geigerteller— een gasontladingsapparaat dat het aantal ioniserende deeltjes telt dat er doorheen gaat. Het is een met gas gevulde condensator die doorbreekt wanneer er een ioniserend deeltje in het gasvolume verschijnt. Geigertellers zijn behoorlijk populaire detectoren (sensoren) van ioniserende straling. Tot nu toe, uitgevonden aan het begin van onze eeuw voor de behoeften van de opkomende kernfysica, bestaat er, vreemd genoeg, geen volwaardige vervanging.
Het ontwerp van een geigerteller is vrij eenvoudig. Een afgesloten container met twee elektroden bevat gasmengsel, bestaande uit gemakkelijk geïoniseerd neon en argon. Het materiaal van de cilinder kan anders zijn: glas, metaal, enz.
Normaal gesproken nemen tellers straling waar over hun hele oppervlak, maar er zijn er ook die hiervoor een speciaal "venster" in de cilinder hebben. Het wijdverbreide gebruik van de Geiger-Muller-teller wordt verklaard door de hoge gevoeligheid, het vermogen om verschillende stralingen te detecteren, de vergelijkende eenvoud en de lage installatiekosten.
Aansluitschema geigerteller
Op de elektroden wordt een hoge spanning U gezet (zie figuur), die op zichzelf geen ontladingsverschijnselen veroorzaakt. De teller blijft in deze status totdat deze binnen is gasomgeving er zal geen ionisatiecentrum ontstaan - een spoor van ionen en elektronen gegenereerd door een ioniserend deeltje dat van buitenaf arriveert. Primaire elektronen, die versnellen elektrisch veld ioniseren ‘onderweg’ andere moleculen van het gasvormige medium, waarbij steeds meer elektronen en ionen worden gegenereerd. Dit proces ontwikkelt zich als een lawine en eindigt met de vorming van een elektron-ionwolk in de ruimte tussen de elektroden, waardoor de geleidbaarheid ervan aanzienlijk toeneemt. Er vindt een ontlading plaats in de gasomgeving van de meter, zichtbaar (als de container transparant is) zelfs met het blote oog.
Het omgekeerde proces – het herstellen van de gasomgeving in de oorspronkelijke staat bij zogenaamde halogeenmeters – vindt vanzelf plaats. Halogenen (meestal chloor of broom), die in kleine hoeveelheden aanwezig zijn in een gasvormige omgeving, spelen een rol en dragen bij aan intense ladingsrecombinatie. Maar dit proces verloopt vrij langzaam. De tijd die nodig is om de stralingsgevoeligheid van een geigerteller te herstellen en wat feitelijk de prestaties ervan bepaalt - de 'dode' tijd - is het belangrijkste kenmerk van het paspoort.
Dergelijke meters worden aangeduid als halogeen-zelfdovende meters. Met een zeer lage voedingsspanning, goede parameters uitgangssignaal en voldoende hoge snelheid, bleken ze veel gevraagd als ioniserende stralingssensoren in huishoudelijke stralingsmonitoringsapparatuur.
Geigertellers kunnen het meeste detecteren verschillende soorten ioniserende straling - a, b, g, ultraviolet, röntgenstraling, neutronen. Maar de werkelijke spectrale gevoeligheid van de teller hangt sterk af van het ontwerp ervan. Het invoervenster van een teller die gevoelig is voor a- en zachte b-straling moet dus behoorlijk dun zijn; Voor dit doel wordt meestal mica met een dikte van 3...10 micron gebruikt. De cilinder van de teller, die reageert op harde b- en g-straling, heeft doorgaans de vorm van een cilinder met een wanddikte van 0,05....0,06 mm (deze dient tevens als kathode van de teller). Het röntgentellervenster is gemaakt van beryllium en het ultraviolette tegenvenster is gemaakt van kwartsglas.
Afhankelijkheid van de telsnelheid van de voedingsspanning in een geigerteller
Borium wordt in de neutronenteller gebracht, waarna bij interactie de neutronenflux wordt omgezet in gemakkelijk te registreren a-deeltjes. Fotonenstraling - ultraviolet, röntgenstraling, g-straling - Geigertellers nemen indirect waar - via het foto-elektrisch effect, Compton-effect, paarcreatie-effect; in elk geval wordt de straling die in wisselwerking staat met de kathodesubstantie omgezet in een stroom elektronen.
Elk door de teller gedetecteerd deeltje vormt een korte puls in zijn uitgangscircuit. Het aantal pulsen dat per tijdseenheid verschijnt – de telsnelheid van een Geigerteller – hangt af van het niveau van de ioniserende straling en de spanning op de elektroden. Een standaardgrafiek van de telsnelheid afhankelijk van de voedingsspanning Upit wordt weergegeven in de bovenstaande figuur. Hier is Uns de telstartspanning; Ung en Uvg zijn de onder- en bovengrenzen van het werkgedeelte, het zogenaamde plateau, waarbij de telsnelheid vrijwel onafhankelijk is van de tegenvoedingsspanning. De bedrijfsspanning Uр wordt doorgaans in het midden van dit gedeelte geselecteerd. Het komt overeen met Np - de telsnelheid in deze modus.
Afhankelijkheid van de telsnelheid van de graad blootstelling aan straling de meter is het belangrijkste kenmerk. De grafiek van deze afhankelijkheid is vrijwel lineair van aard en daarom wordt de stralingsgevoeligheid van de teller vaak weergegeven in termen van puls/μR (pulsen per micro-röntgen; deze dimensie volgt uit de verhouding van de telsnelheid - puls/s - tot het stralingsniveau - μR/s).
In gevallen waarin dit niet wordt aangegeven, moet de stralingsgevoeligheid van de teller worden bepaald door zijn andere uiterst belangrijke parameter: zijn eigen achtergrond. Dit is de naam van de telsnelheid, waarvan de factor twee componenten is: extern - de natuurlijke achtergrondstraling, en intern - de straling van radionucliden die in de tegenstructuur zelf worden aangetroffen, evenals de spontane elektronenemissie van de kathode.
Afhankelijkheid van de telsnelheid van de energie van gammakwanta ("slag met stijfheid") in een Geigerteller
Nog één essentieel kenmerk Geigerteller is de afhankelijkheid van de stralingsgevoeligheid van de energie (“hardheid”) van ioniserende deeltjes. In hoeverre deze afhankelijkheid significant is, blijkt uit de grafiek in de figuur. “Rijden met stijfheid” zal uiteraard de nauwkeurigheid van de uitgevoerde metingen beïnvloeden.
Het feit dat de Geigerteller een lawineapparaat is, heeft ook zijn nadelen: de reactie van een dergelijk apparaat kan niet worden gebruikt om de oorzaak van de opwinding ervan te beoordelen. De uitgangspulsen die een Geigerteller genereert onder invloed van a-deeltjes, elektronen en g-quanta zijn niet anders. De deeltjes zelf en hun energieën verdwijnen volledig in de dubbele lawines die ze veroorzaken.
De tabel geeft informatie over zelfdovende halogeengeigertellers van binnenlandse productie, het meest geschikt voor huishoudelijke apparaten straling controle.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| SBM19 | 400 | 100 | 2 | 310* | 50 | 19x195 | 1 |
| SBM20 | 400 | 100 | 1 | 78* | 50 | 11x108 | 1 |
| SBT9 | 380 | 80 | 0,17 | 40* | 40 | 12x74 | 2 |
| SBT10A | 390 | 80 | 2,2 | 333* | 5 | (83x67x37) | 2 |
| SBT11 | 390 | 80 | 0,7 | 50* | 10 | (55x29x23,5) | 3 |
| SI8B | 390 | 80 | 2 | 350-500 | 20 | 82x31 | 2 |
| SI14B | 400 | 200 | 2 | 300 | 30 | 84x26 | 2 |
| SI22G | 390 | 100 | 1,3 | 540* | 50 | 19x220 | 4 |
| SI23BG | 400 | 100 | 2 | 200-400* | — | 19x195 | 1 |
- 1 — bedrijfsspanning, V;
- 2 — plateau — gebied waar de telsnelheid weinig afhankelijk is van de voedingsspanning, V;
- 3 — eigen achtergrond van counter, imp/s, niet meer;
- 4 — stralingsgevoeligheid van de teller, imp/μR (* — voor kobalt-60);
- 5 — uitgangspulsamplitude, V, niet minder;
- 6 - afmetingen, mm - diameter x lengte (lengte x breedte x hoogte);
- 7.1 - harde b- en g-straling;
- 7.2 - dezelfde en zachte b-straling;
- 7.3 - dezelfde en een - straling;
- 7,4 - g - straling.
Met een moderne Geigerteller kun je het stralingsniveau meten bouwmaterialen, perceel of appartementen, maar ook voedsel. Het toont een bijna honderd procent waarschijnlijkheid aan van een geladen deeltje, omdat slechts één elektron-ionpaar voldoende is om het te detecteren.
Dankzij de technologie waarop een moderne dosismeter op basis van een Geiger-Muller-teller is gemaakt, kunt u resultaten verkrijgen hoge precisie in een zeer korte tijd. De meting duurt maximaal 60 seconden en alle informatie wordt grafisch weergegeven numerieke vorm op het dosismeterscherm.
Apparaat instellen
Het apparaat heeft de mogelijkheid om een drempelwaarde in te stellen; bij overschrijding hiervan klinkt er een geluidssignaal om u te waarschuwen voor gevaar. Selecteer een van de opgegeven drempelwaarden in het bijbehorende instellingengedeelte. De pieptoon kan ook worden uitgeschakeld. Voordat u metingen uitvoert, wordt aanbevolen om het apparaat individueel te configureren, de helderheid van het display, de parameters van het geluidssignaal en de batterijen te selecteren.
Meetprocedure
Selecteer de modus "Meting" en het apparaat begint de radioactieve situatie te beoordelen. Na ongeveer 60 seconden verschijnt het meetresultaat op het display, waarna de volgende analysecyclus begint. Om te ontvangen exacte resultaat wordt aanbevolen om minimaal 5 meetcycli uit te voeren. Een toename van het aantal waarnemingen zorgt voor betrouwbaardere metingen.
Voor het meten van de achtergrondstraling van objecten, zoals bouwmaterialen of voedingsproducten, moet u de modus "Meting" inschakelen op een afstand van enkele meters van het object, vervolgens het apparaat naar het object brengen en de achtergrond zo dicht mogelijk bij het object meten. Vergelijk de meetwaarden van het apparaat met gegevens verkregen op een afstand van enkele meters van het object. Het verschil tussen deze metingen is de extra stralingsachtergrond van het object dat wordt bestudeerd.
Als de meetresultaten de natuurlijke achtergrondkarakteristiek van het gebied waarin u zich bevindt overschrijden, duidt dit op stralingsbesmetting van het te onderzoeken object. Om de vloeistofverontreiniging te beoordelen, wordt aanbevolen om metingen boven het open oppervlak uit te voeren. Om het apparaat tegen vocht te beschermen, moet het in plastic folie worden gewikkeld, maar niet meer dan één laag. Als de dosismeter lange tijd op een temperatuur onder 0°C heeft gestaan, moet hij vóór het uitvoeren van metingen op kamertemperatuur binnen 2 uur.
Geiger-Müller-teller
D Om het stralingsniveau te bepalen wordt het gebruikt speciaal apparaat– . En voor dergelijke huishoudelijke apparaten en de meeste professionele apparaten voor stralingsmonitoring wordt het sensorelement gebruikt geigerteller . Met dit onderdeel van de radiometer kunt u nauwkeurig het stralingsniveau bepalen.
De geschiedenis van de Geigerteller
IN De eerste, een apparaat om de vervalsnelheid van radioactieve materialen te bepalen, werd in 1908 geboren en werd uitgevonden door de Duitse natuurkundige Hans Geiger . Twintig jaar later, samen met een andere natuurkundige Walter Muller het apparaat werd verbeterd en werd genoemd ter ere van deze twee wetenschappers.
IN in de periode van ontwikkeling en vorming van de kernfysica in de voormalige Sovjet-Unie werden ook overeenkomstige apparaten gemaakt die op grote schaal werden gebruikt in de strijdkrachten, kerncentrales, en in speciale stralingsmonitoringsgroepen civiele verdediging. Vanaf de jaren zeventig van de vorige eeuw bevatten dergelijke dosismeters namelijk een teller gebaseerd op de Geiger-principes SBM-20 . Deze teller is precies hetzelfde als zijn andere analoog STS-5 , wordt tot op de dag van vandaag veel gebruikt en maakt er ook deel van uit moderne middelen stralingsmonitoring .
Afb.1. Gasontladingsteller STS-5.
Afb.2. Gasontladingsmeter SBM-20.
Werkingsprincipe van een Geiger-Müller-teller
EN Het door Geiger voorgestelde idee van het registreren van radioactieve deeltjes is relatief eenvoudig. Het is gebaseerd op het principe van het verschijnen van elektrische impulsen in een medium inert gas onder invloed van een hooggeladen radioactief deeltje of een kwantum van elektromagnetische trillingen. Om meer in detail in te gaan op het werkingsmechanisme van de teller, laten we even stilstaan bij het ontwerp ervan en de processen die daarin plaatsvinden wanneer een radioactief deeltje door het gevoelige element van het apparaat gaat.
R Het opnameapparaat is een afgesloten cilinder of container die is gevuld met een inert gas, dit kan neon, argon, enz. zijn. Zo'n container kan van metaal of glas zijn en het gas daarin staat onder lage druk; dit wordt specifiek gedaan om het proces van het registreren van een geladen deeltje te vereenvoudigen. In de container bevinden zich twee elektroden (kathode en anode) waarop hoge spanning wordt toegepast. gelijkstroom via een speciale belastingsweerstand.
Afb.3. Apparaat en schakelschema voor het inschakelen van een geigerteller.
P Wanneer de teller wordt geactiveerd in een omgeving met inert gas, vindt er geen ontlading plaats op de elektroden vanwege de hoge weerstand van het medium, maar de situatie verandert als een radioactief deeltje of een kwantum van elektromagnetische trillingen de kamer van het gevoelige element van het apparaat binnendringt . In dit geval schakelt een deeltje met een lading van voldoende hoge energie een bepaald aantal elektronen uit de directe omgeving uit, d.w.z. van de behuizingselementen of fysiek van de elektroden zelf. Dergelijke elektronen worden, eenmaal in een inerte gasomgeving, blootgesteld hoge spanning tussen de kathode en de anode, beginnen naar de anode te bewegen, terwijl ze onderweg de moleculen van dit gas ioniseren. Als gevolg hiervan schakelen ze secundaire elektronen uit de gasmoleculen uit, en dit proces groeit op geometrische schaal totdat er een storing optreedt tussen de elektroden. In een ontladingstoestand sluit het circuit gedurende een zeer korte tijd, en dit veroorzaakt een stroomsprong in de belastingsweerstand, en het is deze sprong die het mogelijk maakt om de passage van een deeltje of kwantum door de opnamekamer te registreren.
T Dit mechanisme maakt het mogelijk om één deeltje te registreren, maar in een omgeving waar de ioniserende straling behoorlijk intens is, is een snelle terugkeer van de opnamekamer naar de oorspronkelijke positie vereist om te kunnen bepalen nieuw radioactief deeltje . Dit wordt bereikt door twee op verschillende manieren. De eerste daarvan is het stoppen met het leveren van spanning aan de elektroden gedurende een korte periode; in dit geval stopt de ionisatie van het inerte gas abrupt en door de testkamer opnieuw in te schakelen, kunt u vanaf het allereerste begin beginnen met opnemen. Dit type teller wordt genoemd niet-zelfdovende dosismeters . Het tweede type apparaat, namelijk zelfdovende dosismeters, hun werkingsprincipe is het toevoegen van speciale additieven op basis van verschillende elementen, bijvoorbeeld broom, jodium, chloor of alcohol, aan de inerte gasomgeving. In dit geval leidt hun aanwezigheid automatisch tot de beëindiging van de ontlading. Bij deze constructie van de testkamer worden weerstanden van soms enkele tientallen megaohms als belastingsweerstand gebruikt. Hierdoor is het mogelijk om tijdens de ontlading het potentiaalverschil aan de uiteinden van de kathode en anode sterk te verkleinen, waardoor het stroomgeleidingsproces stopt en de kamer terugkeert naar de oorspronkelijke staat. Het is vermeldenswaard dat een spanning op de elektroden van minder dan 300 volt automatisch stopt met het handhaven van de ontlading.
Met het hele beschreven mechanisme kunt u zich registreren enorm bedrag radioactieve deeltjes in korte tijd.
Soorten radioactieve straling
H om te begrijpen wat er precies wordt opgenomen Geiger-Muller-tellers , het is de moeite waard om stil te staan bij welke soorten ervan bestaan. Het is de moeite waard om meteen te vermelden dat gasontladingstellers, die deel uitmaken van de meeste moderne dosismeters, alleen het aantal radioactief geladen deeltjes of quanta kunnen registreren, maar niet hun energiekarakteristieken of het type straling kunnen bepalen. Voor dit doel worden dosismeters multifunctioneler en doelgerichter gemaakt, en om ze correct te kunnen vergelijken, moeten hun mogelijkheden nauwkeuriger worden begrepen.
P Volgens moderne concepten van de kernfysica kan straling in twee typen worden verdeeld, de eerste in de vorm elektromagnetisch veld , de tweede in de vorm deeltjesstroom (corpusculaire straling). Het eerste type omvat flux van gammadeeltjes of röntgenstraling . Hun belangrijkste kenmerk is het vermogen om zich in de vorm van golven over zeer lange afstanden voort te planten, terwijl ze vrij gemakkelijk door verschillende objecten heen gaan en gemakkelijk door de meest uiteenlopende objecten kunnen dringen. diverse materialen. Als een persoon zich bijvoorbeeld moet verbergen voor een stroom gammastraling, vanwege nucleaire explosie Door vervolgens zijn toevlucht te zoeken in de kelder van een huis of schuilkelder, op voorwaarde dat deze relatief luchtdicht is, kan hij zichzelf slechts voor 50 procent tegen dit soort straling beschermen.
Afb.4. Röntgen- en gammastralingskwanta.
T Dit type straling is van nature gepulseerd en wordt gekenmerkt door voortplanting omgeving in de vorm van fotonen of quanta, d.w.z. korte flitsen elektromagnetische straling. Dergelijke straling kan verschillende energie- en frequentiekarakteristieken hebben; röntgenstraling heeft bijvoorbeeld een frequentie die duizenden keren lager is dan gammastraling. Dat is waarom Gammastraling is aanzienlijk gevaarlijker voor het menselijk lichaam en hun impact is veel destructiever.
EN straling gebaseerd op het corpusculaire principe zijn alfa- en bètadeeltjes (lichaampjes). Ze ontstaan als gevolg van een kernreactie waarbij sommige radioactieve isotopen worden omgezet in andere, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt. In dit geval vertegenwoordigen bètadeeltjes een stroom elektronen, en alfadeeltjes zijn aanzienlijk grotere en stabielere formaties, bestaande uit twee aan elkaar gebonden neutronen en twee protonen. In feite heeft de kern van een heliumatoom deze structuur, dus er kan worden gesteld dat de stroom van alfadeeltjes een stroom van heliumkernen is.
De volgende classificatie wordt geaccepteerd , alfadeeltjes hebben de minste doordringende kracht; om zichzelf tegen hen te beschermen, is dik karton voldoende voor een persoon; bètadeeltjes hebben een grotere doordringende kracht; behoefte metalen bescherming enkele millimeters dik (bijvoorbeeld aluminiumplaat). Er is vrijwel geen bescherming tegen gammakwanta, en ze planten zich over aanzienlijke afstanden voort, waarbij ze vervagen naarmate ze zich van het epicentrum of de bron verwijderen, en gehoorzamen aan de wetten van de voortplanting van elektromagnetische golven.
Afb.5. Radioactieve deeltjes van het alfa- en bètatype.
NAAR De hoeveelheid energie die alle drie de soorten straling bezitten, is ook verschillend, en de flux van alfadeeltjes heeft de grootste daarvan. Bijvoorbeeld, De energie van alfadeeltjes is zevenduizend keer groter dan de energie van bètadeeltjes , d.w.z. doordringende kracht verschillende soorten de straling zit in de rug proportionele afhankelijkheid op hun doordringend vermogen.
D Voor het menselijk lichaam wordt gekeken naar de gevaarlijkste vorm van radioactieve straling gamma-kwanta , vanwege het hoge doordringende vermogen, en dan in afnemende volgorde bètadeeltjes en alfadeeltjes. Daarom is het vrij moeilijk om alfadeeltjes te bepalen, ook al is dit met een conventionele teller onmogelijk te bepalen Geiger-Müller, aangezien bijna elk object een obstakel voor hen is, om nog maar te zwijgen van een glazen of metalen container. Met een dergelijke teller is het mogelijk om bètadeeltjes te detecteren, maar alleen als hun energie voldoende is om door het materiaal van de tellercontainer te gaan.
Voor bètadeeltjes met lage energie is een conventionele Geiger-Müller-teller niet effectief.
OVER De situatie is vergelijkbaar met gammastraling; er is een mogelijkheid dat ze door de container gaan zonder de ionisatiereactie te starten. Om dit te doen, wordt in de tellers een speciaal scherm (gemaakt van dicht staal of lood) geïnstalleerd, dat het mogelijk maakt de energie van gammastraling te verminderen en zo de ontlading in de telkamer te activeren.
Basiskenmerken en verschillen van Geiger-Müller-tellers
MET Het is ook de moeite waard om enkele basiskenmerken en verschillen tussen de verschillende uitgeruste dosismeters te benadrukken gasontlading Geiger-Muller-tellers. Om dit te doen, moet u er enkele vergelijken.
De meest voorkomende Geiger-Müller-tellers zijn uitgerust met cilindrisch of eindsensoren. Cilindrisch zijn vergelijkbaar met een langwerpige cilinder in de vorm van een buis met een kleine straal. De eindionisatiekamer heeft een ronde of rechthoekige vorm kleine maten, maar met een aanzienlijk eindwerkoppervlak. Soms zijn er varianten van eindkamers met een langwerpige cilindrische buis met een klein toegangsvenster eind kant. Diverse configuraties van tellers, namelijk de camera’s zelf, kunnen zich registreren verschillende soorten straling, of combinaties daarvan (bijvoorbeeld combinaties van gamma- en bètastraling, of het gehele spectrum van alfa-, bèta- en gammastraling). Dit wordt mogelijk gemaakt dankzij het speciaal ontworpen ontwerp van het meterhuis en het materiaal waaruit het is gemaakt.
E een ander belangrijk onderdeel voor bedoeld gebruik gaat dit tegen gebied van het ingangssensorelement en werkgebied . Met andere woorden: dit is de sector waarlangs de radioactieve deeltjes die voor ons van belang zijn, zullen binnenkomen en worden geregistreerd. Hoe groter dit gebied, hoe meer deeltjes de teller kan opvangen en hoe groter de gevoeligheid voor straling zal zijn. De paspoortgegevens geven de oppervlakte van het werkoppervlak aan, meestal in vierkante centimeters.
E Een andere belangrijke indicator die wordt aangegeven in de kenmerken van de dosimeter is geluidsomvang (gemeten in pulsen per seconde). Met andere woorden, deze indicator kan de waarde van zijn eigen achtergrond worden genoemd. Het kan worden bepaald in een laboratoriumomgeving door het apparaat in een goed beschermde kamer of kamer te plaatsen, meestal met dikke loden muren, en het stralingsniveau te registreren dat het apparaat zelf uitzendt. Het is duidelijk dat als een dergelijk niveau voldoende significant is, deze geïnduceerde geluiden rechtstreeks van invloed zullen zijn op de meetfouten.
Elke vakman en straling heeft een kenmerk als stralingsgevoeligheid, ook wel gemeten in pulsen per seconde (imp/s), of in pulsen per micro-röntgen (imp/μR). Deze parameter, of beter gezegd het gebruik ervan, hangt rechtstreeks af van de bron van ioniserende straling waarop de teller is afgestemd en waartegen verdere metingen zullen worden uitgevoerd. Vaak wordt afstemming gedaan met behulp van bronnen die radioactieve materialen bevatten zoals radium - 226, kobalt - 60, cesium - 137, koolstof - 14 en andere.
E Een andere indicator waarmee het de moeite waard is om dosismeters te vergelijken is detectie-efficiëntie van ionenstraling of radioactieve deeltjes. Het bestaan van dit criterium is te wijten aan het feit dat niet alle radioactieve deeltjes die door het gevoelige element van de dosimeter gaan, worden geregistreerd. Dit kan gebeuren in het geval dat het gammastralingskwantum geen ionisatie veroorzaakte in de tegenkamer, of het aantal deeltjes dat er doorheen ging en ionisatie en ontlading veroorzaakte zo groot is dat het apparaat ze niet voldoende telt, en om andere redenen . Om nauwkeurig te bepalen dit kenmerk een specifieke dosimeter, deze wordt getest met behulp van enkele radioactieve bronnen, bijvoorbeeld plutonium-239 (voor alfadeeltjes), of thallium - 204, strontium - 90, yttrium - 90 (bètastraler), evenals andere radioactieve materialen.
MET Het volgende criterium waarop we ons moeten concentreren is bereik van geregistreerde energieën . Elk radioactief deeltje of kwantum straling heeft een andere energiekarakteristiek. Daarom zijn dosimeters ontworpen om niet alleen een specifiek type straling te meten, maar ook de overeenkomstige energiekarakteristiek. Deze indicator wordt gemeten in mega-elektronvolt of kilo-elektronvolt (MeV, KeV). Als de bètadeeltjes bijvoorbeeld niet voldoende energie hebben, kunnen ze in de tegenkamer geen elektron uitschakelen en dus niet worden gedetecteerd, of kunnen alleen hoogenergetische alfadeeltjes door het materiaal heen breken. van de Geiger-Müller-tellerbehuizing en schakel het elektron uit.
EN op basis van al het bovenstaande, moderne fabrikanten Stralingsdosimeters produceren een breed scala aan apparaten voor verschillende doeleinden en specifieke industrieën. Daarom is het de moeite waard om specifieke soorten geigertellers te overwegen.
Diverse opties Geiger-Muller-tellers
P De eerste versie van dosismeters zijn apparaten die zijn ontworpen om gammafotonen en hoogfrequente (harde) bètastraling te registreren en te detecteren. Bijna alle eerder geproduceerde en moderne exemplaren, zowel huishoudelijke apparaten bijvoorbeeld als professionele stralingsdosismeters bijvoorbeeld: , zijn ontworpen voor dit meetbereik. Dergelijke straling heeft voldoende energie en een hoog doordringend vermogen om de Geigertellercamera deze te laten registreren. Dergelijke deeltjes en fotonen dringen gemakkelijk door de wanden van de toonbank en veroorzaken het ionisatieproces, en dit wordt gemakkelijk geregistreerd door de overeenkomstige elektronische vulling dosimeter.
D Populaire tellers zoals SBM-20 , met een sensor in de vorm van een cilindrische ballonbuis met een coaxiale draadkathode en anode. Bovendien dienen de wanden van de sensorbuis tegelijkertijd als kathode en behuizing en zijn ze vervaardigd uit roestvrij staal. Deze teller heeft de volgende kenmerken:
- het oppervlak van het werkgebied van het gevoelige element is 8 vierkante centimeter;
- de stralingsgevoeligheid voor gammastraling is ongeveer 280 pulsen/s, of 70 pulsen/μR (tests werden uitgevoerd voor cesium - 137 bij 4 μR/s);
- de eigen achtergrond van de dosismeter is ongeveer 1 puls/s;
- De sensor is ontworpen om gammastraling te registreren met een energie in het bereik van 0,05 MeV tot 3 MeV, en bètadeeltjes met een energie van 0,3 MeV aan de ondergrens.
Afb.6. Geigertellerapparaat SBM-20.
U Er waren verschillende wijzigingen aan deze teller, bijvoorbeeld SBM-20-1 of SBM-20U , die vergelijkbare kenmerken hebben, maar verschillen in het fundamentele ontwerp van de contactelementen en het meetcircuit. Andere aanpassingen aan deze Geiger-Müller-teller, en dit zijn SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, hebben ook vergelijkbare parameters, veel ervan zijn te vinden in huishoudelijke stralingsdosismeters, die tegenwoordig in winkels te vinden zijn .
MET De volgende groep stralingsdosismeters is ontworpen om te registreren gammafotonen en röntgenstraling . Als we het hebben over de nauwkeurigheid van dergelijke apparaten, moeten we begrijpen dat fotonen- en gammastraling kwanta van elektromagnetische straling zijn die met de snelheid van het licht bewegen (ongeveer 300.000 km/s), dus het registreren van een dergelijk object lijkt een nogal moeilijke opgave. taak.
Het bedrijfsrendement van dergelijke Geigertellers bedraagt ongeveer één procent.
H Om dit te vergroten is een vergroting van het kathodeoppervlak vereist. In wezen worden gammastraling geregistreerd indirecte manier, dankzij de elektronen die ze uitschakelen, die vervolgens deelnemen aan de ionisatie van het inerte gas. Om dit fenomeen zo effectief mogelijk te bevorderen, worden het materiaal en de dikte van de wanden van de tegenkamer, evenals de afmetingen, dikte en materiaal van de kathode speciaal geselecteerd. Hier kan een grote dikte en dichtheid van het materiaal de gevoeligheid van de opnamekamer verminderen, en te klein zal ervoor zorgen dat hoogfrequente bètastraling gemakkelijk de kamer binnendringt, en zal ook de hoeveelheid stralingsruis die eigen is aan het apparaat vergroten, waardoor zal de nauwkeurigheid van het bepalen van gammakwanta overstemmen. Uiteraard worden de exacte verhoudingen door de fabrikanten geselecteerd. In feite worden op dit principe dosimeters vervaardigd op basis van Geiger-Muller-tellers voor directe bepaling van gammastraling op de grond, terwijl een dergelijk apparaat de mogelijkheid uitsluit om andere soorten straling en radioactieve blootstelling te bepalen, waardoor het mogelijk wordt om de stralingsbesmetting en de mate van negatieve impact op mensen alleen door gammastraling nauwkeurig te bepalen.
IN In huishoudelijke dosismeters, die zijn uitgerust met cilindrische sensoren, zijn de volgende typen geïnstalleerd: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 en vele anderen . Bovendien is bij sommige typen een speciaal filter geïnstalleerd op het ingangs-, eind-, gevoelige venster, dat specifiek dient om alfa- en bètadeeltjes af te snijden, en bovendien het kathodegebied vergroot voor een efficiëntere bepaling van gammakwanta. Dergelijke sensoren omvatten Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M en andere.
H Om het principe van hun werking duidelijker te begrijpen, is het de moeite waard om een van deze tellers van naderbij te bekijken. Bijvoorbeeld een eindteller met sensor Bèta – 2M , die een afgerond werkvenster heeft van ongeveer 14 vierkante centimeter. In dit geval bedraagt de stralingsgevoeligheid voor kobalt-60 ongeveer 240 pulsen/μR. Dit type meter heeft een zeer lage eigenruis , wat niet meer is dan 1 puls per seconde. Dit is mogelijk dankzij de dikwandige loodkamer, die op zijn beurt is ontworpen om fotonenstraling op te nemen met energieën in het bereik van 0,05 MeV tot 3 MeV.
Afb.7. Beëindig gammateller Beta-2M.
Voor het bepalen van gammastraling is het goed mogelijk om tellers voor gamma-bèta-pulsen te gebruiken, die zijn ontworpen om harde (hoogfrequente en hoogenergetische) bètadeeltjes en gamma-kwanta te registreren. Bijvoorbeeld model SBM - 20. Als u in dit dosismetermodel de registratie van bètadeeltjes wilt uitsluiten, dan is het hiervoor voldoende om een loden scherm of een schild tegen andere te installeren metalen materiaal(loodscherm is effectiever). Dit is de meest gebruikelijke methode die door de meeste ontwikkelaars wordt gebruikt bij het maken van gamma- en röntgentellers.
Registratie van “zachte” bètastraling.
NAAR Zoals we al hebben aangegeven, is het registreren van zachte bètastraling (straling met lage energiekarakteristieken en een relatief lage frequentie) een nogal lastige opgave. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de mogelijkheid van gemakkelijker penetratie in de registratiekamer te garanderen. Voor deze doeleinden is een speciale dunne werkend raam, meestal gemaakt van mica of polymeerfilm, waardoor vrijwel geen obstakels ontstaan voor het binnendringen van dit soort bètastraling in de ionisatiekamer. In dit geval kan het sensorlichaam zelf als kathode fungeren en is de anode een systeem van lineaire elektroden die gelijkmatig zijn verdeeld en op isolatoren zijn gemonteerd. Het registratievenster is gemaakt in de eindversie, en in dit geval zit alleen een dunne micafilm de bètadeeltjes in de weg. In dosismeters met dergelijke tellers wordt gammastraling geregistreerd als toepassing en feitelijk als extra kans. En als je van de registratie van gammakwanta af wilt, dan is het noodzakelijk om het kathodeoppervlak te minimaliseren.
Afb.8. Apparaat van een aan het uiteinde gemonteerde geigerteller.
MET Het is vermeldenswaard dat tellers voor het bepalen van zachte bètadeeltjes al lang geleden zijn gemaakt en met succes zijn gebruikt in de tweede helft van de vorige eeuw. Onder hen waren de meest voorkomende sensoren zoals SBT10 En SI8B , die dunwandige mica-werkramen had. Meer moderne versie zo'n apparaat Bèta-5 heeft een werkvensteroppervlak van ongeveer 37 m²/cm, rechthoekig van vorm gemaakt van mica-materiaal. Voor dergelijke afmetingen van het gevoelige element kan het apparaat ongeveer 500 pulsen/μR registreren, gemeten met kobalt - 60. Tegelijkertijd is de deeltjesdetectie-efficiëntie maximaal 80 procent. Andere indicatoren van dit apparaat zijn als volgt: de eigen ruis is 2,2 pulsen/s, het energiedetectiebereik is van 0,05 tot 3 MeV, terwijl de onderste drempel voor het bepalen van zachte bètastraling 0,1 MeV is.
Afb.9. Beëindig de bèta-gammateller Beta-5.
EN Uiteraard is het het vermelden waard Geiger-Muller-tellers, geschikt voor het detecteren van alfadeeltjes. Als het registreren van zachte bètastraling een behoorlijk lastige opgave lijkt, dan is het detecteren van een alfadeeltje, zelfs een deeltje met hoge energie-indicatoren, een nog lastigere opgave. Dit probleem kan alleen worden opgelost door de dikte van het werkvenster dienovereenkomstig te verkleinen tot een dikte die voldoende is voor de doorgang van een alfadeeltje in de opnamekamer van de sensor, en door het invoervenster bijna volledig dichter bij de ingang te brengen. bron van alfadeeltjesstraling. Deze afstand moet 1 mm zijn. Het is duidelijk dat zo'n apparaat automatisch alle andere soorten straling zal registreren, en bovendien met voldoende hoge efficiëntie. Er zit zowel een positieve als een negatieve kant aan:
Positief – een dergelijk apparaat kan worden gebruikt voor de meest uiteenlopende radioactieve stralingsanalyses
Negatief – door de verhoogde gevoeligheid zal er een aanzienlijke hoeveelheid ruis optreden, wat de analyse van de ontvangen registratiegegevens zal bemoeilijken.
NAAR Bovendien gaat een te dun mica-werkvenster, hoewel het de mogelijkheden van de meter vergroot, echter ten koste van mechanische sterkte en de dichtheid van de ionisatiekamer, vooral omdat het venster zelf voldoende is groot gebied werkoppervlak. Ter vergelijking: in de SBT10- en SI8B-tellers, die we hierboven noemden, met een werkvensteroppervlak van ongeveer 30 m²/cm, is de dikte van de micalaag 13 - 17 micron, en met de vereiste dikte voor opname alfadeeltjes van 4-5 micron, de invoer van het venster kan slechts niet groter zijn dan 0,2 m²/cm, waar we het over hebben over de SBT9-teller.
OVER De grote dikte van het registratiewerkvenster kan echter worden gecompenseerd door de nabijheid van het radioactieve object, en omgekeerd: met een relatief kleine dikte van het micavenster wordt het mogelijk om een alfadeeltje op een grotere afstand dan 1 te registreren. 2 mm. Het is de moeite waard om een voorbeeld te geven: bij een vensterdikte tot 15 micron moet de benadering van de bron van alfastraling minder dan 2 mm zijn, terwijl de bron van alfadeeltjes wordt opgevat als een plutonium-239-zender met een stralingsenergie van 5 MeV. Laten we doorgaan, met de dikte van het invoervenster tot 10 micron is het mogelijk om alfadeeltjes te registreren op een afstand van maximaal 13 mm, als we een mica-venster maken tot 5 micron dik, dan wordt alfastraling geregistreerd op een afstand van 24 mm, enz. Een andere belangrijke parameter, dat rechtstreeks van invloed is op het vermogen om alfadeeltjes te detecteren, is hun energie-indicator. Als de energie van een alfadeeltje groter is dan 5 MeV, zal de registratieafstand voor de dikte van het werkvenster van welk type dan ook dienovereenkomstig toenemen, en als de energie minder is, moet de afstand worden verkleind, tot aan de volledige onmogelijkheid. van het registreren van zachte alfastraling.
E nog één belangrijk punt, waardoor het mogelijk wordt de gevoeligheid van de alfateller te vergroten, is een afname van het registratievermogen voor gammastraling. Om dit te doen, volstaat het om te minimaliseren geometrische afmetingen kathode- en gammafotonen zullen door de opnamekamer gaan zonder ionisatie te veroorzaken. Deze maatregel maakt het mogelijk om de invloed van gammastraling op ionisatie duizenden en zelfs tienduizenden keren te verminderen. Het is niet langer mogelijk om de invloed van bètastraling op de opnamekamer te elimineren, maar er is een vrij eenvoudige uitweg uit deze situatie. Eerst wordt alfa- en bètastraling van het totale type geregistreerd, vervolgens wordt een dik papieren filter geïnstalleerd en wordt er een tweede meting uitgevoerd, waarbij alleen bètadeeltjes worden geregistreerd. De hoeveelheid alfastraling wordt in dit geval berekend als het verschil tussen de totale straling en een aparte rekenindicator voor bètastraling.
Bijvoorbeeld , is het de moeite waard om de kenmerken van de moderne Beta-1-teller voor te stellen, waarmee u alfa-, bèta- en gammastraling kunt registreren. Dit zijn de indicatoren:
- het werkgebied van het gevoelige element is 7 m²/cm;
- de dikte van de micalaag is 12 micron (de effectieve detectieafstand van alfadeeltjes voor plutonium is 239, ongeveer 9 mm. Voor kobalt - 60 wordt de stralingsgevoeligheid bereikt in de orde van 144 pulsen/μR);
- efficiëntie van stralingsmeting voor alfadeeltjes - 20% (voor plutonium - 239), bètadeeltjes - 45% (voor thallium -204) en gammakwanta - 60% (voor samenstelling strontium - 90, yttrium - 90);
- de eigen achtergrond van de dosismeter is ongeveer 0,6 pulsen/s;
- De sensor is ontworpen om gammastraling te registreren met een energie in het bereik van 0,05 MeV tot 3 MeV, en bètadeeltjes met een energie van meer dan 0,1 MeV aan de ondergrens, en alfadeeltjes met een energie van 5 MeV of meer.
Afb. 10. Aan het uiteinde gemonteerde alfa-bèta-gammateller Beta-1.
NAAR Natuurlijk is er nog steeds een vrij breed scala aan tellers die zijn ontworpen voor een smallere en professioneel gebruik. Dergelijke apparaten hebben een nummer aanvullende instellingen en opties (elektrisch, mechanisch, radiometrisch, klimaat, enz.), die veel speciale termen en mogelijkheden omvatten. Wij zullen ons er echter niet op concentreren. Om tenslotte de basisprincipes van actie te begrijpen Geiger-Muller-tellers , de hierboven beschreven modellen zijn ruim voldoende.
IN Het is ook belangrijk om te vermelden dat er speciale subklassen zijn Geigertellers , die speciaal zijn ontworpen om te bepalen verschillende soorten andere straling. Bijvoorbeeld het bepalen van de hoeveelheid ultraviolette straling, het registreren en bepalen van langzame neutronen die werken volgens het principe van een corona-ontlading, en andere opties die niet direct verband houden met dit onderwerp worden niet in overweging genomen.