Structura și principiul de funcționare al unui contor Geiger–Müller
ÎN Recent, atenția acordată siguranței radiațiilor din partea cetățenilor de rând din țara noastră a crescut din ce în ce mai mult. Și acest lucru este legat nu numai de evenimentele tragice de la centrala nucleară de la Cernobîl și de consecințele ei ulterioare, ci și de diverse tipuri de incidente care au loc periodic într-un loc sau altul de pe planetă. În acest sens, la sfârșitul secolului trecut, au început să apară dispozitive monitorizarea dozimetrică a radiațiilor în uz casnic. Și astfel de dispozitive au salvat mulți oameni nu numai sănătatea lor, ci uneori viețile lor, iar acest lucru se aplică nu numai teritoriilor adiacente zonei de excludere. Prin urmare, problemele de siguranță împotriva radiațiilor sunt relevante oriunde în țara noastră până în prezent.
ÎN Toate dozimetrele de uz casnic și aproape toate profesionale moderne sunt echipate cu . În alt mod, poate fi numit elementul sensibil al dozimetrului. Acest dispozitiv a fost inventat în 1908 de către fizicianul german Hans Geiger, iar douăzeci de ani mai târziu, această dezvoltare a fost îmbunătățită de un alt fizician Walter Muller, iar principiul acestui dispozitiv este folosit până în zilele noastre.
N Unele dozimetre moderne au patru contoare simultan, ceea ce face posibilă creșterea preciziei măsurătorii și a sensibilității dispozitivului, precum și reducerea timpului de măsurare. Majoritatea contoarelor Geiger-Muller sunt capabile să detecteze radiațiile gamma, radiațiile beta de înaltă energie și razele X. Cu toate acestea, există dezvoltări speciale pentru determinarea particulelor alfa de înaltă energie. Pentru a configura dozimetrul să detecteze doar radiația gamma, cea mai periculoasă dintre cele trei tipuri de radiații, camera sensibilă este acoperită cu o carcasă specială din plumb sau alt oțel, ceea ce face posibilă întreruperea pătrunderii particulelor beta în tejghea.
ÎN În dozimetrele moderne pentru uz casnic și profesional, senzori precum SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1 sunt utilizați pe scară largă. Ele diferă dimensiunile per total camere și alți parametri, linia de 20 de senzori se caracterizează prin următoarele dimensiuni: lungime 110 mm, diametru 11 mm, iar pentru al 21-lea model, lungime 20-22 mm cu diametrul 6 mm. Este important de înțeles că, cu cât camera este mai mare, cu atât este mai mare numărul de elemente radioactive care vor zbura prin ea și o sensibilitate și precizie mai mari. Deci, pentru a 20-a serie de senzori, dimensiunile sunt de 8-10 ori mai mari decât pentru a 21-a și vom avea o diferență de sensibilitate în aproximativ aceleași proporții.
LA Designul unui contor Geiger poate fi descris schematic după cum urmează. Un senzor constând dintr-un recipient cilindric în care un gaz inert (de exemplu, argon, neon sau amestecuri ale acestora) este pompat sub presiune minimă pentru a facilita apariția unei descărcări electrice între catod și anod. Catodul, cel mai adesea, este întregul corp metalic al senzorului sensibil, iar anodul este un mic fir plasat pe izolatori. Uneori, catodul este învelit suplimentar într-o carcasă de protecție din oțel inoxidabil sau plumb, acest lucru se face pentru a configura contorul să detecteze doar raze gamma.
D la uz casnic, în prezent, cei mai des sunt utilizați senzori de capăt (de exemplu, Beta-1, Beta-2). Astfel de contoare sunt proiectate în așa fel încât să fie capabile să detecteze și să înregistreze chiar și particulele alfa. Un astfel de contor este un cilindru plat cu electrozi amplasați în interior și o fereastră de intrare (de lucru) din peliculă de mică grosime de doar 12 microni. Acest design face posibilă detectarea (la distanță apropiată) particulelor alfa de înaltă energie și particulelor beta cu energie scăzută. În acest caz, aria ferestrei de lucru a contoarelor Beta-1 și Beta 1-1 este de 7 cm². Zona ferestrei de lucru cu mica pentru dispozitivul Beta-2 este de 2 ori mai mare decât cea a Beta-1, poate fi folosită pentru a determina etc.
E Dacă vorbim despre principiul de funcționare al camerei de contor Geiger, acesta poate fi descris pe scurt după cum urmează. Când este activat, o tensiune înaltă (aproximativ 350 - 475 volți) este aplicată catodului și anodului printr-un rezistor de sarcină, dar nu are loc nicio descărcare între ele datorită gazului inert care servește ca dielectric. Când intră în cameră, energia sa este suficientă pentru a elimina un electron liber din materialul corpului sau catodului camerei, acest electron, ca o avalanșă, începe să elimine electronii liberi din gazul inert din jur și are loc ionizarea acestuia; duce în cele din urmă la o descărcare între electrozi. Circuitul este închis și acest fapt poate fi înregistrat utilizând microcircuitul dispozitivului, care este faptul de a detecta fie o radiație cuantică gamma, fie o radiație cu raze X. Camera se resetează apoi, permițând detectarea următoarei particule.
H Pentru a opri procesul de descărcare în cameră și pentru a pregăti camera pentru înregistrarea următoarei particule, există două moduri, una dintre ele se bazează pe faptul că alimentarea cu tensiune a electrozilor este oprită pentru o perioadă foarte scurtă de timp, ceea ce se oprește. procesul de ionizare a gazelor. A doua metodă se bazează pe adăugarea unei alte substanțe la gazul inert, de exemplu, iod, alcool și alte substanțe, și acestea conduc la o scădere a tensiunii la electrozi, ceea ce oprește, de asemenea, procesul de ionizare ulterioară și camera devine capabilă. pentru a detecta următorul element radioactiv. La aceasta metoda Se folosește o rezistență de sarcină de mare capacitate.
P numărul de descărcări din camera contorului și se poate aprecia nivelul de radiație în zona măsurată sau de la un anumit obiect.
Fie că ne place sau nu, radiațiile au intrat ferm în viața noastră și nu vor dispărea. Trebuie să învățăm să trăim cu acest fenomen, care este atât util, cât și periculos. Radiațiile se manifestă ca radiații invizibile și imperceptibile, iar fără dispozitive speciale este imposibil să le detectezi.
O mică istorie a radiațiilor
Raze X au fost descoperite în 1895. Un an mai târziu, a fost descoperită radioactivitatea uraniului, tot în legătură cu razele X. Oamenii de știință și-au dat seama că se confruntă cu fenomene naturale complet noi, nevăzute până acum. Este interesant că fenomenul radiațiilor a fost observat cu câțiva ani mai devreme, dar nu i s-a acordat nicio importanță, deși Nikola Tesla și alți lucrători ai laboratorului Edison au primit arsuri de la raze X. Daunele aduse sănătății erau atribuite oricărui lucru, dar nu razelor, pe care ființele vii nu le întâlniseră niciodată în asemenea doze. La începutul secolului al XX-lea au început să apară articole despre efectele nocive ale radiațiilor asupra animalelor. Nici acestui lucru nu i s-a acordat nicio importanță până la povestea senzațională cu „fetele de la radio” - muncitori ai unei fabrici care producea ceas luminos. Ei doar uda periile cu vârful limbii. Soarta cumplită a unora dintre ei nici măcar nu a fost publicată, din motive etice, și a rămas un test doar pentru nervii puternici ai medicilor.
În 1939, fizicianul Lise Meitner, care, împreună cu Otto Hahn și Fritz Strassmann, aparține oamenilor care au fost primii din lume care au împărțit nucleul de uraniu, a scos din neatenție posibilitatea unei reacții în lanț și, din acel moment, un A început reacția în lanț de idei despre crearea unei bombe, și anume o bombă, și deloc „atomul pașnic”, pentru care politicienii însetați de sânge ai secolului al XX-lea, desigur, nu ar fi dat un ban. Cei care erau „în știință” știau deja la ce va duce acest lucru și a început cursa înarmărilor atomice.
Cum a apărut contorul Geiger-Müller?
Fizicianul german Hans Geiger, care a lucrat în laboratorul lui Ernst Rutherford, în 1908, a propus principiul funcționării unui contor de „particule încărcate” ca o dezvoltare ulterioară a camerei de ionizare deja cunoscută, care era un condensator electric umplut cu gaz la nivel scăzut. presiune. A fost folosit de Pierre Curie în 1895 pentru a studia proprietățile electrice ale gazelor. Geiger a avut ideea să-l folosească pentru a detecta radiațiile ionizante tocmai pentru că aceste radiații au avut un efect direct asupra gradului de ionizare a gazului.
În 1928, Walter Müller, sub conducerea lui Geiger, a creat mai multe tipuri de contoare de radiații menite să înregistreze diferite particule ionizante. Crearea de contoare era o nevoie foarte urgentă, fără de care era imposibil să se continue studiul materialelor radioactive, deoarece fizica, ca știință experimentală, este de neconceput fără instrumente de masura. Geiger și Müller au lucrat intenționat pentru a crea contoare care să fie sensibile la fiecare dintre tipurile de radiații care au fost descoperite: α, β și γ (neutronii au fost descoperiți abia în 1932).
Contorul Geiger-Muller s-a dovedit a fi un detector de radiații simplu, fiabil, ieftin și practic. Deși nu este cel mai precis instrument de cercetare specii individuale particule sau radiații, dar este extrem de potrivit ca instrument pentru măsurarea generală a intensității radiațiilor ionizante. Și în combinație cu alți detectoare, este folosit de fizicieni pentru măsurători precise în timpul experimentelor.
Radiații ionizante
Pentru a înțelege mai bine funcționarea unui contor Geiger-Muller, este util să aveți o înțelegere a radiațiilor ionizante în general. Prin definiție, acestea includ orice poate provoca ionizarea unei substanțe în starea sa normală. Acest lucru necesită o anumită cantitate de energie. De exemplu, undele radio sau chiar lumina ultravioletă nu sunt radiații ionizante. Granița începe cu „ultravioletul dur”, cunoscut și sub numele de „raze X moi”. Acest tip este un tip de radiație fotonică. Fotonii de înaltă energie sunt de obicei numiți cuante gamma.
Ernst Rutherford a fost primul care a împărțit radiațiile ionizante în trei tipuri. Acest lucru a fost realizat pe o configurație experimentală folosind camp magneticîn vid. Mai târziu s-a dovedit că acesta este:
α - nuclee ale atomilor de heliu
β - electroni de înaltă energie
γ - cuante gamma (fotoni)
Mai târziu au fost descoperiți neutroni. Particulele alfa sunt ușor blocate chiar și de hârtia obișnuită, particulele beta au o putere de penetrare puțin mai mare, iar razele gamma au cea mai mare putere de penetrare. Neutronii sunt cei mai periculoși (la o distanță de până la multe zeci de metri în aer!). Datorită neutralității lor electrice, ele nu interacționează cu învelișurile de electroni ale moleculelor substanței. Dar odată ce ajung în nucleul atomic, a cărui probabilitate este destul de mare, duc la instabilitatea și degradarea acestuia, cu formarea, de regulă, de izotopi radioactivi. Și cei, la rândul lor, în descompunere, formează ei înșiși întregul „buchet” de radiații ionizante. Cel mai rău lucru este că un obiect iradiat sau un organism viu devine în sine o sursă de radiații pentru multe ore și zile.
Designul unui contor Geiger-Muller și principiul său de funcționare
Un contor de descărcare de gaze Geiger-Muller este realizat de obicei sub forma unui tub etanș, din sticlă sau metal, din care aerul este evacuat, iar în schimb se adaugă un gaz inert (neon sau argon sau un amestec al ambelor) la presiune scăzută. , cu un amestec de halogeni sau alcool. Tensionat de-a lungul axei tubului sârmă subțire, iar un cilindru metalic este situat coaxial cu acesta. Atât tubul, cât și firul sunt electrozi: tubul este catodul, iar firul este anodul. Un minus de la o sursă de tensiune constantă este conectat la catod, iar un plus de la o sursă de tensiune constantă este conectat la anod printr-o rezistență constantă mare. Electric se obține un divizor de tensiune, la mijlocul căruia (joncțiunea rezistenței și anodul contorului) tensiunea este aproape egală cu tensiunea la sursă. Acesta este de obicei de câteva sute de volți.
Când o particulă ionizantă zboară prin tub, atomii gazului inert, aflati deja într-un câmp electric de mare intensitate, experimentează coliziuni cu această particulă. Energia emisă de particule în timpul unei coliziuni este suficientă pentru a separa electronii de atomii de gaz. Electronii secundari rezultați sunt ei înșiși capabili să formeze noi ciocniri și, astfel, se obține o întreagă avalanșă de electroni și ioni. Sub influența unui câmp electric, electronii sunt accelerați spre anod, iar ionii de gaz încărcați pozitiv sunt accelerați spre catodul tubului. Astfel, apare un curent electric. Dar, din moment ce energia particulei a fost deja cheltuită în ciocniri, total sau parțial (particula a zburat prin tub), se termină și furnizarea de atomi de gaz ionizat, ceea ce este de dorit și este asigurat de unele măsuri suplimentare, despre care vom vorbi despre la analiza parametrilor contoarelor.
Când o particulă încărcată intră într-un contor Geiger-Muller, din cauza curentului rezultat, rezistența tubului scade și, odată cu aceasta, tensiunea la mijlocul divizorului de tensiune, despre care a fost discutat mai sus. Apoi, rezistența tubului, datorită creșterii rezistenței sale, este restabilită, iar tensiunea devine din nou aceeași. Astfel, obținem un impuls de tensiune negativ. Numărând impulsurile, putem estima numărul de particule care trec. Intensitatea câmpului electric este deosebit de mare în apropierea anodului datorită dimensiunilor sale mici, ceea ce face ca contorul să fie mai sensibil.
Modele de contoare Geiger-Muller
Contoarele moderne Geiger-Muller sunt disponibile în două versiuni principale: „clasic” și plat. Blatul clasic este realizat din pereți subțiri tub metalic cu ondulare. Suprafața ondulată a contorului face tubul rigid și rezistent la exterior presiune atmosfericăși nu-i permite să se mototolească sub influența sa. La capetele tubului sunt izolatoare de etanșare din sticlă sau plastic termorigid. Acestea conțin și capace terminale pentru conectarea la circuitul dispozitivului. Tubul este marcat și acoperit cu un lac izolant durabil, fără a număra, desigur, bornele sale. Este indicată și polaritatea bornelor. Acesta este un contor universal pentru toate tipurile de radiații ionizante, în special beta și gamma.
Contoarele sensibile la radiația β moale sunt realizate diferit. Datorită gamei scurte de particule beta, acestea trebuie să fie plate, cu o fereastră de mica care blochează slab radiația beta, una dintre opțiunile pentru un astfel de contor este un senzor de radiație BETA-2. Toate celelalte proprietăți ale contoarelor sunt determinate de materialele din care sunt fabricate.
Contoarele concepute pentru a detecta radiațiile gamma conțin un catod din metale cu un număr mare de încărcare sau sunt acoperite cu astfel de metale. Gazul este extrem de slab ionizat de fotonii gamma. Dar fotonii gamma sunt capabili să elimine mulți electroni secundari din catod dacă este ales în mod corespunzător. Contoarele Geiger-Muller pentru particule beta sunt realizate cu ferestre subțiri pentru o mai bună permeabilitate a particulelor, deoarece sunt electroni obișnuiți care tocmai au primit mai multă energie. Ei interacționează foarte bine cu materia și pierd rapid această energie.
În cazul particulelor alfa situația este și mai gravă. Deci, în ciuda unei energii foarte decente, de ordinul mai multor MeV, particulele alfa interacționează foarte puternic cu moleculele din calea lor și pierd rapid energie. Dacă materia este comparată cu o pădure, iar un electron este comparat cu un glonț, atunci particulele alfa vor trebui comparate cu un tanc care se prăbușește printr-o pădure. Cu toate acestea, un contor convențional răspunde bine la radiația α, dar numai la o distanță de până la câțiva centimetri.
Pentru o evaluare obiectivă a nivelului radiațiilor ionizante dozimetre pe tejghele uz general echipat adesea cu două contoare care funcționează în paralel. Unul este mai sensibil la radiațiile α și β, iar al doilea la razele γ. Această schemă de utilizare a două contoare este implementată într-un dozimetru RADEX RD1008 iar într-un dozimetru-radiometru RADEKS MKS-1009, în care este instalat contorul BETA-2Și BETA-2M. Uneori, o bară sau o placă dintr-un aliaj care conține un amestec de cadmiu este plasată între blaturi. Când neutronii lovesc o astfel de bară, se generează radiația γ, care este înregistrată. Acest lucru se face pentru a putea determina radiația neutronică la care contoare simple Geiger este practic insensibil. O altă metodă este de a acoperi carcasa (catodul) cu impurități care pot conferi sensibilitate la neutroni.
La gaz se adaugă halogeni (clor, brom) pentru a stinge rapid descărcarea. Vaporii de alcool servesc, de asemenea, același scop, deși alcoolul în acest caz este de scurtă durată (aceasta este, în general, o caracteristică a alcoolului), iar contorul „întrerupt” începe în mod constant să „sune”, adică nu poate funcționa în modul dorit. . Acest lucru se întâmplă undeva după ce au fost detectate 1e9 pulsuri (un miliard), ceea ce nu este atât de mult. Contoarele cu halogeni sunt mult mai durabile.
Parametri și moduri de funcționare ale contoarelor Geiger
Sensibilitatea contoarelor Geiger.
Sensibilitatea contorului este estimată prin raportul dintre numărul de microroentgen de la sursa de referință și numărul de impulsuri cauzate de această radiație. Deoarece contoarele Geiger nu sunt proiectate pentru a măsura energia particulelor, estimarea precisă este dificilă. Contoarele sunt calibrate folosind surse de izotopi de referință. Trebuie remarcat faptul că acest parametru poate varia foarte mult pentru diferite tipuri de contoare, mai jos sunt parametrii celor mai comune contoare Geiger-Muller:
Contor Geiger-Muller Beta-2- 160 ÷ 240 imp/µR
Contor Geiger-Muller Beta-1- 96 ÷ 144 imp/µR
Contor Geiger-Muller SBM-20- 60 ÷ 75 imp/µR
Contor Geiger-Muller SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp/µR
Contor Geiger-Muller SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp/μR
Zona ferestrei de la intrare sau zona de lucru
Zona senzorului de radiații prin care zboară particulele radioactive. Această caracteristică este direct legată de dimensiunile senzorului. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât contorul Geiger-Muller va prinde mai multe particule. De obicei, acest parametru este indicat în centimetri pătrați.
Contor Geiger-Muller Beta-2- 13,8 cm 2
Contor Geiger-Muller Beta-1- 7 cm 2
Această tensiune corespunde aproximativ la mijloc caracteristici de performanta. Caracteristica de funcționare este partea plată a dependenței numărului de impulsuri înregistrate de tensiune, motiv pentru care este numită și „podis”. În acest moment se atinge cea mai mare viteză de funcționare (limita superioară de măsurare). Valoarea tipică este 400 V.
Lățimea caracteristicii de funcționare a contorului.
Aceasta este diferența dintre tensiunea de spargere a scânteii și tensiunea de ieșire pe partea plată a caracteristicii. Valoarea tipică este 100 V.
Panta caracteristicii de funcționare a contorului.
Panta este măsurată ca procent de impulsuri pe volt. Caracterizează eroarea statistică a măsurătorilor (numărarea numărului de impulsuri). Valoarea tipică este 0,15%.
Temperatura de funcționare admisă a contorului.
Pentru uz general contoare -50 ... +70 grade Celsius. Acesta este un parametru foarte important dacă contorul funcționează în camere, canale și alte locuri ale echipamentelor complexe: acceleratoare, reactoare etc.
Resursa de lucru a contorului.
Numărul total de impulsuri pe care le înregistrează contorul înainte ca citirile sale să înceapă să devină incorecte. Pentru dispozitivele cu aditivi organici, auto-stingerea este de obicei 1e9 (de la zece la a noua putere, sau un miliard). Resursa este numărată numai dacă contorului i se aplică tensiune de funcționare. Dacă contorul este pur și simplu stocat, această resursă nu este consumată.
Contor timp mort.
Acesta este timpul (timpul de recuperare) în care contorul conduce curent după ce a fost declanșat de o particule care trece. Existența unui astfel de timp înseamnă că există o limită superioară a frecvenței pulsului și aceasta limitează domeniul de măsurare. O valoare tipică este 1e-4 s, adică zece microsecunde.
Trebuie remarcat faptul că din cauza timpului mort, senzorul poate fi „în afara scalei” și poate rămâne tăcut în cel mai periculos moment (de exemplu, o reacție spontană în lanț în producție). S-au întâmplat astfel de cazuri, iar pentru a le combate, ecranele de plumb sunt folosite pentru a acoperi o parte din senzorii sistemelor de alarmă de urgență.
Fundal personalizat pentru contor.
Măsurat în camere de plumb cu pereți groși pentru a evalua calitatea contoarelor. Valoarea tipică este 1 ... 2 impulsuri pe minut.
Aplicarea practică a contoarelor Geiger
Industria sovietică și acum rusă produce multe tipuri de contoare Geiger-Muller. Iată câteva mărci comune: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, contoare din seria Gamma, contoare finale ale seriei Beta„și sunt multe altele. Toate sunt folosite pentru monitorizarea și măsurarea radiațiilor: la instalații industria nucleară, în instituțiile științifice și de învățământ, în apărarea civilă, medicină și chiar în viața de zi cu zi. După accidentul de la Cernobîl, dozimetre de uz casnic, anterior necunoscute populației chiar și după nume, au devenit foarte populare. Au apărut multe mărci de dozimetre de uz casnic. Toate folosesc un contor Geiger-Muller ca senzor de radiație. În dozimetrele de uz casnic, sunt instalate unul până la două tuburi sau contoare de capăt.
UNITĂȚI DE MĂSURĂ A CANTITĂȚILOR DE RADIAȚII
Multă vreme, unitatea de măsură P (roentgen) a fost comună. Cu toate acestea, la trecerea la sistemul SI, apar alte unități. O radiografie este o unitate a dozei de expunere, o „cantitate de radiație”, care este exprimată ca numărul de ioni produși în aerul uscat. La o doză de 1 R în 1 cm3 de aer se formează 2,082e9 perechi de ioni (ceea ce corespunde la 1 unitate de sarcină a SGSE). În sistemul SI, doza de expunere este exprimată în coulombs pe kilogram, iar cu raze X aceasta este legată de ecuația:
1 C/kg = 3876 R
Doza de radiație absorbită este măsurată în jouli pe kilogram și se numește Gray. Acesta este un înlocuitor pentru unitatea rad învechită. Rata de doză absorbită este măsurată în gri pe secundă. Rata dozei de expunere (EDR), măsurată anterior în roentgens pe secundă, este acum măsurată în amperi pe kilogram. Doza de radiație echivalentă la care doza absorbită este de 1 Gy (gri) și factorul de calitate a radiației este 1 se numește Sievert. Rem (echivalentul biologic al unei radiografii) este o sutime dintr-un sievert, considerat acum învechit. Cu toate acestea, chiar și astăzi toate unitățile învechite sunt utilizate foarte activ.
Principalele concepte în măsurarea radiațiilor sunt doza și puterea. Doza este numărul de sarcini elementare în procesul de ionizare a unei substanțe, iar puterea este rata de formare a dozei pe unitatea de timp. Și în ce unități este exprimat acest lucru este o chestiune de gust și comoditate.
Chiar și o doză minimă este periculoasă în ceea ce privește consecințele pe termen lung pentru organism. Calculul pericolului este destul de simplu. De exemplu, dozimetrul dumneavoastră arată 300 de miliroentgen pe oră. Dacă stai în acest loc o zi, vei primi o doză de 24 * 0,3 = 7,2 roentgens. Acest lucru este periculos și trebuie să pleci de aici cât mai curând posibil. În general, dacă detectați chiar și radiații slabe, trebuie să vă îndepărtați de ea și să o verificați chiar și de la distanță. Dacă ea „te urmărește”, poți fi „felicitat”, ai fost lovit de neutroni. Dar nu orice dozimetru poate răspunde la ele.
Pentru sursele de radiații, se folosește o cantitate care caracterizează numărul de dezintegrare pe unitatea de timp, care se numește activitate și este măsurată și prin multe unități diferite: curie, becquerel, rutherford și altele. Cantitatea de activitate, măsurată de două ori cu o separare suficientă în timp, dacă scade, face posibilă calcularea timpului, conform legii dezintegrarii radioactive, când sursa devine suficient de sigură.
Folosind un contor Geiger modern, puteți măsura nivelul de radiație al materialelor de construcție, al unui teren sau al unui apartament, precum și al alimentelor. 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 precizie ridicataîntr-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 să fie 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.
Din cauza consecințe asupra mediului activităţile umane legate de energie nucleară, precum și industria (inclusiv armata) care utilizează substanțe radioactive ca componentă sau bază a produselor lor, studierea elementelor de bază ale siguranței radiațiilor și dozimetriei radiațiilor devine suficientă astăzi subiect fierbinte. in afara de asta surse naturale radiatii ionizante, in fiecare an apar tot mai multe locuri contaminate ulterior cu radiatii activitate umana. Astfel, pentru a vă păstra sănătatea și sănătatea celor dragi, trebuie să cunoașteți gradul de contaminare a unei anumite zone sau obiecte și alimente. Un dozimetru poate ajuta în acest sens - un dispozitiv pentru măsurarea dozei efective sau a puterii radiațiilor ionizante pe o anumită perioadă de timp.
Înainte de a începe să faceți (sau să cumpărați) a acestui aparat este necesar să aveți o idee despre natura parametrului măsurat. Radiația ionizantă (radiația) este un flux de fotoni particule elementare sau fragmente de fisiune atomică capabile să ionizeze materia. Împărțit în mai multe tipuri. Radiația alfa este un flux de particule alfa - nucleele de heliu-4, particulele alfa generate în timpul dezintegrarii radioactive pot fi oprite cu ușurință de o foaie de hârtie, deci reprezintă un pericol în principal atunci când intră în organism. Radiația beta- acesta este un flux de electroni care apar în timpul dezintegrarii beta pentru a proteja împotriva particulelor beta cu o energie de până la 1 MeV, este suficientă o placă de aluminiu cu o grosime de câțiva milimetri; Radiația gamma are o capacitate de penetrare mult mai mare, deoarece constă din fotoni de înaltă energie care nu au încărcătură elemente grele (plumb, etc.) într-un strat de câțiva centimetri sunt eficienți pentru protecție. Capacitatea de penetrare a tuturor tipurilor de radiații ionizante depinde de energie.
Contoarele Geiger-Muller sunt utilizate în principal pentru detectarea radiațiilor ionizante. Acest dispozitiv simplu și eficient constă de obicei dintr-un cilindru de metal sau sticlă metalizat din interior și un fir subțire de metal întins de-a lungul axei acestui cilindru cilindrul în sine este umplut cu gaz rarefiat. Principiul de funcționare se bazează pe ionizarea prin impact. Când radiația ionizantă lovește pereții contorului, electronii sunt scoși din el, mișcându-se în gaz și ciocnând cu atomii de gaz, scot electronii din atomi și creează ioni pozitivi și electroni liberi. Câmp electricîntre catod și anod accelerează electronii până la energii la care începe ionizarea de impact. Are loc o avalanșă de ioni, ducând la multiplicarea purtătorilor primari. La o intensitate a câmpului suficient de mare, energia acestor ioni devine suficientă pentru a genera avalanșe secundare capabile să susțină o autodescărcare, determinând creșterea bruscă a curentului prin contor.
Nu toate contoarele Geiger pot detecta toate tipurile de radiații ionizante. Ele sunt în primul rând sensibile la un tip de radiații - radiații alfa, beta sau gamma - dar adesea pot detecta și alte radiații într-o oarecare măsură. De exemplu, contorul SI-8B Geiger este proiectat pentru a înregistra radiația beta moale (da, în funcție de energia particulelor, radiația poate fi împărțită în moale și tare), dar acest senzor este, de asemenea, oarecum sensibil la radiația alfa și radiația gamma. radiatii.
Cu toate acestea, apropiindu-ne de designul articolului, sarcina noastră este să facem cât mai simplu, natural portabil, un contor Geiger, sau mai degrabă un dozimetru. Pentru a face acest dispozitiv, am reușit doar să pun mâna pe SBM-20. Acest contor Geiger este proiectat pentru a detecta radiațiile beta și gamma hard. Ca majoritatea celorlalte contoare, SBM-20 funcționează la o tensiune de 400 de volți.
Principalele caracteristici ale contorului Geiger-Muller SBM-20 (tabel din cartea de referință):
Acest contor are o precizie relativ scăzută în măsurarea radiațiilor ionizante, dar este suficient pentru a determina dacă doza de radiații care depășește doza permisă pentru o persoană este depășită. SBM-20 este utilizat în prezent în multe dozimetre de uz casnic. Pentru a îmbunătăți performanța, mai multe tuburi sunt adesea folosite simultan. Și pentru a crește acuratețea măsurării radiațiilor gamma, dozimetrele sunt echipate cu filtre de radiații beta, în acest caz, dozimetrul înregistrează doar radiația gamma, dar destul de precis.
Atunci când se măsoară doza de radiații, există mai mulți factori de luat în considerare care pot fi importanți. Chiar și în absența completă a surselor de radiații ionizante, contorul Geiger va produce un anumit număr de impulsuri. Acesta este așa-numitul fundal contra. Aceasta include și mai mulți factori: contaminarea radioactivă a materialelor contorului în sine, emisia spontană de electroni din catodul contorului și radiația cosmică. Toate acestea dau un anumit număr de impulsuri „în plus” pe unitatea de timp.
Deci, diagrama unui dozimetru simplu bazat pe contorul Geiger SBM-20:
Asamblez circuitul pe o placă:
Circuitul nu conține piese rare (cu excepția, desigur, contorul în sine) și nu conține elemente programabile (microcontrolere), care vă vor permite să asamblați circuitul într-un timp scurt fără munca speciala. Cu toate acestea, un astfel de dozimetru nu conține o scară, iar doza de radiații trebuie determinată după ureche, după numărul de clicuri. Ca aceasta varianta clasica. Circuitul este format dintr-un convertor de tensiune 9 volți - 400 volți.
Cipul NE555 conține un multivibrator a cărui frecvență de funcționare este de aproximativ 14 kHz. Pentru a crește frecvența de funcționare, puteți reduce valoarea rezistorului R1 la aproximativ 2,7 kOhm. Acest lucru va fi util dacă sufocul pe care l-ați ales (sau poate cel pe care l-ați făcut) scoate un scârțâit - pe măsură ce frecvența de funcționare crește, zgomotul scârțâit va dispărea. Inductorul L1 este necesar cu un rating de 1000 - 4000 µH. Cea mai rapidă modalitate de a găsi un inductor potrivit este într-un bec consumat de energie ars. Un astfel de șoc este utilizat în circuitul din fotografia de mai sus este înfășurat pe un miez, care este de obicei utilizat pentru fabricarea transformatoarelor de impuls. Tranzistorul T1 poate fi utilizat cu orice alt tranzistor cu efect de câmp cu canale n cu o tensiune de drenare-sursă de cel puțin 400 de volți și, de preferință, mai mult. Un astfel de convertor va produce doar câțiva miliamperi de curent la o tensiune de 400 de volți, dar acest lucru va fi suficient pentru a opera un contor Geiger de mai multe ori. După oprirea alimentării din circuit, condensatorul încărcat C3 va funcționa aproximativ 20-30 de secunde, având în vedere capacitatea sa mică. Supresorul VD2 limitează tensiunea la 400 volți. Condensatorul C3 trebuie utilizat pentru o tensiune de cel puțin 400 - 450 volți.
Orice difuzor piezo sau difuzor poate fi folosit ca Ls1. În absența radiațiilor ionizante, curentul nu trece prin rezistențele R2 – R4 (în fotografie sunt cinci rezistențe pe placa, dar rezistența lor totală corespunde circuitului). De îndată ce particula corespunzătoare lovește contorul Geiger, gazul se ionizează în interiorul senzorului și rezistența acestuia scade brusc, rezultând un impuls de curent. Condensatorul C4 oprește partea constantă și transmite doar un impuls de curent către difuzor. Auzim un clic.
În cazul meu, două sunt folosite ca sursă de alimentare baterii reîncărcabile de la telefoane vechi (două, deoarece puterea necesară trebuie să fie mai mare de 5,5 volți pentru a porni circuitul datorită bazei elementului aplicat).
Deci, circuitul funcționează, face clic ocazional. Acum cum să-l folosești. Cea mai simplă opțiune este că face clic puțin - totul este bine, face clic des sau chiar continuu - este rău. O altă opțiune este să numărați aproximativ numărul de impulsuri pe minut și să convertiți numărul de clicuri în microR/h. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați valoarea sensibilității contorului Geiger din cartea de referință. Cu toate acestea, surse diferite oferă întotdeauna cifre ușor diferite. În mod ideal, este necesar să se efectueze măsurători de laborator pentru contorul Geiger selectat cu surse de radiație de referință. Deci, pentru SBM-20, valoarea sensibilității variază de la 60 la 78 de impulsuri/μR în funcție de diferite surse și cărți de referință. Deci, am calculat numărul de impulsuri într-un minut, apoi înmulțim acest număr cu 60 pentru a aproxima numărul de impulsuri într-o oră și împărțim toate acestea la sensibilitatea senzorului, adică cu 60 sau 78 sau orice este mai aproape. la realitate, iar în final obținem valoarea în microR/h. Pentru o valoare mai fiabilă, este necesar să se facă mai multe măsurători și să se calculeze media aritmetică dintre ele. Limita superioară a nivelurilor sigure de radiație este de aproximativ 20 - 25 µR/h. Nivel acceptabil este de până la aproximativ 50 μR/h. ÎN tari diferite numerele pot varia.
P.S. Am fost îndemnat să iau în considerare acest subiect de un articol despre concentrația de gaz radon care pătrunde în camere, apă etc. V regiuni diferitețara și sursele sale.
Lista radioelementelor
| Desemnare | Tip | Denumirea | Cantitate | Notă | Magazin | Blocnotesul meu |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Cronometru programabil și oscilator | NE555 | 1 | La blocnotes | ||
| T1 | tranzistor MOSFET | IRF710 | 1 | La blocnotes | ||
| VD1 | Dioda redresoare | 1N4007 | 1 | La blocnotes | ||
| VD2 | Dioda de protectie | 1V5KE400CA | 1 | La blocnotes | ||
| C1, C2 | Condensator | 10 nF | 2 | La blocnotes | ||
| C3 | Condensator electrolitic | 2,7 uF | 1 | La blocnotes | ||
| C4 | Condensator | 100 nF | 1 | 400V |
Contor Geiger-Muller
D Pentru a determina nivelul de radiație, se folosește un dispozitiv special -. Și pentru astfel de dispozitive, de uz casnic și cele mai multe dispozitive profesionale de monitorizare a radiațiilor, este utilizat elementul de detectare 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 dezintegrare a materialelor radioactive, sa născut în 1908, a fost inventat de germani. 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 aparare civila. 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
ȘI Ideea de înregistrare a particulelor radioactive propusă de Geiger este relativ simplă. Se bazează pe principiul apariției impulsurilor electrice într-un mediu de gaz inert sub influența unei particule radioactive foarte încărcate sau a unui cuantum de oscilații 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 containerului există doi electrozi (catod și anod) cărora li se furnizează o tensiune DC mare 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, dar situația se schimbă dacă o particulă radioactivă sau un cuantum de oscilații electromagnetice intră în camera elementului sensibil al dispozitivului. . 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, sub influența tensiunii înalte dintre catod și anod, încep 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 căi diferite. 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 o cantitate mare particule radioactive într-o perioadă scurtă de timp.
Tipuri de radiații radioactive
H pentru a înțelege exact ce se înregistrează 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 undă 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 nucleara, apoi refugiindu-se la subsolul unei case sau a unui adapost antibombe, cu conditia sa fie relativ etans, se va putea proteja de acest tip de radiatii cu doar 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 inconjurator sub formă de fotoni sau cuante, adică rafale scurte de radiații 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.
ȘI 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 tipuri variate 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 Situație 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 înregistreze diferite tipuri de radiații sau combinațiile 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 carcasei contorului, precum și materialului din care este realizat.
E o altă componentă importantă pentru utilizarea prevăzută contracarează acest lucru zona elementului sensibil la intrare 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 lucrător cu radiații are o caracteristică precum sensibilitatea la radiații, măsurată și în impulsuri pe secundă (imp/s) sau în impulsuri pe microroentgen (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 a unui 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 scoate electronul.
ȘI 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 din oțel 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. De fapt, razele gamma sunt înregistrate indirect, 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 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 . Mai mult, 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 mărește și mai mult zona 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 razelor 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 Și SI8B , care avea ferestre de lucru din mica cu pereți subțiri. Mai mult versiune 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.
ȘI 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 înalți, este o sarcină și mai dificilă. Această problemă poate fi rezolvată doar prin reducerea corespunzătoare 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 detecta automat orice alte tipuri de radiații și cu o eficiență destul de ridicată. 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 Putere mecanicăși 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 numai 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. Un alt 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 una 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 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 setari aditionaleși 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 tipuri variate alte radiații. De exemplu, pentru a determina valoarea radiații ultraviolete, pentru înregistrarea și determinarea neutronilor lenți care funcționează pe principiul unei descărcări corona și alte opțiuni care nu au legătură directă cu acest subiect și nu vor fi luate în considerare.