Sfera-perm.ru

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

Для чего нужен счетчик гейгера мюллера

Работа 5.20 Изучение работы счетчика Гейгера Мюллера

    Агния Весёлкина 4 лет назад Просмотров:

1 Работа 5.20 Изучение работы счетчика Гейгера Мюллера Оборудование: счетчик Гейгера Мюллера, электростатический вольтметр, декатронный счетчик, электрическая схема управления, источник радиоактивного излучения. Введение В основе всех методов выявления излучения, возникающего при естественной или искусственной радиоактивности, при ядерных реакциях, космических лучей, световых и рентгеновских квантов лежит явление взаимодействия излучения с веществом. Различают первичные и вторичные взаимодействия. Первичные взаимодействия вызываются частицами, владеющими электрическим зарядом; вторичные нейтральными частицами, световыми, рентгеновскими и γ -квантами. Заряженные частицы (α -частицы, электроны, протоны, позитроны и др.) при прохождении через вещество отдают свою кинетическую энергию непосредственно электронам излучающего вещества и создают вторичные электроны, т. е. вызывают ионизацию молекул. Нейтральные частицы следов не оставляют, но они могут быть зафиксированы по ионизации, вызванной возникающими при этом заряженными частицами. Например, при взаимодействии нейтронов с веществом могут возникать протоны отдачи и другие заряженные частицы. γ -лучи в зависимости от их жесткости приводят к возникновению фотоэлектронов, комптоновских электронов и электронно-позитронных пар. Вторичные заряженные частицы вызывают такое же взаимодействие, как и первичное излучение: они передают свою кинетическую энергию электронам вещества, которое при этом облучается, и создают третичные электроны. В зависимости от свойств вещества и энергии излучения вторичные электроны (при первичном взаимодействии) или третичные электроны (при вторичном взаимодействии) оставляют атомы и молекулы, в состав которых они раньше входили, или остаются в них и возвращаются в основное состояние с излучением лишней энергии. Все детекторы излучения, которые в настоящее время используются, по своему принципу действия основаны на первичном или вторичном взаимодействии. Широкое применение получили детекторы, действие которых основано на ионизации газа, в частности счетчики Гейгера Мюллера. Газоразрядные счетчики Гейгера Мюллера широко применяются благодаря их высокой чувствительности, возможности регистрации разных излучений, значительной величине выходного сигнала и сравнительно простому строению. 90

2 Существуют разные типы счетчиков, отличающиеся по назначению (α -, β -, γ — счетчики, счетчики протонов и др.) и по конструкции (цилиндрические, торцовые). Очень распространенным является цилиндрический счетчик. Он состоит из цилиндрического корпуса, по оси которого натянута закрепленная на изоляторах тонкая нить. Нить является анодом, катодом служит корпус счетчика. Пространство между электродами заполняется газом при давлении (13 26) кпа. Некоторые частицы, а также космическое, рентгеновское и γ -излучения проникают в счетчик непосредственно через стенки корпуса. В торцовых счетчиках для проникновения в них ионизирующих частиц в торце счетчика имеется окошко со слюды или из алюминиевой фольги. К электродам счетчика через сопротивление от 10 6 Ом до 10 9 Ом подводится напряжение в несколько сотен вольт. Если через рабочий объем счетчика пройдет ионизирующая частица, то на пути ее движения возникнут положительные ионы и электроны, которые под действием электрического поля будут двигаться к электродам: электроны к нити, ионы к стенкам цилиндра. Во внешней цепи возникнет импульс тока, создающий импульс напряжения на нагрузочном сопротивлении R (рис. 5.52). Этот импульс напряжения можно зафиксировать при помощи усилителя У и счетчика импульсов СИ. Величина импульса тока, возникающего в счетчике под действием заряженной частицы, зависит от напряжения, которое подается на электроды. График зависимости I = f ( U ) для двух различных значений начальной ионизации показаны на рис Верхняя кривая соответствует большей начальной ионизации, вызванной α -частицей, нижняя меньшей ионизации, вызванной β — частицей. Всю кривую можно разделить на шесть областей, которые на рисунке обозначены римскими цифрами. При очень низких напряжениях (область I) Рис положительные ионы и электроны, возникающие в газе между анодом и катодом под воздействием заряженных частиц, двигаются к электродам так медленно, что часть из них успевает рекомбинировать раньше, чем достигнет электродов. С увеличением напряжения количество рекомбинирующих ионов уменьшается и импульс быстро возрастает. При некотором напряжении U 1 все ионы и электроны достигают электродов. При дальнейшем увеличении напряжения от U 1 до U 2 (область II) величина импульса тока остается 91

3 неизменной, т. е. наступает насыщение. Величина импульса тока насыщения зависит от интенсивности ионизатора. Если напряжение на счетчике превышает величину U 2, напряженность электрического поля возрастает настолько, что электроны приобретают скорость, достаточную для того, чтобы вызвать ионизацию молекул газа, вследствие чего вместо первичных N ионов возникает kn ионов. Число k называют коэффициентом газового усиления. Коэффициент газового усиления показывает, во сколько увеличивается импульс тока в сравнении с импульсом тока насыщения. Он может достигать величины В интервале напряжений на счетчике от U 2 до U 3 коэффициент k не зависит от начального числа ионов, поэтому в области III импульс тока пропорционален числу первичных пар ионов. Счетчик, работающий в этом режиме, называется пропорциональным счетчиком. Характерной особенностью пропорциональных счетчиков является то, что разряд в них исчезает сразу после прекращения действия внешней ионизации. Такой тип разряда называется несамостоятельным разрядом. При увеличении напряжения выше U 3 коэффициент газового усиления уже зависит от величины начальной ионизации. Поэтому область IV называют областью ограниченной пропорциональности. В области V величина импульса тока уже не зависит от величины начальной ионизации, т. е. электрическое поле настолько большое, что счетчик переходит в режим самостоятельного разряда. В этой области после того, как перестает действовать внешний ионизатор, разряд не останавливается и для его погашения необходимы особенные меры. Область напряжений U 4 U 5 называется областью Гейгера, а счетчики, работающие в этом режиме счетчиками Гейгера Мюллера. Такие счетчики не могут применяться для непосредственного измерения ионизирующего действия излучения, но они обладают очень большой чувствительностью: достаточно, чтобы в счетчике появился хотя бы один электрон, и в нем рождается электронная лавина, а во внешней цепи возникает импульс тока. Поэтому счетчики Гейгера Мюллера используются для подсчета числа ионизирующих частиц и квантов электромагнитного излучения. Если напряжение на счетчике увеличить до U 5 (область VI), то наступает непрерывный разряд, в результате которого счетчик выходит из строя. Счетчики с самостоятельным разрядом в зависимости от того, каким газом они заполнены, бывают несамогасящиеся и самогасящиеся. В несамогасящихся счетчиках гашение разряда достигается включением в цепь высокоомного сопротивления и емкости. Импульс тока, проходящего через это сопротивление, вызывает возникновение на нем падения напряжения, что приводит к уменьшению напряжения на счетчике и 92

4 гашению разряда. В самогасящихся счетчиках быстрое прекращение разряда достигается использованием смеси одноатомного и многоатомного газов, например, аргона с парами метилового спирта. Десятипроцентное добавление паров спирта к основному газу приводит не только к гашению разряда, но и к уменьшению его длительности (примерно в 100 раз). Аналогично с парами спирта в качестве добавок в самогасящихся счетчиках используются галогены (хлор или бром). Галогенные счетчики отличаются более низким рабочим напряжением ( ) В, большим сроком работы и высокой скоростью подсчета импульсов (до 10 6 имп/мин). Свойства счетчика Гейгера Мюллера, как измерительного прибора, определяются его счетной или рабочей характеристикой. Счетной характеристикой называют кривую, выражающую зависимость числа разрядов N в счетчике за единицу времени от величины напряжения U на нем. Эта характеристика имеет вид кривой с широким, почти горизонтальным участком, который называется плато (рис. 5.51). Как видно из рисунка, при напряжениях, меньших U 1, счетчик ничего не регистрирует (импульсы очень слабые и не регистрируются счетной установкой). Напряжение U 1, при котором счетчик начинает считать, называется напряжением начала отсчета или Рис напряжением зажигания счетчика. Величина этого напряжения зависит от многих причин, главными из которых являются диаметр нити анода, род газа и его давление. При изменении напряжения U от U 1 до U 2 скорость счета быстро увеличивается. Объясняется это тем, что счетчик работает в области ограниченной пропорциональности, где не каждая частица, попадающая в счетчик, вызывает самостоятельный разряд. Начиная с напряжения U 2, счетчик регистрирует все частицы, попадающие в него, и вызывающие в нем хотя бы одну пару ионов. При увеличении напряжения до значения U 4 скорость счета почти не изменяется. Величину рабочего напряжения U 3 обычно выбирают на середине плато. При напряжениях на счетчике, больших U 4, разряд в счетчике не гаснет. Качество работы счетчика зависит от величины плато и его наклона. Чем большая длина плато и меньше его наклон, тем лучше счетчик. Каждый счетчик владеет фоном. Фоном называют число импульсов, регистрируемых счетчиком при отсутствии его облучения. Наличие фона обусловлено космическим излучением, радиоактивным загрязнением воздуха в помещении и стенок счетчика. 93

Читайте так же:
Счетчик только нанесенного урона

5 Важной характеристикой счетчика является разрешающее время. Гашение разряда в счетчике происходит в течение времени (0,1 1) мс. В это время счетчик не регистрирует частицы. Вызвано это тем, что скорость перемещения положительных ионов примерно в 1000 раз меньше скорости перемещения электронов, и за время создания электронных лавин ионы практически остаются на месте. В результате вокруг нити счетчика возникает цилиндрический слой положительных ионов, уменьшающих напряженность поля около нее. Частица, попадающая в это время в счетчик, не вызывает возникновения импульса тока. Счетчик не считает до того времени, пока положительные ионы не станут находиться от нити на таком расстоянии, при котором напряженность поля около нити снова будет иметь первоначальное значение. Время, на протяжении которого ионы переместятся от нити на такое расстояние, называется «мертвым временем» счетчика. Величина, обратная «мертвому времени», называется разрешающей способностью счетчика. Таким образом, разрешающим временем счетчика называется минимальный промежуток времени между двумя последовательными попаданиями частиц или γ -квантов, которые могут быть зарегистрированы отдельно. Разрешающая способность счетчика определяет максимальное число частиц, которые может зарегистрировать счетчик за единицу времени. Если за 1 с на счетчик падает N частиц, то он регистрирует только часть из них n, потому что после каждой частицы есть «мертвое время» ( τ ). Общее «мертвое время» t = nτ. Если бы счетчик работал непрерывно, то за время t он Рис зарегистрировал бы N t частиц. Поэтому истинное число частиц N = n + N t, откуда N = n / ( 1 nτ ). Это отношение позволяет ввести поправку на просчет, если известно «мертвое время» τ. Для счетчиков Гейгера Мюллера оно справедливо при скоростях счета вплоть до имп/мин. Описание установки. В работе используется счетчик Гейгера Мюллера СГМ (рис. 5.52). Величина напряжения, подаваемого на счетчик, регулируется потенциометром П, ручка которого выведена на переднюю панель прибора ВВ. Импульсы, возникающие в счетной трубке, после предварительного усиления усилителем У поступают на вход декатронного счетчика импульсов СИ. Источником частиц является радиоактивное вещество I. 94

6 П о ря д о к в ы п ол н е н и я р а б от ы 1. Включите тумблер «сеть» прибора ВВ, при этом засветится индикаторная лампочка. Включите декатронный счетчик СИ и кнопкой «сброс» установите его в нулевое положение. 2. Ручкой потенциометра П постепенно увеличивайте напряжение на счетчике Гейгера Мюллера и определите момент его срабатывания U 1 (начало регистрации импульсов декатронным счетчиком). 3. При напряжении U 1 определите число импульсов N 1, регистрируемых декатронным счетчиком за 2 минуты. 4. Выполните аналогичные измерения числа импульсов через каждые 20 В до напряжения, при котором разряд становится непрерывным (580 В). N U, определите величину плато и 5. Постройте график зависимости ( ) рабочее напряжение счетчика U раб. 6. Определите фон счетчика N ф. Для этого удалите источник излучения (I) от установки, подайте на счетчик рабочее напряжение и измерьте число импульсов за 2 минуты. 7. Результаты измерений запишите в таблицу: п/п U, В N Uраб Nф КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1.Объясните устройство счетчика Гейгера Мюллера. 2.Дайте характеристику различным режимам работы счетчика. 3.Почему счетчики Гейгера Мюллера не могут быть непосредственно использованы для измерения ионизирующего излучения? 4.Можно ли с помощью счетчика Гейгера Мюллера определить энергию частицы? Почему? 5.Каким образом достигается гашение разряда в несамогасящихся счетчиках? 6.Каким образом достигается гашение разряда в самогасящихся счетчиках? 7.Объясните рабочую характеристику счетчика. 8.Что называют фоном счетчика? 9.Чем обусловлено «мертвое время» счетчика? 10.Почему при определении «мертвого времени» счетчика используют радиоактивный препарат сравнительно высокой активности? 95

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ОТЧЁТ по лабораторной работе 114

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 4 СНЯТИЕ СЧЁТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЁТЧИКА ГЕЙГЕРА Выполнил студент группы

Счетчик Гейгера — Geiger counter — Wikipedia

А счетчик Гейгера инструмент, используемый для обнаружения и измерения ионизирующего излучения. Также известен как Счетчик Гейгера – Мюллера (или же Счетчик Гейгера – Мюллера), он широко используется в таких приложениях, как радиация дозиметрия, радиологическая защита, экспериментальная физика, а атомная промышленность.

Он обнаруживает ионизирующее излучение, например альфа-частицы, бета-частицы, и гамма излучение используя эффект ионизации, возникающий в Трубка Гейгера – Мюллера, который дает название инструменту. [1] Широко и широко используется в качестве портативный прибор для радиационной разведки, пожалуй, один из самых известных в мире обнаружение радиации инструменты.

Первоначальный принцип обнаружения был реализован в 1908 г. Кильский университет, но только после разработки трубки Гейгера-Мюллера в 1928 году счетчик Гейгера мог быть создан как практический инструмент. С тех пор он стал очень популярен благодаря прочному чувствительному элементу и относительно низкой стоимости. Однако существуют ограничения при измерении высоких уровней излучения и энергия падающего излучения. [2]

Содержание

  • 1 Принцип действия
    • 1.1 Зачитать
    • 1.2 Ограничения
  • 2 Виды и приложения
    • 2.1 Обнаружение частиц
    • 2.2 Обнаружение гамма- и рентгеновского излучения
    • 2.3 Обнаружение нейтронов
    • 2.4 Гамма-измерение — защита персонала и управление технологическим процессом
    • 2.5 Физический дизайн
    • 2.6 Руководство по использованию приложения
  • 3 История
  • 4 Галерея
  • 5 Смотрите также
  • 6 Рекомендации
  • 7 внешняя ссылка

Принцип действия

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

Трубка Гейгера – Мюллера заполнена инертным газом, например гелий, неон, или же аргон при низком давлении, к которому приложено высокое напряжение. Трубка ненадолго проводит электрический заряд, когда частица или же фотон падающего излучения делает газ проводящим за счет ионизации. Ионизация внутри трубки значительно усиливается за счет Выписка из Таунсенда эффект для создания легко измеряемого импульса обнаружения, который подается в электронику обработки и отображения. Этот большой импульс от трубки делает счетчик Гейгера относительно дешевым в производстве, так как последующая электроника значительно упрощается. [2] 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).

Зачитать

Существует два типа считывания детектируемого излучения: считает или же доза облучения. Отображение счетчиков 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 установленный период времени (интегрированный общий). Считывание количества обычно используется при обнаружении альфа- или бета-частиц. Более сложным для достижения является отображение мощности дозы излучения, отображаемое в таких единицах, как зиверт который обычно используется для измерения мощности дозы гамма- или рентгеновского излучения. Трубка Гейгера – Мюллера может обнаруживать присутствие излучения, но не его энергия, влияющий на ионизирующий эффект излучения. Следовательно, приборы для измерения мощности дозы требуют использования компенсированная энергия Трубка Гейгера – Мюллера, чтобы отображаемая доза соответствовала зарегистрированным счетчикам. [2] Электроника будет применять известные факторы для выполнения этого преобразования, которое является специфическим для каждого прибора и определяется конструкцией и калибровкой.

Читайте так же:
Для подключения яндекс счетчика

Показания могут быть аналоговыми или цифровыми, а современные приборы предлагают последовательную связь с главным компьютером или сетью.

Обычно есть возможность производить звуковой щелчки представляет 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. [2] 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. Обычно мертвое время снижает указанные скорости счета выше примерно 10 4 до 10 5 отсчетов в секунду, в зависимости от характеристики используемой трубки. [2] Хотя некоторые счетчики имеют схемы, которые могут это компенсировать, для точных измерений ионная камера инструменты предпочтительнее для высоких уровней излучения.

Виды и приложения

Предполагаемое приложение для обнаружения счетчика Гейгера определяет 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 остановился твердым материалом. Следовательно, для трубки требуется окно, достаточно тонкое, 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 альфа-частиц. затухание. [1] Однако трубка Гейгера – Мюллера дает импульсный выходной сигнал одинаковой величины для всего обнаруженного излучения, поэтому счетчик Гейгера с трубкой с торцевым окном не может различать альфа- и бета-частицы. [2] 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 как универсальные, переносные, радиоактивное загрязнение приборы для измерения и обнаружения в силу их относительно низкой стоимости, надежности и относительно высокой эффективности обнаружения; особенно с бета-частицами высокой энергии. [2] [3] Однако для различения альфа- и бета-частиц или предоставления информации об энергии частиц, сцинтилляционные счетчики или же пропорциональные счетчики должен быть использован. [4] Эти типы инструментов производятся с гораздо большей площадью детектора, а это 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-излучение и Рентгеновские лучи все вместе известные как фотоны, и для этого используется безоконная трубка. Однако эффективность обнаружения невысока по сравнению с альфа- и бета-частицами. Трубка Гейгера – Мюллера содержит более подробный отчет о методах, используемых для обнаружения фотонного излучения. Для фотонов высокой энергии трубка основана на взаимодействии излучения со стенкой трубки, обычно это материал с высоким Z, такой как хромированная сталь толщиной 1-2 мм для образования электронов внутри стенки трубки. Они входят в заполняющий газ и ионизируют его. [2]

Это необходимо, поскольку газ низкого давления в трубке слабо взаимодействует с фотонами более высокой энергии. Однако по мере того, как энергия фотонов уменьшается до низкого уровня, увеличивается 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 колец фильтра вокруг трубки без оболочки, которая пытается уменьшить компенсируют эти изменения в большом диапазоне энергий. [1] Труба G-M из хромистой стали имеет КПД около 1% в широком диапазоне энергий. [1]

Обнаружение нейтронов

Вариант трубки Гейгера используется для измерения нейтроны, где используется газ трифторид бора или гелий-3 и пластиковый замедлитель используется для замедления нейтронов. Это создает альфа-частица внутри детектора и, таким образом, можно подсчитывать нейтроны.

Гамма-измерение — защита персонала и управление технологическим процессом

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 измерениях технологического процесса и блокировках. все еще чувствительное устройство, но электроника обработки 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 блоке, и «двухкомпонентная» конструкция, которая имеет отдельный датчик датчика и электронный модуль, соединенные коротким кабелем. .

В 1930-х годах к цилиндрической конструкции было добавлено слюдяное окно, позволяющее легко проходить излучению с низким проникновением. [5]

Интегрированный блок позволяет работать одной рукой, поэтому оператор может использовать другую руку для личной безопасности в сложных положениях для наблюдения, но конструкция из двух частей упрощает манипулирование детектором и обычно используется для контроля альфа- и бета-загрязнения поверхности, где требуется осторожность. необходимо манипулировать 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.

Читайте так же:
Для чего используется счетчик числа

Детекторы гамма- и рентгеновского излучения обычно имеют «интегральную» конструкцию, поэтому трубка Гейгера – Мюллера удобно размещается внутри корпуса электроники. Этого легко добиться, потому что кожух обычно имеет небольшое затухание и используется в измерениях гамма-излучения окружающей среды, где расстояние от источника излучения не является существенным фактором. Однако, чтобы облегчить более локальные измерения, такие 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 трубка детектора находится на конце длинного стержня или гибкого трубопровода. Они используются для измерения местоположений с высоким уровнем гамма-излучения, обеспечивая при этом защиту оператора с помощью дистанционной защиты.

Обнаружение альфа- и бета-частиц может использоваться как в цельных, так и в составных конструкциях. Зонд для блинов (для альфа / бета) обычно используется для увеличения зоны обнаружения в двухкомпонентных приборах, при этом они относительно легкие. В интегральных приборах, использующих трубку с торцевым окном, в корпусе корпуса имеется окно для предотвращения защиты от 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 объединенное Королевство то Национальный совет радиологической защиты выпустила инструкцию для пользователя по выбору наилучшего типа портативного прибора для соответствующего приложения измерения радиации. [4] Он охватывает все технологии приборов радиационной защиты и включает руководство по использованию детекторов G-M.

Счетчик Гейгера — Geiger counter — Wikipedia

А счетчик Гейгера инструмент, используемый для обнаружения и измерения ионизирующего излучения. Также известен как Счетчик Гейгера – Мюллера (или же Счетчик Гейгера – Мюллера), он широко используется в таких приложениях, как радиация дозиметрия, радиологическая защита, экспериментальная физика, а атомная промышленность.

Он обнаруживает ионизирующее излучение, например альфа-частицы, бета-частицы, и гамма излучение используя эффект ионизации, возникающий в Трубка Гейгера – Мюллера, который дает название инструменту. [1] Широко и широко используется в качестве портативный прибор для радиационной разведки, пожалуй, один из самых известных в мире обнаружение радиации инструменты.

Первоначальный принцип обнаружения был реализован в 1908 г. Кильский университет, но только после разработки трубки Гейгера-Мюллера в 1928 году счетчик Гейгера мог быть создан как практический инструмент. С тех пор он стал очень популярен благодаря прочному чувствительному элементу и относительно низкой стоимости. Однако существуют ограничения при измерении высоких уровней излучения и энергия падающего излучения. [2]

Содержание

  • 1 Принцип действия
    • 1.1 Зачитать
    • 1.2 Ограничения
  • 2 Виды и приложения
    • 2.1 Обнаружение частиц
    • 2.2 Обнаружение гамма- и рентгеновского излучения
    • 2.3 Обнаружение нейтронов
    • 2.4 Гамма-измерение — защита персонала и управление технологическим процессом
    • 2.5 Физический дизайн
    • 2.6 Руководство по использованию приложения
  • 3 История
  • 4 Галерея
  • 5 Смотрите также
  • 6 Рекомендации
  • 7 внешняя ссылка

Принцип действия

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

Трубка Гейгера – Мюллера заполнена инертным газом, например гелий, неон, или же аргон при низком давлении, к которому приложено высокое напряжение. Трубка ненадолго проводит электрический заряд, когда частица или же фотон падающего излучения делает газ проводящим за счет ионизации. Ионизация внутри трубки значительно усиливается за счет Выписка из Таунсенда эффект для создания легко измеряемого импульса обнаружения, который подается в электронику обработки и отображения. Этот большой импульс от трубки делает счетчик Гейгера относительно дешевым в производстве, так как последующая электроника значительно упрощается. [2] 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).

Зачитать

Существует два типа считывания детектируемого излучения: считает или же доза облучения. Отображение счетчиков 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 установленный период времени (интегрированный общий). Считывание количества обычно используется при обнаружении альфа- или бета-частиц. Более сложным для достижения является отображение мощности дозы излучения, отображаемое в таких единицах, как зиверт который обычно используется для измерения мощности дозы гамма- или рентгеновского излучения. Трубка Гейгера – Мюллера может обнаруживать присутствие излучения, но не его энергия, влияющий на ионизирующий эффект излучения. Следовательно, приборы для измерения мощности дозы требуют использования компенсированная энергия Трубка Гейгера – Мюллера, чтобы отображаемая доза соответствовала зарегистрированным счетчикам. [2] Электроника будет применять известные факторы для выполнения этого преобразования, которое является специфическим для каждого прибора и определяется конструкцией и калибровкой.

Показания могут быть аналоговыми или цифровыми, а современные приборы предлагают последовательную связь с главным компьютером или сетью.

Обычно есть возможность производить звуковой щелчки представляет 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. [2] 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. Обычно мертвое время снижает указанные скорости счета выше примерно 10 4 до 10 5 отсчетов в секунду, в зависимости от характеристики используемой трубки. [2] Хотя некоторые счетчики имеют схемы, которые могут это компенсировать, для точных измерений ионная камера инструменты предпочтительнее для высоких уровней излучения.

Виды и приложения

Предполагаемое приложение для обнаружения счетчика Гейгера определяет 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 остановился твердым материалом. Следовательно, для трубки требуется окно, достаточно тонкое, 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 альфа-частиц. затухание. [1] Однако трубка Гейгера – Мюллера дает импульсный выходной сигнал одинаковой величины для всего обнаруженного излучения, поэтому счетчик Гейгера с трубкой с торцевым окном не может различать альфа- и бета-частицы. [2] Опытный оператор может использовать различное расстояние от источника излучения, чтобы различать альфа-частицы и бета-частицы высокой энергии.

Читайте так же:
Как установит счетчик посещения блога

«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 как универсальные, переносные, радиоактивное загрязнение приборы для измерения и обнаружения в силу их относительно низкой стоимости, надежности и относительно высокой эффективности обнаружения; особенно с бета-частицами высокой энергии. [2] [3] Однако для различения альфа- и бета-частиц или предоставления информации об энергии частиц, сцинтилляционные счетчики или же пропорциональные счетчики должен быть использован. [4] Эти типы инструментов производятся с гораздо большей площадью детектора, а это 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-излучение и Рентгеновские лучи все вместе известные как фотоны, и для этого используется безоконная трубка. Однако эффективность обнаружения невысока по сравнению с альфа- и бета-частицами. Трубка Гейгера – Мюллера содержит более подробный отчет о методах, используемых для обнаружения фотонного излучения. Для фотонов высокой энергии трубка основана на взаимодействии излучения со стенкой трубки, обычно это материал с высоким Z, такой как хромированная сталь толщиной 1-2 мм для образования электронов внутри стенки трубки. Они входят в заполняющий газ и ионизируют его. [2]

Это необходимо, поскольку газ низкого давления в трубке слабо взаимодействует с фотонами более высокой энергии. Однако по мере того, как энергия фотонов уменьшается до низкого уровня, увеличивается 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 колец фильтра вокруг трубки без оболочки, которая пытается уменьшить компенсируют эти изменения в большом диапазоне энергий. [1] Труба G-M из хромистой стали имеет КПД около 1% в широком диапазоне энергий. [1]

Обнаружение нейтронов

Вариант трубки Гейгера используется для измерения нейтроны, где используется газ трифторид бора или гелий-3 и пластиковый замедлитель используется для замедления нейтронов. Это создает альфа-частица внутри детектора и, таким образом, можно подсчитывать нейтроны.

Гамма-измерение — защита персонала и управление технологическим процессом

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 измерениях технологического процесса и блокировках. все еще чувствительное устройство, но электроника обработки 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 блоке, и «двухкомпонентная» конструкция, которая имеет отдельный датчик датчика и электронный модуль, соединенные коротким кабелем. .

В 1930-х годах к цилиндрической конструкции было добавлено слюдяное окно, позволяющее легко проходить излучению с низким проникновением. [5]

Интегрированный блок позволяет работать одной рукой, поэтому оператор может использовать другую руку для личной безопасности в сложных положениях для наблюдения, но конструкция из двух частей упрощает манипулирование детектором и обычно используется для контроля альфа- и бета-загрязнения поверхности, где требуется осторожность. необходимо манипулировать 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, потому что кожух обычно имеет небольшое затухание и используется в измерениях гамма-излучения окружающей среды, где расстояние от источника излучения не является существенным фактором. Однако, чтобы облегчить более локальные измерения, такие 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 трубка детектора находится на конце длинного стержня или гибкого трубопровода. Они используются для измерения местоположений с высоким уровнем гамма-излучения, обеспечивая при этом защиту оператора с помощью дистанционной защиты.

Обнаружение альфа- и бета-частиц может использоваться как в цельных, так и в составных конструкциях. Зонд для блинов (для альфа / бета) обычно используется для увеличения зоны обнаружения в двухкомпонентных приборах, при этом они относительно легкие. В интегральных приборах, использующих трубку с торцевым окном, в корпусе корпуса имеется окно для предотвращения защиты от 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 объединенное Королевство то Национальный совет радиологической защиты выпустила инструкцию для пользователя по выбору наилучшего типа портативного прибора для соответствующего приложения измерения радиации. [4] Он охватывает все технологии приборов радиационной защиты и включает руководство по использованию детекторов G-M.

Большая советская энциклопедия (БСЭ)
Гейгера — Мюллера счётчик

Гейгера — Мюллера счётчик

Гейгера — Мюллера счётчик — газоразрядный прибор для обнаружения и исследования различного рода радиоактивных и др. ионизирующих излучений: α- и β-частиц, γ-kвантов, световых и рентгеновских квантов, частиц высокой энергии в космических лучах (См. Космические лучи) и на ускорителях. Гамма-кванты регистрируются Г. — М. с. по вторичным ионизирующим частицам — фотоэлектронам (См. Фотоэлектроны), комптоновским электронам (см. Комптон-эффект (См. Комптона эффект)), электронно-позитронным парам (см. Аннигиляция и рождение пар); нейтроны регистрируются по ядрам отдачи и продуктам ядерных реакций, возникающим в газе счётчика.

В Г. — М. с. рабочий объём — газоразрядный промежуток с сильно неоднородным электрическим полем. Чаще всего применяют счётчики с коаксиально расположенными цилиндрическими электродами: внешний цилиндр — катод, тонкая нить, натянутая вдоль его оси, — анод (рис. 1). Электроды заключены в герметически замкнутый резервуар, наполненный каким-либо газом до давления 13-26 кн/м 2 (100-200 мм pm. ст.). К электродам счётчика прикладывается напряжение в несколько сот в. На нить подаётся знак + через сопротивление R (рис. 2). Если в рабочем объёме счётчика нет свободных электронов, электрический разряд в нём не возникает. При попадании в счётчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к положительно заряженной нити. Вблизи нити напряжённость электрического поля велика и электроны ускоряются настолько, что начинают, в свою очередь, ионизовать газ. В результате по мере приближения к нити число электронов лавинообразно нарастает. Возникает вспышка коронного разряда (См. Коронный разряд) и через счётчик течёт ток. При достаточно большом R (10 8 -10 10 Ω) на нити скапливается отрицательный заряд и разность потенциалов между нитью и катодом быстро падает, в результате чего разряд обрывается. После этого чувствительность счётчика восстанавливается через 10 -1 -10 -3 сек (время разрядки ёмкости С через сопротивление R). Такое большое время нечувствительности неудобно для многих применений. Ввиду этого несамогасящиеся счётчики, в которых гашение разрядов обеспечивается сопротивлением R, были вытеснены самогасящимися счётчиками (предложены Тростом), которые к тому же более стабильны. В них благодаря специальному газовому наполнению (инертный газ с примесью сложных молекул, например паров спирта, и небольшой примесью галогенов — хлора, брома, и́ода) разряд сам собой обрывается даже при малых сопротивлениях R. Время нечувствительности самогасящегося счётчика Гейгера — Мюллера счётчик10 -4 сек.

Читайте так же:
Как убрать самоход счетчика

Электрические импульсы во внешней цепи, возникающие при вспышках разряда в Г. — М. с., усиливаются и регистрируются электромагнитным счётчиком или пересчётной схемой. На рис. 3 приведена счётная характеристика Г. — М. с. — зависимость числа N регистрируемых в единицу времени импульсов от приложенного к счётчику напряжения V. Рабочий участок характеристики (плато) имеет протяжённость от нескольких десятков в до нескольких сот в. На плато число отсчётов практически равно числу ионизующих частиц, попадающих в счетчик.

Г. — М. с. используют во многих областях физики, в биологии и медицине, в археологии, геологии и технике.

Лит.: Принципы и методы регистрации элементарных частиц, пер. с англ., М., 1963; Калашникова В. И., Козодаев М, С., Детекторы элементарных частиц, М. 1966 (Экспериментальные методы ядерной физики, ч, 1).

Рис. 1. Схема стеклянного счётчика Гейгера — Мюллера: 1 — герметически запаянная стеклянная трубка; 2 — катод (тонкий слой меди на трубке из нержавеющей стали); 3 — вывод катода; 4 — анод (тонкая натянутая нить).

Рис. 2. Схема включения счётчика Гейгера — Мюллера.

Рис. 3. Счётная характеристика счётчика Гейгера — Мюллера.

Счётчик Гейгера (Гейгера — Мюллера счётчик)

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

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

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

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

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

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

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector