Contor Geiger— un dispozitiv de descărcare în gaz pentru numărarea numărului de particule ionizante care trec prin acesta. Este un condensator umplut cu gaz care se sparge atunci când o particulă ionizantă apare în volumul de gaz. Contoarele Geiger sunt detectoare (senzori) destul de populare de radiații ionizante. Până acum, inventat chiar la începutul secolului nostru pentru nevoile fizicii nucleare în curs de dezvoltare, nu există, în mod ciudat, un înlocuitor cu drepturi depline.
Designul unui contor Geiger este destul de simplu. Un recipient sigilat cu doi electrozi conține amestec de gaze, constând din neon și argon ușor ionizat. Materialul cilindrului poate fi diferit - sticlă, metal etc.
De obicei, contoarele percep radiația pe întreaga lor suprafață, dar există și cele care au o „fereastră” specială în cilindru în acest scop. Utilizarea pe scară largă a contorului Geiger-Muller se explică prin sensibilitatea sa ridicată, capacitatea de a detecta diferite radiații, simplitatea comparativă și costul redus de instalare.
Schema de conectare a contorului Geiger
Electrozilor se aplică o tensiune înaltă U (vezi figura), care în sine nu provoacă niciun fenomen de descărcare. Contorul va rămâne în această stare până când este în mediu gazos nu va apărea un centru de ionizare - o urmă de ioni și electroni generată de o particulă ionizantă care sosește din exterior. Electroni primari, accelerând câmp electric, ionizează „pe parcurs” alte molecule ale mediului gazos, generând din ce în ce mai mulți electroni și ioni. Dezvoltându-se ca o avalanșă, acest proces se încheie cu formarea unui nor de ioni de electroni în spațiul dintre electrozi, crescând semnificativ conductivitatea acestuia. În mediul gazos al contorului are loc o descărcare vizibilă (dacă recipientul este transparent) chiar și cu ochiul liber.
Procesul invers - restabilirea mediului gazos la starea sa originală în așa-numitele contoare cu halogen - are loc de la sine. Halogenii (de obicei clor sau brom), continuți în cantități mici într-un mediu gazos, intră în joc și contribuie la recombinarea intensă a sarcinilor. Dar acest proces este destul de lent. Timpul necesar pentru a restabili sensibilitatea la radiații a unui contor Geiger și ceea ce determină de fapt performanța acestuia - timpul „mort” - este principala caracteristică a pașaportului.
Astfel de contoare sunt desemnate ca contoare cu auto-stingere cu halogen. Dispunând de o tensiune de alimentare foarte scăzută, parametri buni semnal de ieșire și viteză suficient de mare, s-au dovedit a fi solicitați ca senzori de radiații ionizante în dispozitivele de monitorizare a radiațiilor de uz casnic.
Contoarele Geiger sunt capabile să detecteze cel mai mult diferite tipuri radiații ionizante - a, b, g, ultraviolete, raze X, neutroni. Dar sensibilitatea spectrală reală a contorului depinde foarte mult de designul său. Astfel, fereastra de intrare a unui contor sensibil la radiația a- și soft-b trebuie să fie destul de subțire; În acest scop, se folosește de obicei mica cu grosimea de 3...10 microni. Cilindrul contorului, care reacționează la radiațiile b- și g dure, are de obicei forma unui cilindru cu o grosime a peretelui de 0,05....0,06 mm (de asemenea servește ca catod al contorului). Fereastra de contor cu raze X este realizată din beriliu, iar fereastra de contor cu raze X este din sticlă de cuarț.
Dependența vitezei de numărare de tensiunea de alimentare într-un contor Geiger
Borul este introdus în contorul de neutroni, la interacțiunea cu care fluxul de neutroni este convertit în particule a ușor de înregistrat. Radiația fotonică - ultraviolete, raze X, radiații g - contoarele Geiger percep indirect - prin efect fotoelectric, efect Compton, efect de creare de perechi; în fiecare caz, radiația care interacționează cu substanța catodică este transformată într-un flux de electroni.
Fiecare particulă detectată de contor formează un impuls scurt în circuitul său de ieșire. Numărul de impulsuri care apar pe unitatea de timp – rata de numărare a unui contor Geiger – depinde de nivelul radiațiilor ionizante și de tensiunea electrozilor săi. Un grafic standard al ratei de numărare în funcție de tensiunea de alimentare Upit este prezentat în figura de mai sus. Aici Uns este tensiunea de pornire a numărării; Ung și Uvg sunt limitele inferioare și superioare ale secțiunii de lucru, așa-numitul platou, pe care viteza de numărare este aproape independentă de tensiunea de alimentare a contorului. Tensiunea de operare Uр este de obicei selectată la mijlocul acestei secțiuni. Ea corespunde cu Np - rata de numărare în acest mod.
Dependența vitezei de numărare de grad expunerea la radiații contorul este principala sa caracteristică. Graficul acestei dependențe este aproape liniar în natură și, prin urmare, sensibilitatea la radiații a contorului este adesea afișată în termeni de puls/μR (impulsuri per micro-roentgen; această dimensiune rezultă din raportul dintre viteza de numărare - puls/s - și nivelul de radiație - μR/s).
În cazurile în care nu este indicat, sensibilitatea la radiații a contorului trebuie determinată de celălalt parametru extrem de important al acestuia - propriul fundal. Acesta este numele ratei de numărare, al cărei factor este de două componente: extern - radiația naturală de fond și intern - radiația radionuclizilor găsiți în structura contorului în sine, precum și emisia spontană de electroni a catodului său.
Dependența ratei de numărare de energia cuantelor gamma („curs cu rigiditate”) într-un contor Geiger
încă unul caracteristica esentiala Contorul Geiger este dependența sensibilității sale la radiații de energia („duritatea”) particulelor ionizante. Măsura în care această dependență este semnificativă este prezentată de graficul din figură. „Călărit cu rigiditate” va afecta în mod evident acuratețea măsurătorilor efectuate.
Faptul că contorul Geiger este un dispozitiv de avalanșă are și dezavantajele sale - prin reacția unui astfel de dispozitiv nu se poate judeca cauza principală a excitației sale. Impulsurile de ieșire generate de un contor Geiger sub influența particulelor a, a electronilor și a cuantelor g nu sunt diferite. Particulele în sine și energiile lor dispar complet în avalanșele gemene pe care le generează.
Tabelul oferă informații despre contoarele Geiger cu halogen cu auto-stingere de producție internă, cele mai potrivite pentru aparate electrocasnice controlul radiațiilor.
| 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 — tensiune de lucru, V;
- 2 — platou — regiune de dependență scăzută a vitezei de numărare față de tensiunea de alimentare, V;
- 3 — fondul propriu al contorului, imp/s, nu mai mult;
- 4 — sensibilitatea la radiații a contorului, imp/μR (* — pentru cobalt-60);
- 5 — amplitudinea impulsului de ieșire, V, nu mai mică;
- 6 - dimensiuni, mm - diametru x lungime (lungime x latime x inaltime);
- 7.1 - radiații b - și g dure;
- 7.2 - aceeași și moale b - radiație;
- 7.3 - la fel și a - radiație;
- 7,4 - g - radiații.
Folosind un contor Geiger modern, puteți măsura nivelurile de radiații materiale de constructie, teren sau apartamente, precum și mâncare. Demonstrează probabilitatea de aproape sută la sută a unei particule încărcate, deoarece doar o pereche electron-ion este suficientă pentru a o detecta.
Tehnologia pe care este creat un dozimetru modern bazat pe un contor Geiger-Muller iti permite sa obtii rezultate de înaltă precizieîntr-o perioadă foarte scurtă de timp. Măsurarea durează nu mai mult de 60 de secunde, iar toate informațiile sunt afișate grafic și forma numerica pe ecranul dozimetrului.
Configurarea dispozitivului
Dispozitivul are capacitatea de a seta o valoare de prag atunci când aceasta este depășită, este emis un semnal sonor pentru a vă avertiza despre pericol. Selectați una dintre valorile de prag specificate în secțiunea de setări corespunzătoare. Beep-ul poate fi, de asemenea, dezactivat. Înainte de a efectua măsurători, se recomandă configurarea individuală a dispozitivului, selectarea luminozității afișajului, parametrii semnalului sonor și bateriile.
Procedura de măsurare
Selectați modul „Măsurare”, iar dispozitivul începe să evalueze situația radioactivă. După aproximativ 60 de secunde, rezultatul măsurării apare pe afișajul său, după care începe următorul ciclu de analiză. Pentru a primi rezultat exact, se recomanda efectuarea a cel putin 5 cicluri de masurare. O creștere a numărului de observații oferă citiri mai fiabile.
Pentru a măsura radiația de fundal a obiectelor, cum ar fi materialele de construcție sau produse alimentare, trebuie să activați modul „Măsurare” la o distanță de câțiva metri de obiect, apoi aduceți dispozitivul la obiect și măsurați fundalul cât mai aproape de acesta. Comparați citirile dispozitivului cu datele obținute la o distanță de câțiva metri de obiect. Diferența dintre aceste citiri este fondul de radiație suplimentar al obiectului studiat.
Dacă rezultatele măsurătorilor depășesc caracteristicile de fond natural ale zonei în care vă aflați, aceasta indică contaminarea prin radiații a obiectului studiat. Pentru a evalua contaminarea fluidelor, se recomandă să se efectueze măsurători deasupra suprafeței sale deschise. Pentru a proteja dispozitivul de umiditate, acesta trebuie învelit în folie de plastic, dar nu mai mult de un strat. Dacă dozimetrul a fost la o temperatură sub 0°C pentru o perioadă lungă de timp, înainte de a efectua măsurători, acesta trebuie păstrat la temperatura camereiîn termen de 2 ore.
Contor Geiger-Muller
D Pentru a determina nivelul de radiație se folosește dispozitiv special– . Și pentru astfel de dispozitive de monitorizare a radiațiilor de uz casnic și cele mai profesionale, Contor Geiger . Această parte a radiometrului vă permite să determinați cu exactitate nivelul de radiație.
Istoria contorului Geiger
ÎN primul, un dispozitiv pentru determinarea ratei de descompunere a materialelor radioactive, sa născut în 1908, a fost inventat de germanii fizicianul Hans Geiger . Douăzeci de ani mai târziu, împreună cu un alt fizician Walter Müller dispozitivul a fost îmbunătățit și a fost numit în onoarea acestor doi oameni de știință.
ÎN perioada de dezvoltare și formare a fizicii nucleare în fosta Uniune Sovietică, au fost create și dispozitive corespunzătoare care au fost utilizate pe scară largă în forțele armate, centrale nucleare, și în grupuri speciale de control al radiațiilor apărare civilă. Începând cu anii șaptezeci ai secolului trecut, astfel de dozimetre includeau un contor bazat pe principiile Geiger, și anume SBM-20 . Acest contor este exact ca celălalt analog al său STS-5 , este utilizat pe scară largă până în zilele noastre și face, de asemenea, parte din mijloace moderne monitorizarea radiatiilor .
Fig.1. Contor de descărcare de gaze STS-5.
Fig.2. Contor de descărcare de gaze SBM-20.
Principiul de funcționare al unui contor Geiger-Müller
ŞI Ideea de înregistrare a particulelor radioactive propusă de Geiger este relativ simplă. Se bazează pe principiul apariției impulsurilor electrice într-un mediu gaz inert sub influența unei particule radioactive foarte încărcate sau a cuantumului oscilațiilor electromagnetice. Pentru a ne concentra mai detaliat asupra mecanismului de funcționare al contorului, să ne oprim puțin asupra designului său și asupra proceselor care au loc în el atunci când o particulă radioactivă trece prin elementul sensibil al dispozitivului.
R Dispozitivul de înregistrare este un cilindru sau recipient etanș care este umplut cu un gaz inert, poate fi neon, argon etc. Un astfel de recipient poate fi realizat din metal sau sticlă, iar gazul din el este sub presiune scăzută, acest lucru se face special pentru a simplifica procesul de înregistrare a unei particule încărcate. În interiorul recipientului sunt doi electrozi (catod și anod) cărora li se aplică tensiune înaltă. DC printr-un rezistor special de sarcină.
Fig.3. Dispozitiv și schema de circuit pentru pornirea unui contor Geiger.
P Când contorul este activat într-un mediu cu gaz inert, nu are loc nicio descărcare pe electrozi din cauza rezistenței mari a mediului, situația se schimbă însă dacă o particulă radioactivă sau un cuantum de oscilații electromagnetice intră în camera elementului sensibil al dispozitiv. În acest caz, o particulă având o încărcătură de energie suficient de mare elimină un anumit număr de electroni din mediul imediat, adică. din elementele carcasei sau fizic electrozii înșiși. Astfel de electroni, odată aflați într-un mediu de gaz inert, sunt expuși înaltă tensiuneîntre catod și anod, începeți să se deplaseze spre anod, ionizând moleculele acestui gaz pe parcurs. Ca rezultat, ei scot electronii secundari din moleculele de gaz, iar acest proces crește la scară geometrică până când apare o defalcare între electrozi. Într-o stare de descărcare, circuitul se închide pentru o perioadă foarte scurtă de timp, iar acest lucru determină un salt de curent în rezistorul de sarcină, iar acest salt face posibilă înregistrarea trecerii unei particule sau cuantum prin camera de înregistrare.
T Acest mecanism face posibilă înregistrarea unei particule, totuși, într-un mediu în care radiațiile ionizante sunt destul de intense, este necesară o întoarcere rapidă a camerei de înregistrare la poziția inițială pentru a putea determina particule radioactive noi . Acest lucru se realizează prin doi în diverse moduri. Primul dintre ele este de a opri alimentarea cu tensiune electrozilor pentru o perioadă scurtă de timp, în acest caz, ionizarea gazului inert se oprește brusc, iar pornirea camerei de testare vă permite să începeți înregistrarea de la început. Acest tip de contor se numește dozimetre care nu se autosting . Al doilea tip de dispozitiv, și anume dozimetrele cu autostingere, principiul lor de funcționare este acela de a adăuga în mediul gazos inert aditivi speciali pe bază de diverse elemente, de exemplu, brom, iod, clor sau alcool. În acest caz, prezența lor duce automat la încetarea descărcării. Cu această structură a camerei de testare, rezistențele uneori de câteva zeci de megaohmi sunt folosite ca rezistență de sarcină. Acest lucru face posibilă reducerea drastică a diferenței de potențial la capetele catodului și anodului în timpul descărcării, ceea ce oprește procesul de conducție a curentului și camera revine la starea inițială. Este de remarcat faptul că o tensiune pe electrozi mai mică de 300 de volți încetează automat menținerea descărcării.
Întregul mecanism descris vă permite să vă înregistrați cantitate uriașă particule radioactive într-o perioadă scurtă de timp.
Tipuri de radiații radioactive
H pentru a înțelege ce anume este înregistrat Contoare Geiger–Muller , merită să ne gândim la ce tipuri există. Merită menționat imediat că contoarele de descărcare de gaze, care fac parte din majoritatea dozimetrelor moderne, sunt capabile doar să înregistreze numărul de particule sau cuante încărcate radioactive, dar nu pot determina nici caracteristicile energetice ale acestora, nici tipul de radiație. În acest scop, dozimetrele sunt mai multifuncționale și mai orientate, iar pentru a le compara corect, capabilitățile lor ar trebui înțelese mai precis.
P Conform conceptelor moderne ale fizicii nucleare, radiațiile pot fi împărțite în două tipuri, primul sub formă câmp electromagnetic , al doilea în formă fluxul de particule (radiații corporale). Primul tip include flux de particule gamma sau radiații cu raze X . Caracteristica lor principală este capacitatea de a se propaga sub formă de unde pe distanțe foarte mari, în timp ce trec destul de ușor prin diverse obiecte și pot pătrunde cu ușurință cel mai mult. diverse materiale. De exemplu, dacă o persoană trebuie să se ascundă de un flux de raze gamma, din cauza explozie nucleară, apoi refugiindu-se in subsolul unei case sau al unui adapost antibombe, cu conditia sa fie relativ etans, el se va putea proteja de acest tip de radiatii doar cu 50 la suta.
Fig.4. Cuante de raze X și radiații gamma.
T Acest tip de radiație este de natură pulsată și se caracterizează prin propagare în mediu sub formă de fotoni sau cuante, adică clipiri scurte radiatii electromagnetice. O astfel de radiație poate avea caracteristici de energie și frecvență diferite, de exemplu, radiația de raze X are o frecvență de mii de ori mai mică decât razele gamma. De aceea Razele gamma sunt mult mai periculoase pentru corpul uman și impactul lor este mult mai distructiv.
ŞI radiațiile bazate pe principiul corpuscular sunt particule alfa și beta (corpusculi). Ele apar ca urmare a unei reacții nucleare în care unii izotopi radioactivi sunt transformați în alții, eliberând o cantitate colosală de energie. În acest caz, particulele beta reprezintă un flux de electroni, iar particulele alfa sunt formațiuni semnificativ mai mari și mai stabile, constând din doi neutroni și doi protoni legați unul de celălalt. De fapt, nucleul unui atom de heliu are această structură, astfel încât se poate argumenta că fluxul de particule alfa este un flux de nuclee de heliu.
Se acceptă următoarea clasificare , particulele alfa au cea mai mică putere de penetrare pentru a se proteja de ele, cartonul gros este suficient pentru ca o persoană să aibă o putere de penetrare mai mare pentru a se proteja de fluxul unei astfel de radiații; nevoie protectie metalica grosime de câțiva milimetri (de exemplu, tablă de aluminiu). Practic, nu există protecție împotriva cuantelor gamma și se propagă pe distanțe considerabile, estompând pe măsură ce se îndepărtează de epicentru sau sursă și respectând legile de propagare a undelor electromagnetice.
Fig.5. Particule radioactive de tip alfa și beta.
LA Cantitatea de energie pe care o posedă toate cele trei tipuri de radiații este, de asemenea, diferită, iar fluxul de particule alfa are cel mai mare dintre ele. De exemplu, Energia deținută de particulele alfa este de șapte mii de ori mai mare decât energia particulelor beta , adică putere de pătrundere diverse tipuri radiațiile sunt în spate dependență proporțională asupra capacităţii lor de pătrundere.
D Pentru corpul uman, este considerat cel mai periculos tip de radiație radioactivă cuante gamma , datorită puterii mari de penetrare, iar apoi în ordine descrescătoare, particulele beta și particulele alfa. Prin urmare, este destul de dificil să se determine particulele alfa, chiar dacă este imposibil de spus cu un contor convențional Geiger-Muller, deoarece aproape orice obiect este un obstacol pentru ei, ca să nu mai vorbim de un recipient din sticlă sau metal. Este posibil să se detecteze particule beta cu un astfel de contor, dar numai dacă energia lor este suficientă pentru a trece prin materialul containerului contor.
Pentru particulele beta cu energie scăzută, un contor convențional Geiger-Müller este ineficient.
DESPRE Situația este similară cu radiațiile gamma, există posibilitatea ca acestea să treacă prin recipient fără a începe reacția de ionizare. Pentru a face acest lucru, un ecran special (din oțel dens sau plumb) este instalat în contoare, ceea ce face posibilă reducerea energiei razelor gamma și, astfel, activarea descărcarii în camera de contor.
Caracteristici de bază și diferențe ale contoarelor Geiger–Müller
CU De asemenea, merită evidențiate câteva caracteristici de bază și diferențe între diferitele dozimetre echipate contoare Geiger-Muller cu descărcare în gaz. Pentru a face acest lucru, ar trebui să comparați unele dintre ele.
Cele mai comune contoare Geiger–Müller sunt echipate cilindric sau senzori de capăt. Cilindricele sunt similare cu un cilindru alungit sub forma unui tub cu o rază mică. Camera de ionizare finală are o formă rotundă sau dreptunghiulară dimensiuni mici, dar cu o suprafață de lucru finală semnificativă. Uneori există varietăți de camere de capăt cu un tub cilindric alungit cu o fereastră mică de intrare cu partea de capăt. Diferite configurații de contoare, și anume camerele în sine, sunt capabile să se înregistreze diferite tipuri radiații sau combinații ale acestora (de exemplu, combinații de raze gamma și beta, sau întregul spectru alfa, beta și gamma). Acest lucru devine posibil datorită designului special conceput al corpului contorului, precum și materialului din care este fabricat.
E o altă componentă importantă pentru utilizare prevăzută contracarează acest lucru zona elementului de detectare a intrării și zona de lucru . Cu alte cuvinte, acesta este sectorul prin care vor intra și vor fi înregistrate particulele radioactive de interes pentru noi. Cu cât această zonă este mai mare, cu atât contorul va putea capta mai multe particule și va fi mai mare sensibilitatea sa la radiații. Datele pașaportului indică suprafața de lucru, de obicei în centimetri pătrați.
E Un alt indicator important care este indicat în caracteristicile dozimetrului este magnitudinea zgomotului (măsurată în impulsuri pe secundă). Cu alte cuvinte, acest indicator poate fi numit valoarea propriului fundal. Poate fi determinat într-un cadru de laborator prin plasarea dispozitivului într-o cameră sau cameră bine protejată, de obicei cu pereți groși de plumb, și înregistrând nivelul de radiație pe care dispozitivul însuși îl emite. Este clar că dacă un astfel de nivel este suficient de semnificativ, atunci aceste zgomote induse vor afecta direct erorile de măsurare.
Fiecare profesionist și radiație are o caracteristică precum sensibilitatea la radiații, măsurată și în impulsuri pe secundă (imp/s), sau în impulsuri pe micro-roentgen (imp/μR). Acest parametru, sau mai degrabă utilizarea sa, depinde direct de sursa de radiații ionizante la care este reglat contorul și față de care vor fi efectuate măsurători ulterioare. Adesea, reglarea se face folosind surse care includ materiale radioactive precum radiu - 226, cobalt - 60, cesiu - 137, carbon - 14 și altele.
E Un alt indicator prin care merită să comparați dozimetrele este eficiența detectării radiațiilor ionice sau particule radioactive. Existența acestui criteriu se datorează faptului că nu vor fi înregistrate toate particulele radioactive care trec prin elementul sensibil al dozimetrului. Acest lucru se poate întâmpla în cazul în care cuantumul radiației gamma nu a provocat ionizare în camera de contor sau numărul de particule care au trecut și au cauzat ionizarea și descărcarea este atât de mare încât dispozitivul nu le numără în mod adecvat și din alte motive. . Pentru a determina cu exactitate această caracteristică un dozimetru specific, este testat folosind unele surse radioactive, de exemplu, plutoniu-239 (pentru particule alfa) sau taliu - 204, stronțiu - 90, ytriu - 90 (emițător beta), precum și alte materiale radioactive.
CU Următorul criteriu pe care să ne concentrăm este gama de energii înregistrate . Orice particulă radioactivă sau cuantum de radiație are o caracteristică energetică diferită. Prin urmare, dozimetrele sunt concepute pentru a măsura nu numai un anumit tip de radiație, ci și caracteristica energetică corespunzătoare. Acest indicator este măsurat în megaelectronvolți sau kiloelectronvolți (MeV, KeV). De exemplu, dacă particulele beta nu au suficientă energie, atunci ele nu vor putea elimina un electron din contracamera și, prin urmare, nu vor fi detectate, sau numai particulele alfa de înaltă energie vor putea străpunge materialul. a carcasei contorului Geiger-Müller și elimină electronul.
ŞI pe baza tuturor celor de mai sus, producatori moderni Dozimetrele de radiații produc o gamă largă de dispozitive pentru diverse scopuri și industrii specifice. Prin urmare, merită să luați în considerare tipuri specifice de contoare Geiger.
Diverse opțiuni Contoare Geiger–Muller
P Prima versiune a dozimetrelor sunt dispozitive concepute pentru a înregistra și detecta fotonii gamma și radiațiile beta de înaltă frecvență (hard). Aproape toate cele produse anterior și cele moderne, atât cele de uz casnic, de exemplu: cât și dozimetrele profesionale de radiații, de exemplu: , sunt proiectate pentru acest domeniu de măsurare. O astfel de radiație are suficientă energie și putere mare de penetrare pentru ca camera de contor Geiger să le înregistreze. Astfel de particule și fotoni pătrund cu ușurință în pereții contorului și provoacă procesul de ionizare, iar acest lucru este ușor de înregistrat de către umplutura electronica dozimetru.
D Contoare populare precum SBM-20 , având un senzor sub forma unui tub de balon cilindric cu un catod și un anod de sârmă coaxială. Mai mult, pereții tubului senzori servesc simultan ca catod și carcasă și sunt fabricați din oţel inoxidabil. Acest contor are următoarele caracteristici:
- aria zonei de lucru a elementului sensibil este de 8 centimetri pătrați;
- sensibilitatea radiațiilor la radiațiile gamma este de aproximativ 280 impulsuri/s, sau 70 impulsuri/μR (testarea a fost efectuată pentru cesiu - 137 la 4 μR/s);
- fondul propriu al dozimetrului este de aproximativ 1 puls/s;
- Senzorul este proiectat să înregistreze radiația gamma cu o energie în intervalul de la 0,05 MeV la 3 MeV și particulele beta cu o energie de 0,3 MeV la limita inferioară.
Fig.6. Dispozitiv de contor Geiger SBM-20.
U Au existat diverse modificări ale acestui contor, de exemplu, SBM-20-1 sau SBM-20U , care au caracteristici similare, dar diferă în proiectarea fundamentală a elementelor de contact și a circuitului de măsurare. Alte modificări ale acestui contor Geiger-Müller, și acestea sunt SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, au, de asemenea, parametri similari, multe dintre ele se găsesc în dozimetrele de radiații de uz casnic, care pot fi găsite astăzi în magazine. .
CU Următorul grup de dozimetre de radiații este proiectat să înregistreze fotoni gamma și raze X . Dacă vorbim despre acuratețea unor astfel de dispozitive, trebuie înțeles că fotonii și radiațiile gamma sunt cuante de radiații electromagnetice care se mișcă cu viteza luminii (aproximativ 300.000 km/s), așa că înregistrarea unui astfel de obiect pare a fi destul de dificilă. sarcină.
Eficiența de funcționare a unor astfel de contoare Geiger este de aproximativ unu la sută.
H Pentru a o mări, este necesară o creștere a suprafeței catodului. În esență, sunt înregistrate razele gamma cale indirectă, datorită electronilor pe care îi elimină, care participă ulterior la ionizarea gazului inert. Pentru a promova acest fenomen cât mai eficient posibil, materialul și grosimea pereților contracamerei, precum și dimensiunile, grosimea și materialul catodului sunt special selectate. Aici, o grosime și o densitate mare a materialului pot reduce sensibilitatea camerei de înregistrare, iar prea mic va permite radiației beta de înaltă frecvență să pătrundă cu ușurință în cameră și, de asemenea, va crește cantitatea de zgomot de radiație natural pentru dispozitiv, care va îneca acuratețea determinării cuantelor gamma. Desigur, proporțiile exacte sunt selectate de producători. De fapt, pe acest principiu, dozimetrele sunt fabricate pe baza Contoare Geiger–Muller pentru determinarea directă a radiațiilor gamma pe sol, în timp ce un astfel de dispozitiv exclude posibilitatea de a determina orice alte tipuri de radiații și expunere radioactivă, ceea ce face posibilă determinarea cu precizie a contaminării cu radiații și a nivelului de impact negativ asupra oamenilor numai de radiațiile gamma.
ÎN În dozimetrele casnice, care sunt echipate cu senzori cilindrici, sunt instalate următoarele tipuri: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 și multe altele . În plus, în unele tipuri, este instalat un filtru special pe fereastra de intrare, de capăt, sensibilă, care servește în mod special pentru a tăia particulele alfa și beta și, în plus, mărește aria catodului pentru o determinare mai eficientă a razelor gamma. Astfel de senzori includ Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M și alții.
H Pentru a înțelege mai clar principiul funcționării lor, merită să aruncați o privire mai atentă la unul dintre aceste contoare. De exemplu, un contor final cu un senzor Beta – 2M , care are o fereastră de lucru rotunjită de aproximativ 14 centimetri pătrați. În acest caz, sensibilitatea la radiații la cobalt-60 este de aproximativ 240 de impulsuri/μR. Acest tip de contor are un autozgomot foarte scăzut , care nu este mai mult de 1 puls pe secundă. Acest lucru este posibil datorită camerei de plumb cu pereți groși, care, la rândul său, este proiectată să înregistreze radiația fotonică cu energii în intervalul de la 0,05 MeV la 3 MeV.
Fig.7. Contor gamma final Beta-2M.
Pentru a determina radiația gamma, este foarte posibil să se utilizeze contoare pentru impulsuri gamma-beta, care sunt concepute pentru a înregistra particule beta dure (de înaltă frecvență și energie înaltă) și cuante gamma. De exemplu, modelul SBM - 20. Dacă în acest model de dozimetru doriți să excludeți înregistrarea particulelor beta, atunci pentru a face acest lucru este suficient să instalați un ecran de plumb sau un scut de orice alt material metalic(ecranul de plumb este mai eficient). Aceasta este cea mai comună metodă folosită de majoritatea dezvoltatorilor atunci când creează contoare gamma și cu raze X.
Înregistrarea radiațiilor beta „moale”.
LA După cum am menționat deja, înregistrarea radiațiilor beta moale (radiații cu caracteristici energetice scăzute și o frecvență relativ scăzută) este o sarcină destul de dificilă. Pentru a face acest lucru, este necesar să se asigure posibilitatea unei pătrunderi mai ușoare în camera de înregistrare. În aceste scopuri, un subțire special fereastra de lucru, realizată de obicei din mica sau peliculă polimerică, care practic nu creează obstacole în calea pătrunderii radiațiilor beta de acest tip în camera de ionizare. În acest caz, corpul senzorului însuși poate acționa ca catod, iar anodul este un sistem de electrozi liniari care sunt distribuiți uniform și montați pe izolatori. Fereastra de înregistrare este realizată în versiunea finală, iar în acest caz doar o peliculă subțire de mica intervine în calea particulelor beta. În dozimetrele cu astfel de contoare, radiațiile gamma sunt înregistrate ca aplicație și, de fapt, ca oportunitate suplimentară. Și dacă doriți să scăpați de înregistrarea cuantelor gamma, atunci este necesar să minimizați suprafața catodului.
Fig.8. Dispozitiv al unui contor Geiger montat la capăt.
CU Este de remarcat faptul că contoarele pentru determinarea particulelor beta moi au fost create cu destul de mult timp în urmă și au fost utilizate cu succes în a doua jumătate a secolului trecut. Dintre aceștia, cei mai des întâlniți au fost senzori precum SBT10 Şi SI8B , care avea ferestre de lucru din mica cu pereți subțiri. Mai mult versiunea modernă un astfel de dispozitiv Beta-5 are o suprafață de lucru a ferestrei de aproximativ 37 mp/cm, de formă dreptunghiulară din material mica. Pentru astfel de dimensiuni ale elementului sensibil, dispozitivul este capabil să înregistreze aproximativ 500 de impulsuri/μR, dacă este măsurat cu cobalt - 60. În același timp, eficiența de detectare a particulelor este de până la 80 la sută. Alți indicatori ai acestui dispozitiv sunt următorii: zgomotul propriu este de 2,2 impulsuri/s, domeniul de detectare a energiei este de la 0,05 la 3 MeV, în timp ce pragul inferior pentru determinarea radiației beta moale este de 0,1 MeV.
Fig.9. Încheiați contorul beta-gamma Beta-5.
ŞI Desigur, merită menționat Contoare Geiger–Muller, capabil să detecteze particule alfa. Dacă înregistrarea radiației beta moale pare a fi o sarcină destul de dificilă, atunci detectarea unei particule alfa, chiar și a uneia cu indicatori de energie mari, este o sarcină și mai dificilă. Această problemă poate fi rezolvată doar prin reducerea adecvată a grosimii ferestrei de lucru la o grosime care va fi suficientă pentru trecerea unei particule alfa în camera de înregistrare a senzorului, precum și prin aducerea aproape completă a ferestrei de intrare mai aproape de sursă de radiație a particulelor alfa. Această distanță ar trebui să fie de 1 mm. Este clar că un astfel de dispozitiv va înregistra automat orice alte tipuri de radiații și, în plus, cu suficientă randament ridicat. Există atât o latură pozitivă, cât și o parte negativă:
Pozitiv – un astfel de dispozitiv poate fi utilizat pentru cea mai largă gamă de analiză a radiațiilor radioactive
Negativ – datorită sensibilității crescute, va apărea o cantitate semnificativă de zgomot, ceea ce va complica analiza datelor de înregistrare primite.
LA În plus, o fereastră de lucru în mica prea subțire, deși crește capacitățile contorului, este, totuși, în detrimentul rezistenta mecanicași etanșeitatea camerei de ionizare, mai ales că fereastra în sine are suficientă suprafata mare suprafata de lucru. Pentru comparație, în contoarele SBT10 și SI8B, pe care le-am menționat mai sus, cu o suprafață de lucru a ferestrei de aproximativ 30 mp/cm, grosimea stratului de mică este de 13 - 17 microni și cu grosimea necesară pentru înregistrare. particule alfa de 4-5 microni, intrarea în fereastră poate fi făcută doar nu mai mult de 0,2 sq/cm, despre care vorbim despre contorul SBT9.
DESPRE Cu toate acestea, grosimea mare a ferestrei de lucru de înregistrare poate fi compensată de apropierea de obiectul radioactiv și invers, cu o grosime relativ mică a ferestrei de mică, devine posibilă înregistrarea unei particule alfa la o distanță mai mare de 1 - 2 mm. Merită să dați un exemplu: cu o grosime a ferestrei de până la 15 microni, apropierea de sursa de radiație alfa ar trebui să fie mai mică de 2 mm, în timp ce sursa de particule alfa este înțeleasă ca un emițător de plutoniu-239 cu o energie de radiație. de 5 MeV. Să continuăm, cu grosimea ferestrei de intrare de până la 10 microni, este posibil să se înregistreze particule alfa la o distanță de până la 13 mm, dacă facem o fereastră de mică grosime de până la 5 microni, atunci radiația alfa va fi înregistrată la o distanță de 24 mm etc. Altul parametru important, care afectează direct capacitatea de a detecta particulele alfa, este indicatorul lor de energie. Dacă energia unei particule alfa este mai mare de 5 MeV, atunci distanța de înregistrare pentru grosimea ferestrei de lucru de orice tip va crește în mod corespunzător, iar dacă energia este mai mică, atunci distanța trebuie redusă, până la imposibilitatea completă. de înregistrare a radiațiilor alfa moi.
E încă unul punct important, care face posibilă creșterea sensibilității contorului alfa, este o scădere a capacității de înregistrare a radiațiilor gamma. Pentru a face acest lucru, este suficient să minimizați dimensiuni geometrice catod, iar fotonii gamma vor trece prin camera de înregistrare fără a provoca ionizare. Această măsură face posibilă reducerea influenței razelor gamma asupra ionizării de mii și chiar de zeci de mii de ori. Nu mai este posibil să se elimine influența radiației beta asupra camerei de înregistrare, dar există o cale destul de simplă de ieșire din această situație. Mai întâi, se înregistrează radiațiile alfa și beta de tip total, apoi se instalează un filtru de hârtie groasă și se face o a doua măsurătoare, care va înregistra doar particule beta. Cantitatea de radiație alfa în acest caz este calculată ca diferență între radiația totală și un indicator de calcul separat pentru radiația beta.
De exemplu , merită să propunem caracteristicile contorului modern Beta-1, care vă permite să înregistrați radiațiile alfa, beta și gama. Aceștia sunt indicatorii:
- aria zonei de lucru a elementului sensibil este de 7 mp/cm;
- grosimea stratului de mica este de 12 microni, (distanta efectiva de detectie a particulelor alfa pentru plutoniu este de 239, aproximativ 9 mm. Pentru cobalt - 60, sensibilitatea la radiatii se realizeaza de ordinul a 144 impulsuri/μR);
- eficiența măsurării radiațiilor pentru particulele alfa - 20% (pentru plutoniu - 239), particulele beta - 45% (pentru taliu -204) și cuante gamma - 60% (pentru compoziție stronțiu - 90, ytriu - 90);
- fondul propriu al dozimetrului este de aproximativ 0,6 impulsuri/s;
- Senzorul este proiectat să înregistreze radiația gamma cu o energie în intervalul de la 0,05 MeV până la 3 MeV și particule beta cu o energie mai mare de 0,1 MeV la limita inferioară și particule alfa cu o energie de 5 MeV sau mai mult.
Fig. 10. Contor alfa-beta-gamma montat la capăt Beta-1.
LA Desigur, există încă o gamă destul de largă de contoare care sunt concepute pentru o mai îngustă și uz profesional. Astfel de dispozitive au un număr setări suplimentareși opțiuni (electrice, mecanice, radiometrice, climatice etc.), care includ mulți termeni și capabilități speciale. Cu toate acestea, nu ne vom concentra asupra lor. La urma urmei, pentru a înțelege principiile de bază ale acțiunii Contoare Geiger–Muller , modelele descrise mai sus sunt destul de suficiente.
ÎN De asemenea, este important de menționat că există subclase speciale Contoare Geiger , care sunt special concepute pentru a determina diverse tipuri alte radiații. De exemplu, pentru a determina cantitatea de radiație ultravioletă, pentru a înregistra și determina neutroni lenți care funcționează pe principiul unei descărcări corona și alte opțiuni care nu sunt direct legate de acest subiect nu vor fi luate în considerare.