Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Для чего используют счетчик гейгера

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 Типы и применения
    • 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
  • 3 История
  • 4 Галерея
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

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.

Читайте так же:
Как обнулить счетчик для модемов

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.

Счётчик Гейгера

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

Принцип предложен в 1908 году Гансом 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.

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), обеспечивает, при необходимости, 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 счетчики 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.

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 счетчика. В большинстве случаев широко распространенные отечественные счетчики Гейгера требуют напряжения 400 В.

Читайте так же:
Счетчик топ мейл ру

Работа счётчика основана на ударной ионизации. γ-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 напряженности поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счетчик резко возрастает. Этим счетчик Гейгера отличается от пропорционального счетчика, где напряженность 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 счетчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счетчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счетчике добавляют немного галогена (брома или йода) 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 счетчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счетчик имеет определенный (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счетчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счета даже в отсутствии облучения, а затем в счетчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счетчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно выше (10 10 импульсов и выше).

Счетная характеристика (зависимость скорости счета от напряжения на счетчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счета очень слабо зависит от напряжения на счетчике. Протяженность такого плато достигает для низковольтных счетчиков 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 счетчик, 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 счетчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счетчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счетчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счетчике делают тонкое (2-7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10-15 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 γ-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 произойдет. Это приводит к характерной зависимости скорости счета от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жесткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счетчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счетчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жесткостью» 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 жестких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счета от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съемным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счетчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.

Нейтроны напрямую газоразрядными счетчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или бора в составе 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 счетчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счета никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счетчика является жесткая 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 счетчиком Гейгера практически равна 100%. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счетчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон дает спонтанная эмиссия электронов из катода счетчика.

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 .

Читайте так же:
Что такое счетчик fps

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 Типы и применения
    • 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
  • 3 История
  • 4 Галерея
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

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.

Читайте так же:
Обнулить счетчик принтера hp 3525

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.

Дозиметр: держим радиацию под контролем

Дозиметр: держим радиацию под контролем

Немногим более 30 лет назад о радиоактивном облучении беспокоились только специалисты, чья сфера деятельности была связана с радиацией. Но после аварии на Чернобыльской АЭС (1986 год) проблема радиации стала волновать и обычных людей. И, как оказалось, никогда нельзя быть на 100 % уверенным в том, что продукты, фрукты, овощи, которые мы покупаем в супермаркете, на рынке, вода в водопроводной сети, которую мы используем для приготовления пищи, в реке или озере, на берегу которого мы отдыхаем, не несут в себе радиоактивный заряд. Многие находят правильное решение: «Куплю себе дозиметр». Но, любой поставщик дозиметров, например, в Москве очень широкий ассортимент моделей предлагает интернет-магазин компании АналитПромПрибор. Проблема не в том, где купить бытовой измеритель радиации. Главное правильно выбрать изделие, чтобы не переплатить за ненужные функции, которыми вам, может быть, никогда не придется воспользоваться.

Принцип работы счетчиков Гейгера

Это электровакуумный прибор с предельно простым принципом работы. Датчик радиоактивных излучений представляет собой металлическую или стеклянную камеру с металлизацией, заполненную разряженным инертным газом. По центру камеры располагают электрод. Внешние стенки камеры подключают к источнику высокого напряжения (обычно 400 вольт). Внутренний электрод — к чувствительному усилителю. Ионизирующие излучения (радиация) представляют собой поток частиц. Они буквально переносят электроны от высоковольтного катода в нити анода. На ней просто наводится напряжение, которое можно уже измерить, подключив к усилителю.

Высокая чувствительность счетчика Гейгера обусловлена лавинообразным эффектом. Энергия, которую регистрирует усилитель на выходе, — это не энергия источника ионизирующего излучения. Это энергия высоковольтного блока питания самого дозиметра. Проникшая частица только переносит электрон (энергетический заряд, который превращается в ток, регистрируемый измерителем). Между электродами введена газовая смесь, состоящая из благородных газов: аргона, неона. Она призвана гасить высоковольтные разряды. Если возникнет такой разряд, то это будет ложное срабатывание счетчика. Последующая измерительная схема игнорирует такие выбросы. Кроме того, высоковольтный блок питания тоже должен быть от них защищен.

Читайте так же:
Прибор для проверки намагниченности счетчика

Схема питания в счетчике Гейгера обеспечивает ток на выходе в нескольких микроампер при выходном напряжении 400 вольт. Точное значение напряжения питания устанавливается для каждой марки счетчика по его технической спецификации.

Тип дозиметра

Индикатор – простой и дешевый прибор. Минус – малая чувствительность и точность измерений. Индикатор способен обнаруживать предметы с повышенным радиационным фоном. Такие устройства встречаются чаще всего.

Измеритель – отличается высокой чувствительностью и точностью. Недостаток – высокая стоимость. Измеряет радиационного фон отдельных предметов и окружающем пространстве. Эти аппараты применяются и в качестве индикаторов. Хороший выбор для проверки различных товаров, материалов, продуктов питания и даже почвы.

Сигнализатор – фиксирует резкие скачки радиационного фона и сообщает о них пользователю (вибросигнал, звуковое или световое оповещение). Некоторые сигнализаторы можно использовать как индикаторы и измерители со скромным функционалом.

Поисковик (радиометр) – характеризуется высокой чувствительностью к колебаниям радиационного фона. Обнаруживает источники радиации в горных породах, металлоломе.

Критерии выбора

Прежде чем купить индивидуальный дозиметр, цена которого зависит от его возможностей, необходимо понять: какой именно вид радиации представляет наибольшую опасность и подлежит контролю. Если разобраться, то опасны все её разновидности, но в быту и в окружающей среде человек сталкивается с тремя основными: альфа-, бета- и гамма-излучением. Стоит отметить, что особой необходимости в регистрации альфа-лучей – нет, потому что они опасны для человека лишь при попадании в организм. Бета-частицы проникают на глубину в 2 см, гамма-частицы способны пройти через человеческое тело насквозь. Следовательно, наибольший интерес для пользователей представляет дозиметр-радиометр индивидуальный, который и предназначен для измерения бета- и гамма-излучения.

Детали, на которые при выборе нужно обратить внимание:

  1. Тип детектора, входящего в состав конструкции. Это едва ли не самый главный параметр, от которого зависит точность и возможности устройства. Полупроводниковые детекторы не пользуются особым спросом, поэтому наибольшее распространение получил счётчик Гейгера-Мюллера, который и используется чаще всего. Если прибор должен обладать сверхчувствительностью, что требуется в случаях его профессионального применения, то тогда в блок детектирования помещаются сцинтилляционные кристаллы, что автоматически увеличивает стоимость оборудования.
  2. Разновидности радиации, доступные для измерения. В идеале, устройство должно проводить измерение трёх видов радиации, что неизбежно приводит к его удорожанию. Особым спросом пользуется «дозиметр рентгеновского и гамма излучения индивидуальный», приобрести который (наряду с другими моделями) можно на сайте компании «ПромГруппПрибор». Простейшим вариантом является устройство, предназначенное для измерения бета-излучения.
  3. Погрешность. Чем она меньше, тем точнее прибор, а чем он точнее, тем дороже. К примеру, дозиметр-радиометр бытовой имеет достаточно высокую погрешность – вплоть до 25%. На точность показаний могут оказывать влияние внешние факторы, например, слишком низкая температура воздуха и повышенная влажность. А вот профессиональные устройства более адаптированы к работе в сложных условиях, поэтому их погрешность лежит в пределах 7%.
  4. Время измерения. Большинство моделей выдаёт результат не более чем через одну минуту с момента начала проведения измерений.
  5. Диапазон измеряемых величин. При покупке следует обращать внимание на минимальное значение, доступное для регистрации прибором, потому что верхний порог измерений довольно высок.
  6. Поверка. Любой индивидуальный радиационный дозиметр имеет паспорт, и если в нём наличествует отметка, что он прошёл поверку производителем, то это очень хорошо. Так как этот «знак» доподлинно удостоверяет: прибор проводит измерения с точностью, указанной в паспорте, и вообще – полностью соответствует всем характеристикам.
  7. Внешний вид, габаритные размеры, цена, функционал – всё это зависит от личных предпочтений.

Британские инструменты гражданской обороны

В США было произведено около 500 000 счетчиков Гейгера. Великобритания произвела около 20 000 единиц каждого из своих основных типов и занимает второе место после США. Некоторые инструменты также производились другими странами в меньших количествах.

Американские инструменты, датируемые эпохой администрации Кеннеди, были разработаны для использования низковольтной транзисторной электроники, и батареи все еще доступны сегодня. Однако большинство британских инструментов гражданской обороны, сохранившихся до 1982 года или позже, были изготовлены с 1953-7 годов и требовали высоковольтных батарей, которые стали устаревшими после того, как портативные ламповые радиоприемники были заменены транзисторными.

Все британские инструменты гражданской обороны были совместно разработаны Министерством внутренних дел и Министерством обороны и также были военным вопросом.

Счетчик загрязнения №1

Первым крупномасштабным выпуском британской гражданской обороны был счетчик Гейгера – Мюллера , загрязнение, набор № 1 — серийный номер «5CG0012», 1953 года. Он имел диапазон 0–10 мР / час с внешним датчиком и наушниками. Он был разработан для использования двух батарей на 1,50 вольт, хотя позже они были оснащены инвертором, в котором использовались четыре ртутных элемента на 1,35 вольт или, в качестве альтернативы, блок питания от сети. Многие из этих единиц оставались в эксплуатации до 1980-х годов. Также был Mk. 2, в которой использовались резиновые разъемы и кабель для датчика, по сравнению с разъемами Plessey на Mk.1.

При этом использовались клапаны с холодным катодом и схема с очень высоким импедансом, чтобы максимально продлить срок службы батареи с существующей технологией.

Измеритель лучевой диагностики

Британский «Измеритель радиационной разведки № 2» датируется 1953–1956 гг. И требует устаревших высоковольтных батарей на 15 и 30 вольт и стандартного элемента на 1,5 вольта (последний использовался для питания нитей нагревателя клапана и лампы освещения счетчика). Также был учебный блок, который измерял 0–300 мР / ч и работал от четырех 30-вольтовых батарей плюс один 1,5-вольтовый элемент для нитей. В этом измерителе использовалась большая трубка Гейгера – Мюллера, в отличие от ионизационной камеры RSM № 2.

Эти измерители были одобрены, так как они были испытаны на радиоактивных осадках в Австралии после ядерных испытаний операции «Буффало» и оставались в эксплуатации до 1982 года, когда производителю было поручено регулярно производить специальные производственные партии устаревших батарей.

Королевский корпус наблюдателей Великобритании первоначально использовал RSM № 2 в качестве основного детектора излучения, пока он не был заменен специально разработанным « стационарным геодезическим прибором », в котором использовались те же устаревшие высоковольтные батареи, что и в RSM. ОКР сохранила RSM № 2 для использования во время внешних мобильных мониторинговых съемок «после атаки».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector