Geiger-Mülleri loendur

D Kiirguse taseme määramiseks kasutatakse spetsiaalset seadet -. Ja selliste majapidamisseadmete ja enamiku professionaalsete dosimeetriliste juhtimisseadmete jaoks kasutatakse tundlikku elementi Geigeri loendur . See radiomeetri osa võimaldab teil täpselt määrata kiirguse taset.

Geigeri loenduri ajalugu

AT esiteks sündis 1908. aastal seade radioaktiivsete materjalide lagunemise intensiivsuse määramiseks, selle leiutas sakslane füüsik Hans Geiger . Kakskümmend aastat hiljem koos teise füüsikuga Walter Müller seadet täiustati ja nende kahe teadlase auks nimetati see.

AT tuumafüüsika kujunemis- ja kujunemisperioodil endises Nõukogude Liidus loodi ka vastavad seadmed, mida kasutati laialdaselt relvajõududes, tuumaelektrijaamades ja tsiviilkaitse kiirgusseire erirühmades. Alates eelmise sajandi seitsmekümnendatest aastatest sisaldasid sellised dosimeetrid Geigeri põhimõtetel põhinevat loendurit, nimelt SBM-20 . See loendur, täpselt nagu teine ​​selle analoog STS-5 , on laialdaselt kasutusel tänapäevani ja on ka osa kaasaegsed dosimeetrilise kontrolli vahendid .

Joonis 1. Gaaslahendusloendur STS-5.

Joonis 2. Gaaslahendusloendur SBM-20.

Geigeri-Mülleri loenduri tööpõhimõte

Ja Geigeri pakutud radioaktiivsete osakeste registreerimise idee on suhteliselt lihtne. See põhineb põhimõttel, et inertgaasi keskkonnas tekivad elektriimpulsid kõrgelt laetud radioaktiivse osakese või elektromagnetiliste võnkumiste kvantide toimel. Loenduri toimemehhanismi põhjalikumaks peatumiseks peatume veidi selle konstruktsioonil ja selles toimuvatel protsessidel, kui radioaktiivne osake läbib seadme tundlikku elementi.

R registreerimisseade on suletud balloon või anum, mis on täidetud inertgaasiga, see võib olla neoon, argoon vms. Selline anum võib olla valmistatud metallist või klaasist ja selles olev gaas on madala rõhu all, seda tehakse sihilikult, et lihtsustada laetud osakese tuvastamise protsessi. Mahuti sees on kaks elektroodi (katood ja anood), millele rakendatakse läbi spetsiaalse koormustakisti kõrge alalispinge.

Joonis 3. Seade ja ahel Geigeri loenduri sisselülitamiseks.

P Arvesti aktiveerimisel inertgaasi keskkonnas ei teki elektroodidel keskkonna suure takistuse tõttu tühjenemist, kuid olukord muutub, kui seadme tundliku elemendi kambrisse satub radioaktiivne osake või elektromagnetilise võnkumise kvant. . Sel juhul lööb piisavalt kõrge energialaenguga osake lähimast keskkonnast välja teatud arvu elektrone, s.t. kehaelementidest või füüsilistest elektroodidest endist. Sellised elektronid, sattudes inertgaasi keskkonda, katoodi ja anoodi vahelise kõrge pinge toimel hakkavad liikuma anoodi poole, ioniseerides selle gaasi molekule. Selle tulemusena löövad nad gaasimolekulidest välja sekundaarsed elektronid ja see protsess kasvab geomeetrilises skaalas, kuni elektroodide vahel toimub rike. Tühjendusseisundis sulgub vooluahel väga lühikeseks ajaks ja see põhjustab koormustakistis vooluhüppe ning just see hüpe võimaldab registreerida osakese või kvanti läbimist registreerimiskambrist.

T See mehhanism võimaldab registreerida ühe osakese, kuid keskkonnas, kus ioniseeriv kiirgus on piisavalt intensiivne, on vajalik registreerimiskambri kiire tagasipöördumine algsesse asendisse, et oleks võimalik kindlaks teha. uus radioaktiivne osake . Seda saavutatakse kahel erineval viisil. Esimene neist on peatada lühiajaliselt elektroodidele pinge andmine, mille puhul inertgaasi ionisatsioon lakkab järsult ning katsekambri uus kaasamine võimaldab salvestamist alustada päris algusest. Seda tüüpi loendurit nimetatakse mittekustuvad dosimeetrid . Teist tüüpi seadmed, nimelt isekustuvad dosimeetrid, nende tööpõhimõte on lisada inertgaasi keskkonda erinevatel elementidel põhinevaid spetsiaalseid lisandeid, näiteks broomi, joodi, kloori või alkoholi. Sel juhul viib nende olemasolu automaatselt tühjenemise lõpetamiseni. Katsekambri sellise konstruktsiooniga kasutatakse koormustakistina mõnikord mitmekümne megaoomi suurust takistust. See võimaldab tühjenemise ajal järsult vähendada potentsiaalide erinevust katoodi ja anoodi otstes, mis peatab juhtivuse protsessi ja kamber naaseb algsesse olekusse. Tuleb märkida, et pinge elektroodidel alla 300 volti lõpetab automaatselt tühjenemise.

Kogu kirjeldatud mehhanism võimaldab registreerida lühikese aja jooksul tohutul hulgal radioaktiivseid osakesi.

Radioaktiivse kiirguse tüübid

H et mõista, mis on registreeritud Geiger-Muller loendab , tasub peatuda sellel, mis tüüpi see eksisteerib. Tasub kohe mainida, et enamiku kaasaegsete dosimeetrite hulka kuuluvad gaaslahendusloendurid suudavad registreerida vaid radioaktiivsete laetud osakeste või kvantide arvu, kuid ei suuda määrata ei nende energiaomadusi ega kiirguse tüüpi. Selleks muudetakse dosimeetrid multifunktsionaalsemaks ja sihipärasemaks ning nende õigeks võrdlemiseks tuleks täpsemalt aru saada nende võimalustest.

P tuumafüüsika kaasaegsete ideede kohaselt võib kiirguse jagada kahte tüüpi, esimene kujul elektromagnetväli , teine ​​vormis osakeste vool (korpuskulaarne kiirgus). Esimene tüüp võib olla gammaosakeste voog või röntgenikiirgus . Nende peamine omadus on võime levida laine kujul väga pikki vahemaid, samas kui nad läbivad kergesti erinevaid objekte ja võivad kergesti tungida väga erinevatesse materjalidesse. Näiteks kui inimesel on tuumaplahvatuse tõttu vaja end gammakiirguse voo eest varjata, siis maja või pommivarjendi keldris peitudes saab ta end selle suhtelise tihedusega kaitsta vaid seda tüüpi kiirguse eest. 50 protsenti.

Joonis 4. Röntgen- ja gammakiirguse kvantid.

T mis tüüpi kiirgus on impulssliku iseloomuga ja seda iseloomustab levik keskkonnas footonite või kvantidena, s.o. lühikesed elektromagnetilise kiirguse puhangud. Sellisel kiirgusel võivad olla erinevad energia- ja sageduskarakteristikud, näiteks on röntgenkiirgusel tuhat korda madalam sagedus kui gammakiirgusel. Sellepärast gammakiirgus on palju ohtlikum inimkeha jaoks ja nende mõju on palju hävitavam.

Ja Korpuskulaarsel põhimõttel põhinev kiirgus on alfa- ja beetaosakesed (kehakesed). Need tekivad tuumareaktsiooni tulemusena, mille käigus osad radioaktiivsed isotoobid muudetakse teisteks, vabastades tohutul hulgal energiat. Antud juhul on beetaosakesed elektronide voog ning alfaosakesed palju suuremad ja stabiilsemad moodustised, mis koosnevad kahest neutronist ja kahest omavahel seotud prootonist. Tegelikult on heeliumi aatomi tuumal selline struktuur, seega võib väita, et alfaosakeste voog on heeliumi tuumade vool.

Võeti vastu järgmine klassifikatsioon , alfaosakestel on kõige väiksem läbitungimisvõime end nende eest kaitsta, inimesele piisab paksust papist, beetaosakestel on suurem läbitungimisvõime, et inimene saaks end sellise kiirguse eest kaitsta, vajab ta metallikaitset. mõne millimeetri paksune (näiteks alumiiniumleht). Gamma kvantide eest praktiliselt puudub kaitse ning need levivad märkimisväärsete vahemaade taha, tuhmudes epitsentrist või allikast eemaldudes ning järgides elektromagnetlainete levimise seadusi.

Joonis 5. Radioaktiivsed osakesed alfa ja beeta tüüpi.

To Kõigi nende kolme kiirgustüübi energiahulgad on samuti erinevad ja alfaosakeste voog on neist suurim. Näiteks, alfaosakeste energia on seitse tuhat korda suurem kui beetaosakeste energia , st. Erinevat tüüpi kiirguse läbitungimisvõime on pöördvõrdeline nende läbitungimisvõimega.

D Inimkeha jaoks peetakse kõige ohtlikumaks radioaktiivse kiirguse tüübiks gamma kvantid , tänu suurele läbitungimisvõimele ja seejärel laskumisele beetaosakesed ja alfaosakesed. Seetõttu on alfaosakesi üsna raske määrata, kui seda pole võimalik tavapärase loenduriga öelda. Geiger - Muller, kuna neile on takistuseks peaaegu iga ese, rääkimata klaas- või metallanumast. Sellise loenduriga on võimalik määrata beetaosakesi, kuid ainult siis, kui nende energia on piisav loenduri anuma materjali läbimiseks.

Madala energiatarbega beetaosakeste puhul on tavaline Geigeri-Mülleri loendur ebaefektiivne.

O Sarnases olukorras gammakiirgusega on võimalus, et need läbivad anumat ionisatsioonireaktsiooni käivitamata. Selleks paigaldatakse arvestitesse spetsiaalne ekraan (tihedast terasest või pliist), mis võimaldab vähendada gammakiirte energiat ja seeläbi aktiveerida tühjenemist loenduri kambris.

Geiger-Mülleri loendurite põhiomadused ja erinevused

FROM Samuti tasub esile tõsta erinevate dosimeetritega varustatud põhiomadusi ja erinevusi Geiger-Mülleri gaaslahendusloendurid. Selleks peaksite mõnda neist võrdlema.

Kõige tavalisemad Geiger-Mülleri loendurid on varustatud silindriline või otsa andurid. Silindrilised on sarnased pikliku silindriga väikese raadiusega toru kujul. Lõppionisatsioonikambril on väikese suurusega ümmargune või ristkülikukujuline kuju, kuid millel on märkimisväärne otsa tööpind. Mõnikord on erinevaid otsakambreid, millel on piklik silindriline toru, mille otsaküljel on väike sissepääsuaken. Loendurite erinevad konfiguratsioonid, nimelt kaamerad ise, suudavad registreerida erinevat tüüpi kiirgust või nende kombinatsioone (näiteks gamma- ja beetakiirte kombinatsioone või kogu alfa-, beeta- ja gammaspektri). See on võimalik tänu arvesti korpuse spetsiaalsele disainile ja materjalile, millest see on valmistatud.

E Teine oluline komponent arvestite sihipäraseks kasutamiseks on sisendtundliku elemendi pindala ja tööpiirkond . Teisisõnu, see on sektor, mille kaudu meile huvipakkuvad radioaktiivsed osakesed langevad ja registreeritakse. Mida suurem see ala, seda rohkem suudab loendur osakesi püüda ja seda suurem on selle tundlikkus kiirgusele. Passiandmed k tähistavad tööpinna pindala reeglina ruutsentimeetrites.

E Teine oluline näitaja, mis on näidatud dosimeetri omadustes, on müratase (mõõdetuna impulssides sekundis). Teisisõnu võib seda indikaatorit nimetada sisemiseks taustaväärtuseks. Seda saab määrata laboris, selleks asetatakse seade hästi kaitstud, tavaliselt paksude pliisseintega ruumi või kambrisse ning salvestatakse seadme enda poolt väljastatava kiirguse tase. On selge, et kui selline tase on piisavalt märkimisväärne, mõjutavad need tekitatud mürad otseselt mõõtmisvigu.

Igal professionaalil ja kiirgusel on selline omadus nagu kiirgustundlikkus, mida mõõdetakse ka impulssides sekundis (imp/s) või impulssides mikroröntgeeni kohta (imp/µR). Selline parameeter või pigem selle kasutamine sõltub otseselt ioniseeriva kiirguse allikast, millele loendur on häälestatud ja mille põhjal edasine mõõtmine toimub. Sageli häälestavad allikad, sealhulgas sellised radioaktiivsed materjalid nagu raadium - 226, koobalt - 60, tseesium - 137, süsinik - 14 ja teised.

E Teine näitaja, mille järgi tasub dosimeetreid võrrelda, on ioonkiirguse tuvastamise efektiivsus või radioaktiivsed osakesed. Selle kriteeriumi olemasolu on tingitud asjaolust, et kõiki dosimeetri tundlikku elementi läbivaid radioaktiivseid osakesi ei registreerita. See võib juhtuda juhul, kui gammakiirguse kvant ei põhjustanud loenduskambris ionisatsiooni või läbinud osakeste arv, mis põhjustas ionisatsiooni ja tühjenemise, on nii suur, et seade ei loe neid piisavalt, ja mõnel muul põhjusel. Konkreetse dosimeetri selle omaduse täpseks määramiseks testitakse seda mõne radioaktiivse allika abil, näiteks plutoonium-239 (alfaosakeste jaoks) või tallium - 204, strontsium - 90, ütrium - 90 (beeta-emitter), samuti muud radioaktiivsed ained.

FROM Järgmine kriteerium, mida tuleb arvesse võtta, on registreeritud energiavahemik . Igal radioaktiivsel osakesel või kiirguskvantil on erinev energiaomadus. Seetõttu on dosimeetrid ette nähtud mõõtma mitte ainult teatud tüüpi kiirgust, vaid ka nende vastavaid energiaomadusi. Sellist indikaatorit mõõdetakse megaelektronvoltides või kiloelektronvoltides (MeV, KeV). Näiteks kui beetaosakestel ei ole piisavalt energiat, siis ei suuda nad loenduskambris elektroni välja lüüa ja seetõttu ei registreerita neid või ainult suure energiaga alfaosakesed suudavad läbi murda. Geigeri-Mülleri loenduri keha materjalist ja koputage välja elektron.

Ja Eelneva põhjal toodavad kaasaegsed kiirgusdosimeetrite tootjad laias valikus seadmeid erinevatel eesmärkidel ja konkreetsetes tööstusharudes. Seetõttu tasub kaaluda konkreetset tüüpi Geigeri loendureid.

Geigeri-Mülleri loendurite erinevad variandid

P Dosimeetrite esimene versioon on seadmed, mis on loodud gammafootonite ja kõrgsagedusliku (kõva) beetakiirguse registreerimiseks ja tuvastamiseks. Peaaegu kõik varem toodetud ja kaasaegsed, nii näiteks kodumajapidamises kasutatavad: kui ka näiteks professionaalsed kiirgusdosimeetrid on mõeldud just sellele mõõtepiirkonnale. Sellisel kiirgusel on piisav energia ja suur läbitungimisvõime, et Geigeri loenduri kaamera saaks neid registreerida. Sellised osakesed ja footonid tungivad kergesti läbi leti seinte ja põhjustavad ionisatsiooniprotsessi ning see on dosimeetri vastava elektroonilise täitmisega hõlpsasti fikseeritav.

D Seda tüüpi kiirguse registreerimiseks on populaarsed loendurid nagu SBM-20 , millel on andur silindrilise torusilindri kujul, millel on koaksiaalselt ühendatud katoodi ja anoodiga. Lisaks toimivad anduritoru seinad samaaegselt katoodi ja korpusena ning on valmistatud roostevabast terasest. Sellel loenduril on järgmised omadused:

• tundliku elemendi tööala pindala on 8 ruutsentimeetrit;
• kiirgustundlikkus gammakiirguse suhtes suurusjärgus 280 impulssi / s või 70 impulssi / μR (testimine viidi läbi tseesiumi suhtes - 137 kiirusel 4 μR / s);
• dosimeetri sisemine taust on umbes 1 imp/s;
• Andur on loodud tuvastama gammakiirgust, mille energia on vahemikus 0,05 MeV kuni 3 MeV, ja beetaosakesi, mille energia on 0,3 MeV, piki alumist piiri.

Joonis 6. Geigeri loenduri seade SBM-20.

Kell Sellel loenduril oli mitmesuguseid modifikatsioone, näiteks SBM-20-1 või SBM-20U , millel on sarnased omadused, kuid mis erinevad kontaktelementide ja mõõteahela põhikonstruktsiooni poolest. Selle Geigeri-Mülleri loenduri teised modifikatsioonid ja need on SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, on samuti sarnaste parameetritega, paljud neist on leitud kodumajapidamises kasutatavates kiirgusdosimeetrites, mida tänapäeval kauplustes leidub. .

FROM Järgmine kiirgusdosimeetrite rühm on mõeldud registreerimiseks gammafootonid ja röntgenikiirgus . Kui rääkida selliste seadmete täpsusest, siis tuleb mõista, et footon ja gammakiirgus on elektromagnetkiirguse kvantid, mis liiguvad valguse kiirusel (umbes 300 000 km/s), seega on sellise objekti registreerimine üsna keeruline ülesanne.

Selliste Geigeri loendurite efektiivsus on umbes üks protsent.

H Selle suurendamiseks on vaja katoodi pinda suurendada. Tegelikult registreeritakse gamma kvantid kaudselt tänu nende poolt välja löödud elektronidele, mis hiljem osalevad inertgaasi ioniseerimises. Selle nähtuse võimalikult tõhusaks edendamiseks valitakse spetsiaalselt vastukambri materjal ja seina paksus, samuti katoodi mõõtmed, paksus ja materjal. Siin võib materjali suur paksus ja tihedus vähendada registreerimiskambri tundlikkust ning liiga väike võimaldab kõrgsageduslikul beetakiirgusel kergesti kaamerasse siseneda ning suurendab ka seadmele loomulikku kiirgusmüra, mis summutavad gamma kvantide tuvastamise täpsust. Loomulikult valivad tootjad täpsed proportsioonid. Tegelikult on sellel põhimõttel dosimeetrid valmistatud Geiger-Muller loendab gammakiirguse otseseks määramiseks maapinnal, samas kui selline seade välistab võimaluse määrata muud tüüpi kiirgust ja radioaktiivseid mõjusid, mis võimaldab täpselt määrata kiirgussaastet ja inimesele avalduva negatiivse mõju taset ainult gammakiirguse abil. .

AT Kodused dosimeetrid, mis on varustatud silindriliste anduritega, on paigaldatud järgmist tüüpi: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 ja paljud teised. Lisaks on teatud tüüpide puhul sisend-, otsa-, tundlikule aknale paigaldatud spetsiaalne filter, mis on spetsiaalselt ette nähtud alfa- ja beetaosakeste lõikamiseks ning lisaks suurendab katoodi pindala gamma kvantide tõhusamaks määramiseks. Nende andurite hulka kuuluvad Beeta - 1M, Beeta - 2M, Beeta - 5M, Gamma - 6, Beeta - 6M ja teised.

H Nende tegevuse põhimõtte selgemaks mõistmiseks tasub üksikasjalikumalt kaaluda ühte neist loenduritest. Näiteks anduriga otsaloendur Beeta - 2 miljonit , millel on tööakna ümar kuju, mis on umbes 14 ruutsentimeetrit. Sel juhul on kiirgustundlikkus koobalti suhtes - 60 umbes 240 impulssi / μR. Seda tüüpi arvestitel on väga madal omamüra. , mis ei ole suurem kui 1 impulss sekundis. See on võimalik tänu paksuseinalisele pliikambrile, mis omakorda on mõeldud footonkiirguse tuvastamiseks energiaga vahemikus 0,05 MeV kuni 3 MeV.

Joonis 7. Lõpp gamma loendur Beta-2M.

Gammakiirguse määramiseks on täiesti võimalik kasutada gamma-beeta-impulsside loendureid, mis on mõeldud kõvade (kõrgsageduslike ja suure energiaga) beetaosakeste ja gamma-kvantide tuvastamiseks. Näiteks SBM mudel on 20. Kui soovite selles dosimeetri mudelis beetaosakeste registreerimist välistada, siis piisab pliisõela või muust metallmaterjalist varje paigaldamisest (pliiekraan on efektiivsem ). See on kõige levinum viis, mida enamik disainereid gamma- ja röntgeniloendurite loomisel kasutab.

"Pehme" beetakiirguse registreerimine.

To Nagu varem mainisime, on pehme beetakiirguse (madala energiaomaduse ja suhteliselt madala sagedusega kiirgus) registreerimine üsna keeruline ülesanne. Selleks on vaja anda võimalus nende hõlpsamaks sisenemiseks registreerimiskambrisse. Nendel eesmärkidel valmistatakse spetsiaalne õhuke tööaken, tavaliselt vilgukivist või polümeerkilest, mis praktiliselt ei takista seda tüüpi beetakiirguse tungimist ionisatsioonikambrisse. Sel juhul võib anduri korpus ise toimida katoodina ja anood on lineaarsete elektroodide süsteem, mis on ühtlaselt jaotatud ja paigaldatud isolaatoritele. Registreerimisaken tehakse lõppversioonis ja sel juhul tekib beetaosakeste teele vaid õhuke vilgukivi. Selliste loenduritega dosimeetrites registreeritakse gammakiirgus rakendusena ja tegelikult ka lisafunktsioonina. Ja kui soovite vabaneda gamma kvantide registreerimisest, peate katoodi pinda minimeerima.

Joonis 8. Geigeri loenduri seade.

FROM Tuleb märkida, et pehmete beetaosakeste määramise loendurid loodi üsna kaua aega tagasi ja neid kasutati edukalt eelmise sajandi teisel poolel. Nende hulgas olid levinumad seda tüüpi andurid SBT10 ja SI8B , millel olid õhukeseseinalised vilgukivist töötavad aknad. Sellise seadme moodsam versioon Beeta 5 sellel on tööakna pindala umbes 37 ruutmeetrit/cm, ristkülikukujuline, mis on valmistatud vilgukivist. Andurelemendi selliste mõõtmete puhul suudab seade registreerida umbes 500 impulssi / μR, kui mõõta koobaltiga - 60. Samas on osakeste tuvastamise efektiivsus kuni 80 protsenti. Selle seadme muud näitajad on järgmised: omamüra on 2,2 impulssi / s, energia tuvastamise vahemik on 0,05–3 MeV, pehme beetakiirguse määramise alumine lävi on 0,1 MeV.

Joonis 9. Lõpeta beeta-gamma loendur Beeta-5.

Ja Loomulikult väärib see mainimist Geiger-Muller loendab võimeline tuvastama alfaosakesi. Kui pehme beetakiirguse registreerimine tundub olevat üsna keeruline ülesanne, siis alfaosakest on isegi kõrgete energianäitajate korral veelgi keerulisem tuvastada. Sellist probleemi saab lahendada ainult tööakna paksuse vastava vähendamisega paksuseni, mis on piisav alfaosakese läbimiseks anduri registreerimiskambrisse, samuti sisendi peaaegu täieliku lähendamisega. aken alfaosakeste kiirgusallikale. See vahemaa peaks olema 1 mm. On selge, et selline seade registreerib automaatselt kõik muud tüüpi kiirgused ja pealegi piisavalt kõrge efektiivsusega. Sellel on nii positiivsed kui ka negatiivsed küljed:

Positiivne - sellist seadet saab kasutada kõige laiemalt radioaktiivse kiirguse analüüsiks

negatiivne - suurenenud tundlikkuse tõttu tekib märkimisväärne hulk müra, mis raskendab saadud registreerimisandmete analüüsi.

To Lisaks, kuigi vilgukivi tööaken on liiga õhuke, suurendab see loenduri võimalusi, kuid ionisatsioonikambri mehaanilise tugevuse ja tiheduse arvelt, seda enam, et aknal endal on üsna suur tööpind. Võrdluseks, ülalmainitud loendurites SBT10 ja SI8B, mille tööakna pindala on umbes 30 ruutmeetrit/cm, on vilgukihi paksus 13–17 µm ja alfaosakeste registreerimiseks vajaliku paksusega. 4–5 µm, akna sisend ei tohi olla suurem kui 0,2 ruutmeetrit / cm, me räägime SBT9 loendurist.

O Registreerimistööakna suurt paksust saab aga kompenseerida radioaktiivse objekti lähedusega ja vastupidi, vilgukivi akna suhteliselt väikese paksuse korral on võimalik registreerida alfaosakest kaugemal kui 1 - 2 mm. Tasub tuua näide, mille akna paksusega kuni 15 mikronit peaks lähenemine alfakiirguse allikale olema alla 2 mm, samas kui alfaosakeste allikaks loetakse kiirgusega plutoonium-239 emitterit. energia 5 MeV. Jätkame, sisestusakna paksusega kuni 10 µm on alfaosakesi võimalik registreerida juba kuni 13 mm kaugusel, kui teha kuni 5 µm paksune vilgukivi aken, siis alfakiirgust registreeritakse kl. vahemaa 24 mm jne. Teine oluline parameeter, mis mõjutab otseselt alfaosakeste tuvastamise võimet, on nende energiaindeks. Kui alfaosakese energia on suurem kui 5 MeV, suureneb vastavalt selle registreerimiskaugus mis tahes tüüpi tööakna paksusele ja kui energia on väiksem, tuleb kaugust vähendada kuni pehme alfakiirguse registreerimise täielik võimatus.

E Teine oluline punkt, mis võimaldab alfaloenduri tundlikkust suurendada, on gammakiirguse registreerimisvõime vähenemine. Selleks piisab katoodi geomeetriliste mõõtmete minimeerimisest ja gammafootonid läbivad registreerimiskambrit ionisatsiooni põhjustamata. Selline meede võimaldab vähendada gammakiirte mõju ionisatsioonile tuhandeid ja isegi kümneid tuhandeid kordi. Beetakiirguse mõju registreerimiskambrile ei ole enam võimalik kõrvaldada, kuid sellest olukorrast on üsna lihtne väljapääs. Esiteks registreeritakse kogu tüüpi alfa- ja beetakiirgus, seejärel paigaldatakse paks paberfilter ja tehakse teine ​​mõõtmine, mis registreerib ainult beetaosakesi. Alfakiirguse väärtus arvutatakse sel juhul kogukiirguse ja beetakiirguse arvutamise eraldi indikaatori vahena.

Näiteks , tasub soovitada kaasaegse Beeta-1 loenduri omadusi, mis võimaldab registreerida alfa-, beeta-, gammakiirgust. Siin on mõõdikud:

• tundliku elemendi töötsooni pindala on 7 ruutmeetrit / cm;
• vilgukihi paksus on 12 mikronit (plutooniumi alfaosakeste efektiivne tuvastamiskaugus on 239, umbes 9 mm, koobalti puhul - 60, kiirgustundlikkus on umbes 144 impulssi / mikroR);
• kiirguse mõõtmise efektiivsus alfaosakeste puhul - 20% (plutooniumi puhul - 239), beetaosakeste puhul - 45% (talliumi puhul -204) ja gammakiirte puhul - 60% (strontsiumi koostise korral - 90, ütriumi - 90);
• dosimeetri enda taust on umbes 0,6 imp/s;
• Andur on ette nähtud tuvastama gammakiirgust, mille energia on vahemikus 0,05 MeV kuni 3 MeV, ja beetaosakesi, mille energia on üle 0,1 MeV, ja alfaosakesi, mille energia on 5 MeV või rohkem.

Joonis 10. Lõpeta alfa-beeta-gamma loendur beeta-1.

To Muidugi on endiselt üsna lai valik lette, mis on mõeldud kitsamaks ja professionaalsemaks kasutamiseks. Sellistel seadmetel on mitmeid lisaseadeid ja -valikuid (elektrilised, mehaanilised, radiomeetrilised, klimaatilised jne), mis sisaldavad palju eritermineid ja -funktsioone. Kuid me ei keskendu neile. Tõepoolest, selleks, et mõista tegevuse põhiprintsiipe Geiger-Muller loendab , piisab ülalkirjeldatud mudelitest.

AT Samuti on oluline mainida, et on olemas spetsiaalsed alamklassid Geiger loendab , mis on spetsiaalselt loodud erinevat tüüpi muu kiirguse tuvastamiseks. Näiteks ultraviolettkiirguse hulga määramiseks, koroonalahenduse põhimõttel töötavate aeglaste neutronite tuvastamiseks ja määramiseks ning muid selle teemaga otseselt mitteseotud võimalusi ei käsitleta.

Ioniseeriva kiirguse registreerimine seadmete poolt põhineb kiirguse muundamisel detektori ja mõõteahela poolt mõõtmispraktikas aktsepteeritud elektrilisteks signaalideks.

Ioniseeriva kiirguse mõõtmise instrumendid suudavad registreerida erinevaid füüsikalisi suurusi. Huvitavamad neist on: neeldunud, kokkupuute- ja ekvivalentdoosid ning nende võimsus, osakeste voo tihedus, osakeste voolavus, maht, mass, pind, efektiivsed aktiivsused.

Iga ioniseerivat kiirgust mõõtev seade sisaldab detektorit, mõõteahelat (registraator või analüsaator) ja abielemente.

Detektor teisendab informatsiooni kiirgusparameetrite kohta elektrisignaali energiaks. Vastavalt kiirgusenergia muundamisele muudeks energialiikideks võib detektorid jagada järgmistesse rühmadesse:

• ionisatsioon (gaasimõõturid, ionisatsioonikambrid, pooljuhtarvestid);
• stsintillatsioon;
• fotograafiline;
• keemiline.

Mõõteahel ekstraheerib, teisendab, akumuleerib, salvestab ja väljastab teavet elektriliste signaalide kujul, mis on mugav teiste seadmete vaatlemiseks, salvestamiseks, arvutamiseks või juhtimiseks. Abielemendid tagavad detektori ja mõõteahela kindlaksmääratud töörežiimid. Nende hulka kuuluvad toiteallikad, töörežiimi programmeerimise plokid, tervise jälgimine ja kalibreerimine, salvestusseadmed (digiprinterid, salvestid, ostsilloskoobid, impulsiloendurid jne).

Seadmete funktsionaalsed diagrammid määratakse suures osas kiirgusdetektoritest ja mõõteahela väljundist tulevate signaalide kujul (impulsside kujul - diskreetne teabevorm või aeglaselt muutuva voolu (pinge) kujul) teabe analoogvorm).

Diskreetse sisend- ja väljundteabe vormiga seadmed võivad sisaldada võimendeid, standardisaatoreid ja impulsside eristajaid, loendamis- ja analüüsiskeeme koos liitmise ja mäluga kahend-, kümnend- ja muudel nummerdamismeetoditel.

Kiirguse parameetrite kohta teavet kandvad impulsid võivad amplituudi, kuju ja esinemisaja poolest erineda. Eraldades need impulsid nende parameetrite järgi analüüsiseadmete abil, on võimalik mõõta mitte ainult kiirgusvoo tihedust keskmisest impulsi kordussagedusest, vaid ka kiirguse energiat, tüüpi ja ruumilist jaotust.

Analüüsiseadmed töötavad tavaliselt kahel teabetöötlusrežiimil. Esimesel juhul valib analüsaator kindlaksmääratud parameetritega impulsid, teisel juhul valitakse signaalid rühmadesse sõltuvalt määratud valikuparameetritest.

Analoogse sisend- ja väljundinformatsiooniga seadmetes kasutatakse elektromeetrilisi ja alalisvoolu väljundvõimendeid. Alalisvoolu vahelduvvoolu eelkonversiooniahelad kasutavad vahelduvvoolu muundureid ja võimendeid.

Vajaliku mõõtepiirkonna katmiseks etteantud täpsusega analoogtüüpi väljundinformatsiooniga seadmetes, lineaarse ja mittelineaarse skaalaga (logaritmiline, lineaar-logaritmiline jne) näidu- ja salvestusriistades, samuti digitaalse trükiga digitaalsetes voltmeetrites. seadmeid kasutatakse.

Seadmete väljundis olev teave võib olla kas diskreetne või analoogne, olenemata sisendis oleva teabe vormist.

Praegusetest kiirgusdetektoritest (ionisatsioonikambritest) tulev analoogteave muundatakse paljudes seadmetes doseerimise – laengute kvantiseerimise – abil diskreetseks informatsiooniks.

Märkimisväärsel arvul seadmetel, mille sisendis on diskreetne teave, on analoogväljundteave; nende hulka kuuluvad radiomeetrid, roentgenomeetrid ja intensiivsusmõõturid keskmise pulsi kordussageduse mõõtmiseks.

Mõõtmistulemusi saab esitada visuaalselt vaadeldavate signaalide kujul (osutiinstrumentide näidud, ostsilloskoobi või arvuti ekraanil jne); salvestatud salvestusseadmega (impulsiloendur, diagrammisalvesti, digimuundur jne). Signaalid võivad olla heli, mida genereerivad telefonid, kõned, sireenid jne, mis antakse teiste seadmete juhtimiseks.

Mis tahes tüüpi kiirgus ainega suhtlemisel põhjustab ionisatsiooni ja ergastuse ilmnemist. Laetud osakesed põhjustavad neid protsesse vahetult, g-kvantide neeldumisel tekib ionisatsioon fotoelektriefektist tulenevate kiirete elektronide poolt, Comptoni efekt või paaride tekke käigus ning neutronite puhul ionisatsioon kiiresti lendavate tuumade poolt. . Sel juhul võib üks primaarne osake viia sadade tuhandete ioonide ilmumiseni, mille tõttu on inimesel märgata ionisatsiooniga kaasnevaid sekundaarseid efekte (elektrivool, valgussähvatus, fotoplaadi tumenemine jne). otse oma meelte abil; mõnikord saab neid mõjusid suurendada vaid vajaliku arvu kordi. Seega on ionisatsioon justkui omapärane ioniseeriva kiirguse ainega interaktsiooni nähtuste võimendaja. Seetõttu on kõigi salvestusseadmete töö kuidagi seotud aine aatomite ioniseerimise ja ergastamise kasutamisega.

Erinevat tüüpi interaktsioonide käigus moodustunud elektronid aeglustuvad keskkonnas, kulutades oma energia aatomite ioniseerimisele ja ergastamisele. Moodustunud ioonid ja vabad elektronid rekombineeruvad kiiresti, nii et laeng kaob väga lühikese aja pärast (gaaside puhul 10-5 s). Seda ei juhtu, kui keskkonnas tekib elektriväli. Sel juhul triivivad laengukandjad piki välja, positiivsed ühes suunas, negatiivsed teises suunas. Laengute liikumine on elektrivool, mida mõõtes saate määrata laengu suuruse.

Nii see käibki ionisatsioonikamber. See on suletud gaasiga täidetud ruumala, milles asuvad kaks metallelektroodi (joonis 7.1). Elektroodidele rakendatakse elektrilist pinget. γ-kvanti ja aine interaktsiooni käigus moodustunud elektroni läbimisel triivivad vabad laengud - ioonid ja elektronid - elektroodidele ning ahelasse ilmub vooluimpulss, mis on võrdeline elektroni moodustatud laenguga.

Riis. 7.1.

Kahjuks on madala energiaga osakeste ja γ-kvantide moodustatud elektronide vooluimpulsid väga väikesed. Neid on raske täpselt mõõta, seetõttu kasutatakse ionisatsioonikambreid raskete osakeste, näiteks α-osakeste tuvastamiseks, mis moodustavad ionisatsioonikambrit läbides palju suuremaid vooluimpulsse.

Kui ionisatsioonikambri elektroodidel pinget suurendada, tekib nähtus nn gaasi võimendus. Elektriväljas liikuvad vabad elektronid omandavad piisavalt energiat kambrit täitva gaasi aatomite ioniseerimiseks. Ioniseerimisel moodustab elektron teise ioon-elektron paari, nii et laengute koguarv korrutatakse kahega, nagu on näidatud joonisel fig. 7.2. Omakorda on ka äsja moodustunud elektronid võimelised ioniseeruma ja seega mitmekordistub laeng üha enam. Elektroodide erivormiga võib gaasi võimendustegur ulatuda 105-ni. Siin on oluline, et lõpplaeng jääks proportsionaalseks primaarsega ja sellest tulenevalt ka osakese ehk γ-kvanti poolt moodustatud elektroni energia. Sel põhjusel nimetatakse neid seadmeid proportsionaalsed meetrid.

Tavaliselt tehakse proportsionaalne loendur silindri kujul, mille teljele tõmmatakse õhuke metalltraat - niit. Vooluallika negatiivne poolus on ühendatud arvesti korpusega ja vooluallika positiivne poolus on ühendatud keermega. Sellise seadmega koondub elektriväli peamiselt keerme lähedusse ja väljatugevuse maksimaalne väärtus on seda suurem, mida väiksem on keerme raadius. Seetõttu saab gaasi võimendamiseks vajalikke suuri väljatugevusi saavutada loenduri korpuse ja hõõgniidi suhteliselt väikeste potentsiaalide erinevuste korral.

Riis. 7.2.

Proportsionaalseid loendureid kasutatakse laialdaselt nende lihtsuse ja suurte vooluimpulsside tõttu laetud osakeste läbimisel. Nüüd kasutatakse proportsionaalseid loendureid peamiselt β-kiirguse, pehme γ-kiirguse, α-osakeste ja neutronite registreerimiseks. Joonisel fig. 7.3 näitab proportsionaalsete loendurite põhitüüpe.

Riis. 7.3.

Proportsionaalne loendur on elektriahelaga ühendatud samamoodi nagu ionisatsioonikamber. Ja sealt tulevad elektriimpulsid on samad, mis kaamerast, ainult suuremas suurusjärgus. Näib, et tuleb rakendada ainult piisavalt kõrget pinget, et gaasi võimendus oleks suurem ja proportsionaalne loendur annaks nii suuri impulsse, et nendega on võimalik töötada ilma täiendava võimenduseta. Tegelikkuses see aga nii ei ole. Asi on selles, et suure gaasivõimenduse korral hakkab loendur ebastabiilselt töötama ning osakeste energia ja impulsi amplituudi proportsionaalsus rikutakse.

Rikete vältimiseks ja elektrivälja võrdsustamiseks tuleb loendurit teha väga ettevaatlikult, puhastades ja poleerides selle elektroode. Väga raske on poleerida niiti, mille läbimõõtu mõõdetakse millimeetri sajandikkudes. Kui loenduri elektriväli on piki hõõgniidi ebahomogeenne, siis ei sõltu impulss mitte ainult osakese energiast, vaid ka kohast, kus see loendurisse siseneb, mis on muidugi ebasoovitav.

Seetõttu tuleb proportsionaalse loenduri konstruktsioon sageli keeruliseks teha, sisestades sellesse välja võrdsustamiseks täiendavaid elektroode. Kõigi nende tüsistuste tulemusena on võimalik toota kümne-, sadade- ja mõnikord isegi tuhandekordse gaasivõimendusega arvestiid, kuid seegi osutub sageli liiga väikeseks, et neilt saadud impulssidega ilma hilisema võimenduseta töötada. .

Mõelge, mis juhtub, kui suurendame vastuelektroodide vahelist pinget veelgi. Sel juhul tekib laetud osakese loendurile sisenemisel ülivõimas elektronide laviin, mis langeb suurel kiirusel positiivsele elektroodile ja lööb sealt välja mitu footonit – ultraviolettkiirguse kvante.

Need negatiivsele elektroodile langevad footonid võivad välja tõmmata uusi elektrone, viimased tormavad jälle positiivsele elektroodile jne. Selle tulemusena tekib letis nn isemajandav tühjenemine, mis põleb pideva intensiivsusega olenemata sellest, kas loendurisse tuleb uusi osakesi või mitte. (Täpselt nii põleb heide valgusreklaamide neoontorudes.)

Loendur seevastu peab reageerima igale sinna sisenevale osakesele, seega pole seda töörežiimi kellelegi vaja. Spetsiaalseid lülitusskeeme rakendades või loenduri atmosfääri raskeid gaase lisades on aga võimalik luua tingimused, mille korral osakese loendurisse sattumisel tekkinud isemajandav tühjenemine kustub ise väga lühikese aja pärast. Seega põhjustab iga loendurisse sisenev uus osake lühiajalise, kuid üsna tugeva voolu ilmnemist.

Kõige tavalisem ioniseeriva kiirguse detektor (sensor), mis töötab ülalkirjeldatud režiimis, on Geiger-Mülleri loendur. Selle tööpõhimõte põhineb ioniseerivate osakeste läbimise ajal gaasi heite tekkimisel. Peamiselt kergesti ioniseeruvast neoonist ja argoonist koosnev gaasisegu juhitakse hästi evakueeritud kahe elektroodiga suletud anumasse, mis on pinge all (seade peab registreerima β- ja γ-kiirgust). Silinder võib olla klaas, metall vms. Tavaliselt tajuvad arvestid kiirgust kogu oma pinnaga, kuid on ka selliseid, millel on selleks silindris spetsiaalne "aken".

Elektroodidele rakendatakse kõrgepinge U (joon. 7.4), mis iseenesest ei põhjusta tühjenemisnähtusi. Loendur jääb sellesse olekusse seni, kuni selle gaasikeskkonda ilmub ionisatsioonikeskus – ioonide ja elektronide jälg, mis on genereeritud väljast tulnud ioniseeriva osakese poolt. Primaarsed elektronid, kiirendades elektriväljas, ioniseerivad "teel" teisi gaasilise keskkonna molekule, tekitades üha uusi elektrone ja ioone. Laviinina arenedes lõpeb see protsess elektronioonide pilve moodustumisega elektroodidevahelises ruumis, mis suurendab järsult selle juhtivust. Leti gaasikeskkonnas tekib tühjenemine, mis on nähtav (kui anum on läbipaistev) ka lihtsa silmaga.

Riis. 7.4.

Pöördprotsess – gaasikeskkonna taastamine algsesse olekusse niinimetatud halogeenmõõturites – toimub iseenesest. Halogeenid (tavaliselt kloor või broom), mida gaasilises keskkonnas sisalduvad väikeses koguses, hakkavad toimima, mis aitavad kaasa laengute intensiivsele rekombinatsioonile. Kuid see protsess on palju aeglasem. Aja pikkus, mis kulub Geigeri loenduri kiirgustundlikkuse taastamiseks ja tegelikult määrab selle kiiruse - "surnud aeg" - on selle oluline passi omadus. Näiteks gaaslahendusega Geigeri-Mülleri loenduri jaoks, tüüp SBM-20-1, on "surnud" aeg kl. U = 400 V on 190 R/µs.

Geigeri loendurid on võimelised reageerima erinevat tüüpi ioniseerivale kiirgusele - alfa-, beeta-, gamma-, ultraviolett-, röntgen-, neutronkiirgusele. Kuid loenduri tegelik spektraalne tundlikkus sõltub suurel määral selle disainist.

Geigeri-Mülleri loenduri impulsi amplituud võib ulatuda mitmekümne või isegi sadade voltideni. Selliste impulssidega on võimalik töötada ilma igasuguse võimenduseta. Kuid see võit saadi kõrge hinnaga. Fakt on see, et impulsi amplituudi Geigeri-Mülleri loenduris määravad ainult loenduri enda omadused ja elektriahela parameetrid ning see ei sõltu üldse primaarosakese tüübist ega energiast.

Aeglase elektroni, mis on loonud vaid paar ioonipaari, ja α-osakese impulsid, mis on tekitanud mitu tuhat iooni, osutuvad samaks. Seetõttu saab Geigeri-Mülleri loendureid kasutada ainult ühtlastes kiirgusväljades mööduvate osakeste arvu loendamiseks, kuid mitte nende tüübi ja energia määramiseks.

Seoses tuumaenergeetikaga seotud inimtegevuse, aga ka tööstuse (sealhulgas sõjanduse) radioaktiivsete ainete komponendina või põhiainena oma toodete kasutamisega kaasnevate keskkonnamõjudega on kiirgusohutuse ja kiirgusdosimeetria aluste õppimine muutumas. täna üsna aktuaalne teema. Lisaks looduslikele ioniseeriva kiirguse allikatele ilmneb iga aastaga üha rohkem inimtegevuse tagajärjel kiirgusega saastunud kohti. Seega oma ja lähedaste tervise säilitamiseks peate teadma konkreetse piirkonna või esemete ja toidu saastatuse astet. Selles saab abiks dosimeeter – seade ioniseeriva kiirguse efektiivdoosi või võimsuse mõõtmiseks teatud aja jooksul.

Enne selle seadme valmistamise (või ostmise) jätkamist peate omama ettekujutust mõõdetud parameetri olemusest. Ioniseeriv kiirgus (kiirgus) on footonite, elementaarosakeste või aatomite lõhustumisfragmentide voog, mis on võimeline ainet ioniseerima. See on jagatud mitmeks tüübiks. alfa kiirgus on alfaosakeste voog - heelium-4 tuumad, radioaktiivse lagunemise käigus sündinud alfaosakesed saab kergesti peatada paberilehega, seega kujutab see ohtu peamiselt kehasse sattudes. beetakiirgus- see on beeta-lagunemisel tekkiv elektronide voog, kaitseks kuni 1 MeV energiaga beetaosakeste eest piisab mõne millimeetri paksusest alumiiniumplaadist. Gammakiirgus on palju suurema läbitungimisvõimega, kuna koosneb suure energiaga footonitest, millel pole laengut; mitmesentimeetrise kihiga rasked elemendid (plii jne) on kaitseks tõhusad. Igat tüüpi ioniseeriva kiirguse läbitungiv jõud sõltub energiast.

Geigeri-Mülleri loendureid kasutatakse peamiselt ioniseeriva kiirguse registreerimiseks. See lihtne ja tõhus seade on tavaliselt seestpoolt metalliseeritud metallist või klaasist silinder ja piki selle silindri telge venitatud peenike metallist niit, balloon ise on täidetud harvendatud gaasiga. Tööpõhimõte põhineb löökionisatsioonil. Kui ioniseeriv kiirgus satub vastu leti seinu, löövad elektronid sealt välja, gaasis liikuvad ja gaasiaatomitega põrkuvad elektronid löövad elektronid aatomitest välja ning tekitavad positiivseid ioone ja vabu elektrone. Katoodi ja anoodi vaheline elektriväli kiirendab elektronid energiani, mille juures algab löökionisatsioon. Tekib ioonide laviin, mis viib primaarsete kandjate paljunemiseni. Piisavalt suure väljatugevuse korral muutub nende ioonide energia piisavaks sekundaarsete laviinide tekitamiseks, mis on võimelised säilitama iseseisvat tühjenemist, mille tulemusena suureneb loendurit läbiv vool järsult.

Kõik Geigeri loendurid ei suuda registreerida igat tüüpi ioniseerivat kiirgust. Põhimõtteliselt on nad tundlikud ühe kiirguse – alfa-, beeta- või gammakiirguse suhtes, kuid sageli suudavad nad mingil määral tuvastada ka muud kiirgust. Nii on näiteks SI-8B Geigeri loendur mõeldud pehme beetakiirguse tuvastamiseks (jah, olenevalt osakeste energiast saab kiirguse jagada pehmeks ja kõvaks), kuid see andur on ka alfakiirguse suhtes mõnevõrra tundlik. ja gammakiirgus, kiirgus.

Kuid artikli kujundusele lähenedes on meie ülesandeks valmistada kõige lihtsam, loomulikult kaasaskantav Geigeri loendur või õigemini dosimeeter. Selle seadme valmistamiseks õnnestus mul hankida ainult SBM-20. See Geigeri loendur on loodud kõva beeta- ja gammakiirguse registreerimiseks. Nagu enamik teisi arvestiid, töötab SBM-20 400-voldise pingega.

Geigeri-Mülleri loenduri SBM-20 peamised omadused (tabel teatmeraamatust):

Sellel loenduril on ioniseeriva kiirguse mõõtmise täpsus suhteliselt madal, kuid piisav, et määrata inimesele lubatud kiirgusdoosi ületamine. SBM-20 kasutatakse praegu paljudes majapidamises kasutatavates dosimeetrites. Jõudluse parandamiseks kasutatakse sageli mitut toru korraga. Ja gammakiirguse mõõtmise täpsuse suurendamiseks on dosimeetrid varustatud beetakiirguse filtritega, sel juhul registreerib dosimeeter ainult gammakiirgust, kuid üsna täpselt.

Kiirgusdoosi mõõtmisel tuleb arvestada mitme teguriga, mis võivad olla olulised. Isegi ioniseeriva kiirguse allikate täieliku puudumisel annab Geigeri loendur teatud arvu impulsse. See on nn kohandatud loenduri taust. See hõlmab ka mitmeid tegureid: loenduri enda materjalide radioaktiivne saastumine, elektronide spontaanne emissioon loenduri katoodilt ja kosmiline kiirgus. Kõik see annab teatud hulga "lisa" impulsse ajaühiku kohta.

Niisiis, lihtsa dosimeetri skeem, mis põhineb Geigeri loenduril SBM-20:

Panen vooluringi leivalauale kokku:

Ahel ei sisalda nappe osi (välja arvatud muidugi arvesti ise) ega programmeeritavaid elemente (mikrokontrollereid), mis võimaldab teil vooluringi lühikese aja jooksul ilma suuremate raskusteta kokku panna. Selline dosimeeter aga ei sisalda skaalat ning kiirgusdoos on vaja määrata kõrva järgi klikkide arvu järgi. See on klassikaline versioon. Ahel koosneb pingemuundurist 9 volti - 400 volti.

NE555 kiibile tehakse multivibraator, mille sagedus on ligikaudu 14 kHz. Töösageduse suurendamiseks saate takisti R1 väärtust vähendada umbes 2,7 kOhmini. See on kasulik, kui teie valitud (või võib-olla tehtud) õhuklapp hakkab kriuksuma - töösageduse suurenemisega kriuksin kaob. Induktiivpool L1 on vajalik võimsusega 1000–4000 μH. Kõige kiiremini leiab sobiva õhuklapi läbi põlenud säästupirnist. Sellist drosselit kasutatakse vooluringis, ülaltoodud fotol on see keritud südamikule, mida tavaliselt kasutatakse impulsstrafode valmistamiseks. Transistor T1 võib kasutada mis tahes muud välja n-kanalit, mille äravooluallika pinge on vähemalt 400 volti ja eelistatavalt rohkem. Selline muundur annab 400-voldise pinge juures vaid mõne milliampri voolu, kuid sellest piisab, et Geigeri loendur töötaks mitu korda. Pärast laetud kondensaatori C3 vooluringist toite väljalülitamist töötab ahel selle väikese mahtuvuse tõttu veel umbes 20-30 sekundit. Supressor VD2 piirab pinget 400 volti. Kondensaatorit C3 tuleb kasutada pingel vähemalt 400–450 volti.

Ls1-na saab kasutada mis tahes piesokõlarit või kõlarit. Ioniseeriva kiirguse puudumisel ei voola takistite R2 - R4 kaudu voolu (leivaplaadil on fotol viis takistit, kuid nende kogutakistus vastab vooluringile). Niipea kui vastav osake siseneb Geigeri loendurisse, toimub anduri sees gaasiionisatsioon ja selle takistus väheneb järsult, mille tulemusena tekib vooluimpulss. Kondensaator C4 katkestab konstantse osa ja edastab kõlarile ainult vooluimpulsi. Kuuleme klõpsatust.

Minu puhul kasutatakse toiteallikana kahte vanade telefonide akut (kaks, kuna rakendatud elemendibaasi tõttu peab vooluahela käivitamiseks vajalik võimsus olema suurem kui 5,5 volti).

Niisiis, ahel töötab, aeg-ajalt klõpsab. Nüüd, kuidas seda kasutada. Lihtsaim variant - klõpsab veidi - kõik on korras, klõpsab sageli või isegi pidevalt - halb. Teine võimalus on umbkaudselt lugeda impulsside arv minutis ja teisendada klikkide arv mikror/h. Selleks tuleb võtta teatmeraamatust Geigeri loenduri tundlikkuse väärtus. Erinevatel allikatel on aga alati veidi erinevad numbrid. Ideaalis tuleks laboratoorsed mõõtmised teha valitud Geigeri loenduri jaoks võrdluskiirguse allikatega. Nii et SBM-20 puhul varieerub tundlikkuse väärtus 60 kuni 78 impulssi / μR vastavalt erinevatele allikatele ja teatmeraamatutele. Niisiis arvutasime impulsside arvu ühes minutis, siis korrutame selle arvu 60-ga, et saada ligikaudne impulsside arv ühes tunnis ja jagame kõik selle anduri tundlikkusega, st 60 või 78-ga või mis iganes saate. reaalsusele lähemal ja selle tulemusena saame väärtuse µR/h. Usaldusväärsema väärtuse saamiseks on vaja teha mitu mõõtmist ja arvutada nendevaheline aritmeetiline keskmine. Ohutu kiirgustaseme ülempiir on ligikaudu 20 - 25 mikroR/h. Lubatud tase on kuni umbes 50 μR / h. Numbrid võivad riigiti erineda.

P.S. Mind ajendas seda teemat kaaluma artikkel ruumidesse, vette jne tungiva radoonigaasi kontsentratsiooni kohta. riigi erinevates piirkondades ja selle allikates.

Raadioelementide loend

Geiger-Mülleri loenduri struktuur ja tööpõhimõte

AT Viimasel ajal on meie riigi tavakodanike tähelepanu kiirgusohutusele järjest suurenenud. Ja see ei tulene mitte ainult traagilistest sündmustest Tšernobõli tuumaelektrijaamas ja selle edasistest tagajärgedest, vaid ka mitmesugustest juhtumitest, mis perioodiliselt planeedi ühes või teises kohas ette tulevad. Sellega seoses hakkasid eelmise sajandi lõpus ilmuma seadmed kiirguse dosimeetriline jälgimine majapidamises. Ja sellised seadmed päästsid paljudele inimestele mitte ainult tervise, vaid mõnikord ka elu, ja see ei kehti ainult keelutsooniga külgnevate territooriumide kohta. Seetõttu on kiirgusohutuse küsimused meie riigi igas paigas tänapäevani aktuaalsed.

AT Kõik majapidamises kasutatavad ja peaaegu kõik kaasaegsed professionaalsed dosimeetrid on varustatud . Teisel viisil võib seda nimetada dosimeetri tundlikuks elemendiks. Selle seadme leiutas 1908. aastal saksa füüsik Hans Geiger ja kakskümmend aastat hiljem täiustas seda arendust teine ​​füüsik Walter Müller ja see on selle seadme põhimõte, mida kasutatakse praegu.

H Mõnel kaasaegsel dosimeetril on korraga neli loendurit, mis võimaldab suurendada mõõtmiste täpsust ja seadme tundlikkust, samuti vähendada mõõtmisaega. Enamik Geigeri-Mülleri loendureid on võimelised tuvastama gammakiirgust, suure energiaga beetakiirgust ja röntgenikiirgust. Kõrge energiaga alfaosakeste määramiseks on aga eriarendusi. Dosimeetri seadistamiseks tuvastama ainult gammakiirgust, mis on kolmest kiirgustüübist kõige ohtlikum, kaetakse tundlik kamber pliist või muust terasest valmistatud spetsiaalse korpusega, mis võimaldab katkestada beetaosakeste tungimise loendur.

AT kaasaegsed dosimeetrid koduseks ja professionaalseks otstarbeks, andureid nagu SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1 kasutatakse laialdaselt. Need erinevad kambri üldmõõtmete ja muude parameetrite poolest, 20 anduri reale on tüüpilised järgmised mõõtmed, pikkus 110 mm, läbimõõt 11 mm ja 21. mudeli puhul pikkus 20-22 mm läbimõõduga 6 mm . Oluline on mõista, et mida suurem on kamber, seda rohkem radioaktiivseid elemente sellest läbi lendab ning seda suurem on selle tundlikkus ja täpsus. Seega on anduri 20. seeria mõõtmed 8–10 korda suuremad kui 21. korral, ligikaudu samades proportsioonides on meil tundlikkuse erinevus.

To Geigeri loenduri konstruktsiooni saab skemaatiliselt kirjeldada järgmiselt. Andur, mis koosneb silindrilisest mahutist, millesse pumbatakse minimaalse rõhu all inertgaasi (nt argoon, neoon või nende segud), seda tehakse selleks, et hõlbustada elektrilahenduse tekkimist katoodi ja anoodi vahel. Katood on enamasti tundliku anduri kogu metallkorpus ja anood on isolaatoritele asetatud väike traat. Mõnikord on katood lisaks mähitud roostevabast terasest või pliist valmistatud kaitseümbrisesse, seda tehakse loenduri seadistamiseks ainult gammakiirguse tuvastamiseks.

D Koduseks kasutamiseks kasutatakse praegu kõige sagedamini otsapinna andureid (näiteks Beta-1, Beta-2). Sellised loendurid on konstrueeritud nii, et need suudavad tuvastada ja registreerida isegi alfaosakesi. Selline loendur on lame silinder, mille sees asuvad elektroodid, ja ainult 12 mikroni paksusest vilgukivikilest sisend (töötav) aken. See disain võimaldab tuvastada (lähedalt) kõrge energiaga alfaosakesi ja madala energiaga beetaosakesi. Samal ajal on Beta-1 ja Beta 1-1 loendurite tööakna pindala 7 ruutmeetrit. Beta-2 seadme vilgukivi tööakna pindala on Beta-1 omast 2 korda suurem, selle abil saab määrata jne.

E Kui me räägime Geigeri loenduskambri tööpõhimõttest, siis võib seda lühidalt kirjeldada järgmiselt. Aktiveerimisel rakendatakse katoodile ja anoodile läbi koormustakisti kõrge pinge (umbes 350–475 volti), kuid dielektrikuna toimiva inertgaasi tõttu nende vahel tühjenemist ei toimu. Kambrisse sisenedes on selle energia piisav, et kambrikeha või katoodi materjalist vaba elektron välja lüüa, see elektron hakkab ümbritsevast inertgaasist laviinina välja lööma vabu elektrone ja toimub selle ionisatsioon, mis lõpuks viib elektroodide vahelisele tühjenemisele. Ahel sulgub ja selle fakti saab registreerida instrumendi mikrokiibi abil, mis on kas gamma- või röntgenkvanti tuvastamise fakt. Seejärel lähtestub kaamera, mis võimaldab tuvastada järgmise osakese.

H Tühjendusprotsessi peatamiseks kambris ja kambri ettevalmistamiseks järgmise osakese registreerimiseks on kaks meetodit, millest üks põhineb asjaolul, et elektroodide pingevarustus peatatakse väga lühikeseks ajaks. , mis peatab gaasi ionisatsiooni protsessi. Teine meetod põhineb inertgaasile mõne muu aine, näiteks joodi, alkoholi ja muude ainete lisamisel, samal ajal kui need põhjustavad elektroodide pinge langust, mis peatab ka edasise ionisatsiooni protsessi ja kaamera muutub võimeliseks. järgmise radioaktiivse elemendi tuvastamiseks. See meetod kasutab suure võimsusega koormustakistit.

P heidete arvu kohta loenduri kambris ja saab hinnata kiirguse taset mõõdetud piirkonnas või konkreetselt objektilt.

Skemaatiliselt on Geigeri-Mülleri gaaslahendusloenduri seade näidatud joonisel fig. 5.4. Loendur on valmistatud metallist silindri kujul, mis toimib katoodina To, mm läbimõõt. anood AGA kasutatakse õhukest terastraati läbimõõduga mm, mis on venitatud piki silindri telge ja isoleeritud katoodist isoleerivate pistikutega P. Silinder täidetakse alandatud rõhul argooniga ( 100 mm Hg), lisades väikese koguse ( 0,5 %) etüülalkoholi või halogeenide aurud.

Joonisel fig. 5.4 näitab loenduri ühendusskeemi selle voolu-pinge omaduste uurimiseks. Elektroodidele antakse EMF-i allikast pidev pinge e. Gaasi läbiva voolu suurust mõõdetakse mõõtetakistuse pingelangusega R.

Oletame, et gaas puutub kokku püsiva intensiivsusega kiirgusega (ionisaator). Ionisaatori toimel omandab gaas teatud elektrijuhtivuse ja ahelas hakkab voolama vool, mille sõltuvust rakendatavast pingest näitab
riis. 5.5.

Madala pinge korral on seadet läbiv vool väike. Registreerida on võimalik ainult suure hulga osakeste läbimisest põhjustatud koguvoolu. Seadmeid, mis töötavad selles režiimis, nimetatakse ionisatsioonikambrid. See režiim vastab aladele I ja II.

Asukoht sisse lülitatud I vool suureneb võrdeliselt pingega, st. Ohmi seadus on täidetud. Selles piirkonnas toimub samaaegselt ionisatsiooniprotsessiga pöördprotsess - rekombinatsioon (positiivsete ioonide ja elektronide ühendamine neutraalsete osakeste moodustumisega).

Pinge edasise suurenemise korral voolutugevuse suurenemine aeglustub ja peatub täielikult (jaotis II). Tekib küllastusvool. Küllastusvool on voolu maksimaalne väärtus, kui kõik välise ionisaatori poolt ajaühikus tekitatud ioonid ja elektronid jõuavad elektroodidele üheaegselt. Küllastusvoolu väärtuse määrab ionisaatori võimsus. Küllastusvool on ionisaatori ioniseeriva toime mõõt: kui ionisaatori tegevus peatatakse, peatub ka tühjenemine.

Pinge edasise suurenemisega suureneb vool üsna aeglaselt (jaotis III). Kõrgetel pingetel põrkuvad välise ionisaatori toimel tekkivad elektronid, mida elektriväli tugevalt kiirendab, neutraalsete gaasimolekulidega ja ioniseerib neid. Selle tulemusena moodustuvad sekundaarsed elektronid ja positiivsed ioonid. Elektriväljas kiirendatud sekundaarsed elektronid suudavad taas ioniseerida gaasimolekule. Elektronide ja ioonide koguarv suureneb nagu laviin, kui elektronid liiguvad anoodi poole (seda protsessi nimetatakse löökionisatsioon). Selles piirkonnas töötavad loendurid ( III), kutsutakse proportsionaalne.

Anoodile jõudnud elektronide arvu jagatuna primaarsete elektronide arvuga nimetatakse gaasi võimendustegur. Gaasi võimendustegur suureneb pinge tõustes kiiresti ja kõrgete pingete korral hakkab sõltuma primaarelektronide arvust. Samal ajal lülitub loendur proportsionaalselt režiimilt režiimile piiratud proportsionaalsus(süžee IV). Selles piirkonnas loendureid ei tööta.

Veelgi kõrgemal pingel põhjustab vähemalt ühe ioonipaari ilmumine isesäästuva tühjenemise alguse (pinget, mille juures toimub isepüsiv tühjenemine, nimetatakse läbilöögipinge). Vool lakkab sõltumast algselt moodustunud ioonide arvust ja registreeritud osakeste energiast. Loendur hakkab tööle Geigeri režiimis (jaotis V). Selles piirkonnas töötavat seadet nimetatakse Geiger-Mülleri loendur. Voolutugevuse sõltumatus ioniseerivate osakeste energiast muudab Geigeri-Mülleri loendurid registreerimiseks mugavaks b- pideva spektriga osakesed.

Pinge edasine tõus toob kaasa välimuse pidev gaasilahendus. Vool suureneb sel juhul järsult (jaotis VI) ja arvesti võib ebaõnnestuda.

Seega töötab Geigeri-Mülleri loendur sisemise gaasivõimenduse põhimõttel. Kui loendurile rakendatakse kõrget pinget, on väli õhukese hõõgniidi (anoodi) lähedal äärmiselt ebahomogeenne. Suure potentsiaalse gradiendi tõttu kiirendab loendurisse sisenev laetud osake välja poolt energiani, mis on suurem kui 30 eV. Sellise osakese energia juures hakkab tööle löökionisatsiooni mehhanism, mille tõttu elektronide arv korrutatakse laviiniks. Selle tulemusena moodustub anoodi koormuse takistusele negatiivne impulss. Elektroni laviin võib tekkida katoodi ja anoodi vahele jäänud ühest elektronist.

Geiger-Mülleri loenduri omadused

Tõhusus loendur on registreeritud osakeste arvu ja seda läbivate osakeste koguarvu suhe. Elektronide loenduri efektiivsus võib ulatuda 99,9 %. Registreerimine g-kiired kanduvad läbi kiirete elektronide, mis tekivad neeldumise või hajumise käigus g-kvant letis. Arvesti efektiivsus kuni g-kvant on tavaliselt suurusjärgus %.

Loenduri oluline omadus on taustal. taustal nimetada uuritud kiirgusallikate puudumisel seadme näidud. Loenduri taust on tingitud: kosmilisest kiirgusest; radioaktiivsete ainete olemasolu keskkonnas, sealhulgas materjalides, millest arvesti on valmistatud; spontaansed tühjenemised loenduris (valed impulsid). Tavaliselt kõigub erineva disainiga Geiger-Mülleri loenduritel taust impulsside/min piirides. Erimeetodid võivad tausta suurusjärgu võrra vähendada.

Geigeri-Mülleri loendur suudab registreerida ainult ühe osakese. Järgmise osakese registreerimiseks on vaja esmalt kustutada isemajandav heide. Seetõttu on loenduri oluline omadus surnud aeg t– loenduri passiivsusaeg, mille jooksul gaasilahendus kustub. Tavaliselt on surnud aeg suurusjärgus s.

Gaasilahendust loenduris saab kustutada kahel viisil:

1) orgaanilise kompleksühendi sisestamisega gaasi. Paljud kompleksmolekulid on ultraviolettkiirgusele läbipaistmatud ega lase vastavatel kvantidel katoodile jõuda. Katoodil ioonide poolt selliste ainete juuresolekul vabanev energia kulutatakse mitte elektronide katoodilt väljatõmbamiseks, vaid molekulide dissotsiatsiooniks. Iseseisva heite tekkimine sellistel tingimustel muutub võimatuks;

2) kasutades takistust. Seda meetodit seletatakse asjaoluga, et kui tühjendusvool voolab läbi takistuse, tekib sellel suur pingelang. Selle tulemusena langeb elektroodidevahelisele pilule ainult osa rakendatud pingest, mis ei ole tühjenemise säilitamiseks piisav.

Surnud aeg sõltub paljudest teguritest: pinge väärtus loenduril; gaasi koostis - täiteaine; kustutusmeetod; kasutusiga; temperatuur jne Seetõttu on raske arvutada.

Üks lihtsamaid meetodeid surnud aja eksperimentaalseks määramiseks on kahe allika meetod.

Tuumamuutused ja kiirguse vastastikmõjud ainega on statistilise iseloomuga. Seetõttu on teatud tõenäosus, et surnud aja jooksul satuvad loendurile kaks või enam osakest t, mis registreeritakse ühe osakesena. Oletame, et loenduri efektiivsus on võrdne 100 %. Laskma olla osakeste loenduri tabamise keskmine kiirus. n on keskmine loenduskiirus (ajaühikus registreeritud osakeste arv). ajal t osakesed registreeritakse. Surnud aeg kokku t on , ja loendamata osakeste arv on võrdne . Eeldame, et loendurisse sisenenud osakeste arv on võrdne registreeritud ja loendamata osakeste summaga.