

    лабораторный аппарат с кристаллом йодида натрия. Твердотельный германиевый детектор или детектор кремниевого типа может обеспечить мощную и полезную возможность для подсчета образцов жидкой или твердой матрицы или других приготовленных извлеченных радиоактивных образцов.

    Большинство систем используются для гамма-счета, в то время как некоторые кремниевые детекторы используются для альфа-излучения. Эти системы могут также использоваться с хорошо экранированными детекторами для подсчета радиоактивного материала, осажденного внутри, в органах или тканях для измерений биоанализа. Во всех случаях обеспечивает возможность подсчета бинарных и подсчетов по энергии и, таким образом, идентифицирует излучатель. Опять же, большинство систем имеют возможность автоматического сбора, сокращения и хранения данных.

    Собранные образцы помещаются в специальные контейнеры. У экспертов должна быть соответствующая лицензия для работы с радиоактивными материалами. После сбора образцов проводится их лабораторное исследование и составляется заключение. Если в результате будут выявлены опасные для жизни и здоровья строительных и других материалов (например, игрушки), документ станет основанием для подачи иска и начала не только гражданско-правового, но и уголовного производства.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector