Geiger-Mullerův čítač: historie vzniku, principy fungování a účel. Geigerovy počítače. Princip činnosti Fyzikální základy činnosti Geigerova počítače

Schematické provedení Geiger-Mullerova počítadla plynových výbojů je na Obr. 5.4. Čítač je vyroben ve formě kovového válce sloužícího jako katoda NA, průměr mm. Anoda A je použit tenký ocelový drát o průměru mm, natažený podél osy válce a izolovaný od katody izolačními zátkami P. Válec je naplněn argonem za sníženého tlaku ( 100 mmHg) s přidáním malého množství ( 0,5 % par ethylalkoholu nebo halogenů.

Na Obr. Obrázek 5.4 ukazuje schéma zapojení pro připojení měřiče pro studium jeho charakteristik proud-napětí. Konstantní napětí je přiváděno k elektrodám ze zdroje EMF E. Velikost proudu procházejícího plynem se měří úbytkem napětí na měřicím odporu R.

Předpokládejme, že plyn je vystaven záření konstantní intenzity (ionizátor). Působením ionizátoru získá plyn určitou elektrickou vodivost a obvodem protéká proud, jehož závislost na přiloženém napětí je znázorněna na Obr.
rýže. 5.5.

Při nízkém napětí je proud procházející zařízením malý. Je možné registrovat pouze celkový proud způsobený průchodem velkého množství částic. Zařízení pracující v tomto režimu se nazývají ionizační komory. Tento režim odpovídá oblastem já A II.

Umístění zapnuto já proud roste úměrně s napětím, tzn. Ohmův zákon je splněn. V této oblasti současně s ionizačním procesem dochází k opačnému procesu - rekombinaci (spojení kladných iontů a elektronů mezi sebou za vzniku neutrálních částic).

S dalším zvýšením napětí se nárůst proudu zpomalí a úplně zastaví (oddíl II). Dochází k saturačnímu proudu. Saturační proud je maximální hodnota proudu, když všechny ionty a elektrony vytvořené externím ionizátorem za jednotku času dosáhnou elektrod ve stejnou dobu. Velikost saturačního proudu je dána výkonem ionizátoru. Saturační proud je mírou ionizačního účinku ionizátoru: pokud je činnost ionizátoru zastavena, zastaví se i výboj.

S dalším zvýšením napětí se proud zvyšuje poměrně pomalu (oddíl III). Při vysokém napětí jsou elektrony vznikající vlivem vnějšího ionizátoru silně urychleny elektrické pole, srážejí se s molekulami neutrálního plynu a ionizují je. V důsledku toho se tvoří sekundární elektrony a kladné ionty. Sekundární elektrony, urychlené v elektrické pole, může reionizovat molekuly plynu. Celkový počet elektrony a ionty budou přibývat jako lavina, jak se elektrony pohybují směrem k anodě (tento proces se nazývá nárazová ionizace). Přepážky působící v této oblasti ( III), jsou nazývány úměrný.

Nazývá se počet elektronů dopadajících na anodu dělený počtem primárních elektronů koeficient zisku plynu. Zisk plynu se rychle zvyšuje s rostoucím napětím a při vysokých napětích začíná záviset na počtu primárních elektronů. V tomto případě se čítač přepne z proporcionálního režimu do režimu omezená proporcionalita(spiknutí IV). V této oblasti nepracují žádní účetní.

Při ještě vyšším napětí vede výskyt alespoň jednoho páru iontů k začátku samovybíjení (napětí, při kterém dochází k samovolnému vybíjení, se nazývá průrazné napětí). Proud přestává záviset na počtu původně vytvořených iontů a energii detekovaných částic. Počítadlo začne pracovat v Geigerově režimu (oddíl PROTI). Zařízení pracující v této oblasti se nazývá Geiger-Mullerův počítač. Díky nezávislosti síly proudu na energii ionizujících částic jsou Geiger-Mullerovy čítače vhodné pro záznam b-částice se spojitým spektrem.

Další zvýšení napětí vede k výskytu nepřetržitý výboj plynu. Proud se v tomto případě prudce zvyšuje (oddíl VI) a měřič může selhat.

Geiger-Mullerův počítač tedy pracuje na principu vnitřního zesílení plynu. Při přivedení vysokého napětí na měřidlo je pole v blízkosti tenkého závitu (anody) extrémně nehomogenní. Vzhledem k velkému gradientu potenciálu je nabitá částice vstupující do čítače urychlena polem na energii větší než 30 eV. Při takové energii částic začíná fungovat mechanismus dopadové ionizace, díky kterému se elektrony množí do laviny. V důsledku toho se na odporu zátěže anody vytvoří záporný impuls. Elektronová lavina může vzniknout z jediného elektronu zachyceného mezi katodou a anodou.

Charakteristika Geiger-Mullerova počítače

Účinnostčítač je poměr počtu registrovaných částic k celkovému počtu částic, které jím procházejí. Účinnost elektronového čítače může dosáhnout 99,9 %. Registrace G-paprsky se provádějí prostřednictvím rychlých elektronů, vznikajících při absorpci nebo rozptylu G-kvanta v pultu. Účinnost měřidel do G-kvanta se obvykle pohybuje v řádu %.

Důležitou vlastností měřiče je Pozadí. Pozadí vyvolejte hodnoty přístroje v nepřítomnosti studovaných zdrojů záření. Pozadí počítadla je způsobeno: kosmickým zářením; přítomnost radioaktivních látek v životní prostředí, včetně materiálů, ze kterých je měřidlo vyrobeno; samovolné výboje v čítači (falešné impulsy). U Geiger-Müllerových čítačů různých konstrukcí se pozadí obvykle pohybuje v mezích pulsů/min. Speciální metody Je možné řádově zmenšit pozadí.

Geiger-Mullerův počítač dokáže detekovat pouze jednu částici. Pro registraci další částice je nutné nejprve uhasit samovybíjení. Proto důležitá vlastnost počítadlo je mrtvý čas t– doba nečinnosti měřidla, během které dojde k uhašení výboje plynu. Mrtvý čas je obvykle v řádu s.

Uhasení výboje plynu v měřidle lze provést dvěma způsoby:

1) zavedením komplexní sloučeniny do plynu organická sloučenina. Mnoho komplexních molekul je neprůhledných pro ultrafialové záření a brání odpovídajícím kvantům dostat se ke katodě. Energie uvolněná ionty na katodě v přítomnosti takových látek není vynaložena na vytržení elektronů z katody, ale na disociaci molekul. Výskyt nezávislého výboje za takových podmínek se stává nemožným;

2) pomocí odporu. Tato metoda se vysvětluje tím, že jak vybíjecí proud protéká odporem, dochází na něm k velkému poklesu napětí. V důsledku toho dopadá na mezielektrodovou mezeru pouze část přiloženého napětí, což se ukazuje jako nedostatečné pro udržení výboje.

Mrtvá doba závisí na mnoha faktorech: úroveň napětí na elektroměru; složení plnicího plynu; způsob hašení; životnost; teplota atd. Proto je obtížné vypočítat.

Jednou z nejjednodušších metod pro experimentální stanovení mrtvého času je metoda dvou zdrojů.

Jaderné přeměny a interakce záření s hmotou jsou statistické povahy. V důsledku toho existuje určitá pravděpodobnost, že dvě nebo více částic zasáhne počítadlo během mrtvého času t, který bude registrován jako jedna částice. Předpokládejme, že účinnost čítače je 100 %. Nechť je průměrná rychlost dopadu na počítadlo částic. n– průměrná četnost počítání (počet částic registrovaných za jednotku času). Během tčástice budou registrovány. Totální mrtvý čas t bude a počet nespočítaných částic bude roven . Budeme předpokládat, že počet částic vstupujících do čítače bude roven součtu registrovaných a nespočítaných částic.

Registrace ionizujícího záření přístroji je založena na převodu záření detektorem a měřicím obvodem na elektrické signály akceptované v měřicí praxi.

Přístroje pro měření ionizujícího záření mohou zaznamenávat různé fyzikální veličiny. Nejzajímavější z nich jsou: absorbované, expoziční a ekvivalentní dávky a jejich síla, hustota toku částic, fluence částic, objemová, hmotnostní, povrchová, efektivní aktivity.

Každé zařízení, které měří ionizující záření, obsahuje detektor, měřicí obvod (záznamník nebo analyzátor) a pomocné prvky.

Detektor převádí informace o parametrech záření na energii elektrického signálu. Na základě přeměny energie záření na jiné druhy energie lze detektory rozdělit do následujících skupin:

ionizace (plynoměry, ionizační komory, polovodičové měřiče);
scintilace;
fotografický;
chemikálie.

Měřicí obvod vybírá, převádí, akumuluje, ukládá a vydává informace ve formě elektrických signálů vhodných pro pozorování, záznam, výpočty nebo ovládání jiných zařízení. Pomocné prvky zajišťují určené provozní režimy detektoru a měřicího obvodu. Patří mezi ně napájecí zdroje, jednotky pro programování provozních režimů, jednotky pro sledování a kalibraci zdraví, záznamová zařízení (zařízení pro digitální tisk, zapisovače grafů, osciloskopy, počítadla pulzů atd.).

Funkční obvody přístrojů jsou do značné míry určeny tvarem signálů přicházejících z detektorů záření a z výstupu měřicího obvodu (ve formě impulsů - diskrétní forma informace nebo ve formě pomalu se měnícího proudu (napětí). ) - analogová forma informace).

Zařízení s diskrétní formou vstupní a výstupní informace mohou zahrnovat zesilovače, standardizátory a pulzní diskriminátory, počítací a analyzující obvody se sčítáním a pamětí v binárních, desítkových a jiných způsobech zápisu.

Pulzy nesoucí informace o parametrech záření se mohou lišit v amplitudě, tvaru a době výskytu. Oddělením těchto pulsů a jejich parametrů pomocí analyzačních zařízení je možné měřit nejen hustotu toku záření na základě průměrné frekvence opakování pulsů, ale také energii, typ a prostorové rozložení záření.

Analytická zařízení obvykle pracují ve dvou režimech zpracování informací. V prvním případě analyzátor vybírá impulsy se zadanými parametry, ve druhém jsou signály vybírány ve skupinách v závislosti na dané parametry výběr.

V zařízeních s analogovými vstupními a výstupními informacemi se používají elektrometrické a výstupní stejnosměrné zesilovače. Obvody předběžné konverze stejnosměrného na střídavý proud používají střídavé konvertory a zesilovače.

Pro pokrytí požadovaného rozsahu měření s danou přesností používají zařízení s analogovým typem výstupní informace indikační a záznamové přístroje s lineárními a nelineárními stupnicemi (logaritmické, lineárně-logaritmické atd.), jakož i digitální voltmetry s digitálním tiskařským zařízením.

Informace na výstupu zařízení mohou být buď diskrétní nebo analogové, bez ohledu na formu informace na vstupu.

Analogové informace přicházející z aktuálních detektorů záření (ionizačních komor) jsou v řadě zařízení převáděny na diskrétní informaci dávkováním - kvantizací náboje.

Značný počet zařízení s diskrétními informacemi na vstupu má analogové výstupní informace; Patří sem radiometry, rentgenometry, intenzimetry s měřidly průměrné frekvence opakování pulzu.

Výsledky měření mohou být prezentovány ve formě signálů pozorovaných vizuálně (údaje ukazovacích přístrojů, na obrazovce osciloskopu nebo počítače atd.); zaznamenané záznamovým zařízením (pulzním čítačem, záznamníkem, digitálním tiskovým zařízením atd.). Signály mohou být audio generované telefony, zvonky, sirénami atd. a mohou být použity k ovládání dalších zařízení.

Jakýkoli typ záření při interakci s hmotou vede ke vzniku ionizace a excitace. Nabité částice způsobují tyto procesy přímo, při pohlcení gama záření dochází k ionizaci rychlými elektrony vznikajícími fotoelektrickým jevem, Comptonovým jevem nebo tvorbou páru, v případě neutronů k ionizaci rychle letícími jádry. V tomto případě může jedna primární částice vést ke vzniku stovek tisíc iontů, díky čemuž může člověk zaznamenat sekundární efekty doprovázející ionizaci (elektrický proud, záblesk světla, ztmavnutí fotografické desky atd.). přímo pomocí svých smyslů; někdy je třeba tyto efekty zvýšit požadovaným počtem opakování. Ionizace je tedy jakýmsi zesilovačem jevů interakce ionizujícího záření s hmotou. Proto je provoz všech záznamových přístrojů tak či onak spojen s využitím ionizace a excitace atomů hmoty.

Elektrony produkované různé typy interakce jsou inhibovány v médiu, utrácejí svou energii na ionizaci a excitaci atomů. Vzniklé ionty a volné elektrony se rychle rekombinují, takže náboj po velmi krátké době (10-5 s pro plyny) zmizí. To se nestane, pokud se v médiu vytvoří elektrické pole. V tomto případě budou nosiče náboje driftovat podél pole, kladné v jednom směru, záporné ve druhém. Pohyb nábojů je elektrický proud, jehož měřením lze určit velikost náboje.

Přesně tak to funguje ionizační komora. Jedná se o utěsněný objem naplněný plynem, ve kterém jsou dva kovová elektroda(obr. 7.1). Připojeno k elektrodám elektrické napětí. Při průchodu elektronu vzniklého při interakci γ-kvanta s látkou dochází k driftování volných nábojů - iontů a elektronů - k elektrodám a v obvodu se objeví proudový impuls úměrný náboji vytvořenému elektronem.

Rýže. 7.1.

Proudové impulsy z elektronů tvořených nízkoenergetickými částicemi a γ-kvanta jsou bohužel velmi malé. Je obtížné je přesně měřit, proto se k detekci těžkých částic, jako jsou částice α, používají ionizační komory, které při průchodu ionizační komorou produkují mnohem větší proudové pulzy.

Pokud zvýšíte napětí na elektrodách ionizační komory, dojde k jevu tzv zvýšení plynu. Volné elektrony pohybující se v elektrickém poli získávají energii dostatečnou k ionizaci atomů plynu vyplňujícího komoru. Při ionizaci elektron vytvoří další pár iont-elektron, takže celkový počet nábojů se vynásobí dvěma, jak je znázorněno na obr. 7.2. Nově vzniklé elektrony jsou zase schopné ionizace, a tak se náboj znovu a znovu násobí. U speciální formy elektrod může koeficient zesílení plynu dosáhnout hodnoty 105. Podstatné zde je, že konečný náboj zůstává úměrný primárnímu náboji, a tedy energii elektronu tvořeného částicí nebo γ-kvantem. Z tohoto důvodu se taková zařízení nazývají proporcionální čítače.

Obvykle je proporcionální počítadlo vyrobeno ve formě válce, podél jehož osy je tažen tenký kovový drát, nit. Záporný pól zdroje proudu je připojen k tělesu měřiče a kladný pól zdroje proudu je připojen k závitu. U takového zařízení se elektrické pole koncentruje především v blízkosti závitu a maximální hodnota intenzity pole je tím vyšší, čím menší je poloměr závitu. Proto lze vysoké intenzity pole potřebné pro zesílení plynu získat s relativně malými potenciálními rozdíly mezi tělem měřiče a vláknem.

Rýže. 7.2.

Přijaté proporcionální čítače široké využití díky své jednoduchosti a velkým proudovým pulzům při průchodu nabitých částic. V dnešní době se proporcionální čítače používají především pro záznam β-záření, měkkého γ-záření, α-částic a neutronů. Na Obr. 7.3 uvádí hlavní typy proporcionálních čítačů.

Rýže. 7.3.

Proporcionální čítač je zapojen do elektrického obvodu stejným způsobem jako ionizační komora. A elektrické impulsy z něj jsou stejné jako z kamery, jen větší velikosti. Zdálo by se, že stačí přivést dostatečně vysoké napětí, aby zesílení plynu bylo větší, a proporcionální čítač bude produkovat tak velké impulsy, že s nimi bude možné pracovat bez dalšího zesílení. Ve skutečnosti tomu tak však není. Faktem je, že při velkém zesílení plynu začne čítač pracovat nestabilně a úměrnost mezi energií částic a amplitudou pulzu je narušena.

Aby se předešlo poruchám a vyrovnalo se elektrické pole, musí být počítadlo vyrobeno velmi pečlivě, jeho elektrody vyčistit a vyleštit. Je velmi obtížné vyleštit závit, jehož průměr se měří v setinách milimetru. Pokud je elektrické pole v čítači podél vlákna nerovnoměrné, pak bude impuls záviset nejen na energii částice, ale také na místě jejího vstupu do čítače, což je přirozeně nežádoucí.

Proto musí být návrh proporcionálního čítače často komplikovaný zavedením dalších elektrod do něj pro vyrovnání pole. V důsledku všech těchto komplikací je možné vyrobit čítače s desetinásobným, stovkovým a někdy i tisícinásobným zesílením plynu, což se však často ukazuje jako příliš malé na to, aby bylo možné s impulsy z nich přijatými pracovat bez následné zesílení.

Uvažujme, co se stane, pokud napětí mezi elektrodami měřiče ještě zvýšíme. V tomto případě, když nabitá částice narazí na pult, vytvoří se extrémně silná lavina elektronů, která narazí vysokou rychlostí na kladnou elektrodu a vyrazí několik fotonů - kvant ultrafialového záření.

Tyto fotony, které narazí na zápornou elektrodu, mohou vytrhnout nové elektrony, které se opět vrhnou na kladnou elektrodu atd. V důsledku toho se v čítači objeví tzv. nezávislý výboj, který bude hořet konstantní intenzitou bez ohledu na to, zda se do čítače dostanou nové částice či nikoliv. (Přesně tak hoří výboj v neonových trubicích světelných reklam.)

Počítadlo musí reagovat na každou částici, která jej zasáhne, takže tento způsob provozu nikdo nepotřebuje. Použitím speciálních spínacích obvodů nebo přidáním některých těžkých plynů do atmosféry čítače je však možné vytvořit podmínky, za kterých nezávislý výboj, ke kterému dojde při dopadu částice na čítač, po velmi krátké době sám zhasne. Každá nová částice vstupující do čítače tedy způsobí výskyt krátkodobého, ale poměrně silného proudu.

Nejběžnějším detektorem (senzorem) ionizujícího záření pracujícím ve výše popsaném režimu je Geiger-Mullerův počítač. Princip jeho činnosti je založen na výskytu výboje v plynu při průchodu ionizujících částic. Plynná směs složená převážně ze snadno ionizovatelného neonu a argonu se zavede do dobře vyprázdněného utěsněného válce se dvěma elektrodami, který se nabudí (přístroj musí detekovat β- a γ-záření). Válec může být skleněný, kovový atd. Čítače obvykle vnímají záření celým svým povrchem, ale existují i takové, které mají pro tento účel ve válci speciální „okénko“.

Na elektrody je aplikováno vysoké napětí U (obr. 7.4), což samo o sobě nezpůsobuje žádné výbojové jevy. Čítač zůstane v tomto stavu, dokud se v jeho plynném prostředí neobjeví ionizační centrum - stopa iontů a elektronů generovaných ionizující částicí přilétající zvenčí. Primární elektrony, urychlující se v elektrickém poli, ionizují „podél cesty“ další molekuly plynného prostředí a generují stále více nových elektronů a iontů. Tento proces se vyvíjí jako lavina a končí vytvořením elektron-iontového oblaku v mezielektrodovém prostoru, což prudce zvyšuje jeho vodivost. V plynném prostředí měřiče dochází k výboji, který je viditelný (pokud je nádobka průhledná) i pouhým okem.

Rýže. 7.4.

Zpětný proces - návrat plynného média do původního stavu u tzv. halogenmetrů - nastává sám od sebe. Akce přichází do hry s halogeny (obvykle chlorem nebo bromem), obsaženými v malých množstvích v plynném prostředí, které přispívají k intenzivní rekombinaci náboje. Tento proces je ale mnohem pomalejší. Doba potřebná k obnovení citlivosti Geigerova počítače na záření a vlastně určuje jeho výkon – „mrtvý“ čas – je jeho důležitou charakteristikou. Například pro Geiger-Müllerův čítač s výtlakem typu SBM-20-1 je „mrtvý“ čas při U = 400 V je 190 R/us.

Geigerovy čítače jsou schopny reagovat na většinu odlišné typy ionizující záření - alfa, beta, gama, ultrafialové, rentgenové, neutronové. Skutečná spektrální citlivost čítače však do značné míry závisí na jeho konstrukci.

Amplituda pulsu z Geiger-Müllerova čítače může dosahovat několika desítek nebo dokonce stovek voltů. S takovými impulsy lze pracovat bez jakéhokoli zesílení. Ale toto vítězství bylo vybojováno za vysokou cenu. Faktem je, že amplituda pulsu u Geiger-Müllerova čítače je určena pouze vlastnostmi samotného čítače a parametry elektrického obvodu a je zcela nezávislá buď na typu, ani na energii primární částice.

Impulzy z pomalého elektronu, který vytvořil jen několik párů iontů, a z alfa částice, která vytvořila několik tisíc iontů, se ukázaly být stejné. Geiger-Mullerovy počítače lze proto použít pouze k počítání počtu částic létajících v jednotných radiačních polích, nikoli však k určení jejich typu a energie.

Geigerův počítač

Geigerův počítač SI-8B (SSSR) se slídovým okénkem pro měření měkkého β-záření. Okénko je průhledné, pod ním je vidět spirálová drátěná elektroda, druhá elektroda je tělo přístroje.

Přídavný elektronický obvod dodává elektroměru napájení (obvykle minimálně 300), v případě potřeby zajišťuje zrušení výboje a počítá počet výbojů přes počítadlo.

Geigerovy čítače se dělí na nezhášecí a samozhášivé (nevyžadují vnější obvod pro ukončení výboje).

Citlivost měřiče je dána složením plynu, jeho objemem a také materiálem a tloušťkou jeho stěn.

Poznámka

Nutno podotknout, že podle historické důvody došlo k rozporu mezi ruským a anglické verze tento a následující podmínky:

ruština	Angličtina
Geigerův počítač	Geigerův senzor
Geigerova trubice	Geigerova trubice
radiometr	Geigerův počítač
dozimetr	dozimetr

viz také

Nadace Wikimedia. 2010.

Podívejte se, co je „Geigerův počítač“ v jiných slovnících:

Geiger-Mullerův počítač- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Geiger Müllerův čítač; Počítadlo Geiger Müller vok. Geiger Müller Zählrohr, n; GM Zählrohr, n rus. Geiger Mullerův čítač, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; trubice … Fizikos terminų žodynas

Geiger-Mullerův počítač bitů-- Témata Ropný a plynárenský průmysl EN elektronický analyzátor výšky pulzu… Technická příručka překladatele

- ... Wikipedie

- (Geiger-Müllerův čítač), detektor výboje plynu, který se spouští, když náboj projde jeho objemem. h c. Velikost signálu (proudový impuls) nezávisí na energii hc (zařízení pracuje v režimu samovybíjení). G. s. vynalezen v roce 1908 v Německu...... Fyzická encyklopedie

Plynová výbojka pro detekci ionizujícího záření (částice a – a b, g kvanta, světelná a rentgenová kvanta, částice kosmického záření atd.). Geiger-Müllerův pult je hermeticky uzavřená skleněná trubice... Encyklopedie techniky

Geigerův počítač- Geigerův počítač Geigerův počítač, detektor částic s plynovým výbojem. Spustí se, když částice nebo g kvantum vstoupí do jeho objemu. Vynalezen v roce 1908 německým fyzikem H. Geigerem a vylepšený jím spolu s německým fyzikem W. Mullerem. Geiger ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

Geigerův počítač, detektor částic s plynovým výbojem. Spustí se, když částice nebo g kvantum vstoupí do jeho objemu. Vynalezen v roce 1908 německým fyzikem H. Geigerem a vylepšený jím spolu s německým fyzikem W. Mullerem. Byl použit Geigerův počítač...... Moderní encyklopedie

Plynové výbojové zařízení pro detekci a studium různých typů radioaktivního a jiného ionizujícího záření: částice α a β, paprsky γ, světelná a rentgenová kvanta, vysokoenergetické částice v kosmickém záření (viz Kosmické záření) a ... Velká sovětská encyklopedie

- [jménem Němec. fyzikové H. Geiger (H. Geiger; 1882 1945) a W. Muller (W. Muller; 1905 79)] detektor radioaktivního a jiného ionizujícího záření v plynovém výboji (částice a a beta, kvanta, světelná a rentgenová kvanta, kosmické částice.záření...... Velký encyklopedický polytechnický slovník

Počítadlo je zařízení pro počítání něčeho. Čítač (elektronika) zařízení pro počítání počtu událostí po sobě následujících (například pulsů) pomocí průběžného sčítání, nebo pro určení stupně akumulace, z nichž ... ... Wikipedie

Geigerův počítač je hlavním senzorem pro měření záření. Detekuje záření gama, alfa, beta a rentgenové záření. Má nejvyšší citlivost ve srovnání s jinými metodami detekce záření, například ionizačními komorami. Tento hlavní důvod její široké rozšíření. Ostatní senzory pro měření záření se používají velmi zřídka. Téměř všechna zařízení pro monitorování radiace jsou založena na Geigerových počítačích. Jsou sériově vyráběny a existují zařízení různých úrovní: od vojenských dozimetrů až po čínské spotřební zboží. V dnešní době není problém pořídit jakýkoliv přístroj na měření radiace.

Není to tak dávno, co neexistovala žádná rozšířená distribuce dozimetrických přístrojů. Takže v roce 1986, během černobylské havárie, se ukázalo, že obyvatelstvo prostě nemělo žádná zařízení na monitorování radiace, což mimochodem ještě zhoršilo následky katastrofy. Navzdory rozšíření radioamatérských a kroužků technické tvořivosti se Geigerovy počítače v obchodech neprodávaly, takže výroba domácích dozimetrů byla nemožná.

Jak fungují Geigerovy počítače

Jedná se o elektrické vakuové zařízení s extrémně jednoduchým principem činnosti. Senzor radioaktivní záření Jedná se o kovovou nebo skleněnou komoru s pokovením, naplněnou vypouštěným inertním plynem. Do středu komory je umístěna elektroda. Vnější stěny komory jsou napojeny na zdroj vysokého napětí (obvykle 400 voltů). Vnitřní elektroda je připojena k citlivému zesilovači. Ionizující záření (záření) je proud částic. Doslova přenášejí elektrony z vysokonapěťové katody na vlákna anody. Jednoduše se na ní indukuje napětí, které už lze měřit připojením k zesilovači.

Vysoká citlivost Geigerova počítače je způsobena lavinový efekt. Energie, kterou zesilovač detekuje na výstupu, není energií zdroje ionizujícího záření. Jedná se o energii vysokonapěťového napájecího zdroje samotného dozimetru. Pronikající částice pouze přenáší elektron (energetický náboj, který se změní na proud, který je detekován měřičem). Mezi elektrody je zavedena směs plynů sestávající z vzácných plynů: argon, neon. Je určen k hašení vysokonapěťových výbojů. Pokud k takovému výboji dojde, bude se jednat o falešnou operaci počítadla. Následující měřicí obvod takové emise ignoruje. Navíc před nimi musí být chráněn i vysokonapěťový zdroj.

Napájecí obvod v Geigerově počítači poskytuje výstupní proud několika mikroampérů při výstupním napětí 400 voltů. Přesná hodnota napájecího napětí je stanovena pro každou značku elektroměru podle její technické specifikace.

Možnosti Geigerova počítače, citlivost, zaznamenané záření

Pomocí Geigerova počítače můžete také nahrávat vysoká přesnost měřit záření gama a beta. Bohužel nelze druh záření přímo rozpoznat. To se provádí nepřímo instalací bariér mezi snímač a zkoumaný objekt nebo terén. Gama paprsky jsou vysoce transparentní a jejich pozadí se nemění. Pokud dozimetr detekoval beta záření, pak instalace dělící bariéry i z tenký plech kov téměř úplně zablokuje tok beta částic.

Soupravy osobních dozimetrů DP-22 a DP-24, které byly v minulosti běžné, Geigerovy počítače nepoužívaly. Místo toho byl použit snímač ionizační komory, takže citlivost byla velmi nízká. Moderní dozimetrické přístroje využívající Geigerův počítač jsou tisíckrát citlivější. Lze je použít k záznamu přirozených změn slunečního záření na pozadí.

Pozoruhodnou vlastností Geigerova počítače je jeho citlivost, desítky a stovkykrát vyšší než požadovaná úroveň. Pokud zapnete počítadlo ve zcela chráněné olověné komoře, ukáže obrovské přirozené radiační pozadí. Tyto odečty nejsou konstrukční vadou samotného měřiče, což bylo ověřeno četnými laboratorními testy. Taková data jsou důsledkem přirozeného radiačního pozadí ve vesmíru. Experiment pouze ukazuje, jak citlivý je Geigerův počítač.

Zejména pro měření tohoto parametru v Technické specifikace Udává se hodnota „citlivosti čítače mikrosekund imp“ (pulzy za mikrosekundu). Čím více těchto impulsů, tím větší citlivost.

Měření záření Geigerovým počítačem, obvod dozimetru

Obvod dozimetru lze rozdělit na dva funkční moduly: vysokonapěťový zdroj a měřicí obvod. Vysokonapěťový zdroj - analogový obvod. Měřicí modul na digitálních dozimetrech je vždy digitální. Jedná se o čítač pulsů, který zobrazuje odpovídající hodnotu ve formě čísel na stupnici přístroje. Pro měření dávky záření je nutné počítat pulzy za minutu, 10, 15 sekund nebo jiné hodnoty. Mikrokontrolér převádí počet impulsů na konkrétní hodnotu na stupnici dozimetru ve standardních jednotkách záření. Zde jsou ty nejběžnější:

X-ray (obvykle se používá mikro-X-ray);
Sievert (microsievert - mSv);
Grayi, to mě těší
hustota toku v mikrowattech/m2.

Sievert je nejoblíbenější jednotkou měření radiace. Vztahují se na to všechny normy, nejsou nutné žádné dodatečné přepočty. Rem je jednotka pro stanovení účinku záření na biologické objekty.

Porovnání Geigerova čítače s plynovým výbojem s polovodičovým senzorem záření

Geigerův počítač je zařízení na vypouštění plynu a moderní trend mikroelektronika – všude se jich zbavit. Byly vyvinuty desítky verzí polovodičových senzorů záření. Úroveň radiace pozadí, kterou zaznamenávají, je výrazně vyšší než u Geigerových počítačů. Citlivost polovodičového snímače je horší, ale má další výhodu - účinnost. Polovodiče nevyžadují vysokonapěťové napájení. Dobře se hodí pro bateriově napájené přenosné dozimetry. Další výhodou je registrace alfa částic. Objem plynu měřiče je výrazně větší než u polovodičového snímače, ale jeho rozměry jsou stále přijatelné i pro přenosná zařízení.

Měření záření alfa, beta a gama

Nejjednodušeji se měří gama záření. Tento elektromagnetická radiace, což je proud fotonů (světlo je také proud fotonů). Na rozdíl od světla má mnohem vyšší frekvenci a velmi krátkou vlnovou délku. To mu umožňuje pronikat přes atomy. V civilní obraně je gama záření pronikající záření. Proniká skrz zdi domů, auta, různé konstrukce a je zadržen pouze několikametrovou vrstvou zeminy nebo betonu. Registrace gama kvant se provádí kalibrací dozimetru podle přirozeného gama záření slunce. Nejsou potřeba žádné zdroje záření. S beta a alfa zářením je to úplně něco jiného.

Pokud ionizující záření α (alfa záření) pochází z vnějších objektů, pak je téměř neškodné a představuje proud jader atomů helia. Dosah a propustnost těchto částic je malá - několik mikrometrů (maximálně milimetrů) - v závislosti na propustnosti média. Díky této vlastnosti jej Geigerův počítač téměř neregistruje. Zároveň je důležitý záznam alfa záření, protože tyto částice jsou extrémně nebezpečné, když proniknou do těla vzduchem, jídlem nebo vodou. K jejich detekci se v omezené míře používají Geigerovy počítače. Častější jsou speciální polovodičové snímače.

Beta záření je dokonale detekováno Geigerovým počítačem, protože beta částice je elektron. V atmosféře může létat stovky metrů, ale je dobře absorbován kovové povrchy. V tomto ohledu musí mít Geigerův čítač slídové okno. Kovová komora je vyrobena s malou tloušťkou stěny. Složení vnitřního plynu se volí tak, aby byl zajištěn malý pokles tlaku. Detektor beta záření je umístěn na vzdálené sondě. Takové dozimetry nejsou v běžném životě příliš běžné. Jedná se především o vojenské výrobky.

Osobní dozimetr s Geigerovým počítačem

Tato třída zařízení je vysoce citlivá, na rozdíl od zastaralých modelů s ionizačními komorami. Spolehlivé modely nabízí mnoho domácích výrobců: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. To je vše autonomní zařízení s údaji zobrazenými na obrazovce ve standardních měrných jednotkách. K dispozici je režim pro zobrazení akumulované dávky záření a okamžité úrovně pozadí.

Slibným směrem je domácí dozimetr-nástavba na chytrý telefon. Taková zařízení vyrábí zahraniční výrobci. Mají bohaté technické možnosti, mají funkci ukládání naměřených hodnot, výpočtu, přepočítávání a sčítání radiace za dny, týdny a měsíce. Vzhledem k nízkým objemům výroby jsou zatím náklady na tato zařízení poměrně vysoké.

Domácí dozimetry, proč jsou potřeba?

Geigerův počítač je specifický prvek dozimetru, zcela nepřístupný vlastní výroby. Kromě toho se nachází pouze v dozimetrech nebo se prodává samostatně v obchodech s rádiem. Pokud je tento snímač k dispozici, lze všechny ostatní součásti dozimetru sestavit nezávisle na částech různé spotřební elektroniky: televizory, základní desky atd. Na amatérských rádiových stránkách a fórech je nyní nabízeno asi tucet provedení. Vyplatí se je sbírat, protože se jedná o nejosvědčenější možnosti podrobné návody pro nastavení a uvedení do provozu.

Spínací obvod Geigerova čítače vždy předpokládá přítomnost zdroje vysokého napětí. Typické provozní napětí měřiče je 400 voltů. Získává se pomocí obvodu blokovacího generátoru, a to je nejvíce komplexní prvek dozimetrické diagramy. Výstup čítače lze připojit k nízkofrekvenčnímu zesilovači a počítat kliknutí v reproduktoru. Takový dozimetr se montuje v nouzových případech, kdy prakticky není čas na výrobu. Teoreticky lze výstup Geigerova počítače propojit se zvukovým vstupem domácího vybavení, jako je počítač.

Domácí dozimetry, vhodné pro přesná měření, jsou všechny sestaveny na mikrokontrolérech. Programovací dovednosti zde nejsou potřeba, protože program je napsán jako hotový z volného přístupu. Potíže jsou typické pro domácí výrobu elektroniky: získávání tištěný spoj, pájení rádiových součástek, výroba pouzder. To vše se řeší v malé dílně. Domácí dozimetry z počítadel Geiger se vyrábějí v případech, kdy: