Μετρητής Geiger: παραλλαγές συσκευής και νοικοκυριού. μετράει ο Geiger. Αρχή λειτουργίας

Η αρχή λειτουργίας των συσκευών καταγραφής στοιχειωδών σωματιδίων.Οποιαδήποτε συσκευή ανιχνεύει στοιχειώδη σωματίδια ή κινούμενους ατομικούς πυρήνες είναι σαν ένα γεμάτο όπλο με το σφυρί οπλισμένο. Μια μικρή δύναμη κατά το πάτημα της σκανδάλης ενός όπλου προκαλεί ένα αποτέλεσμα που δεν είναι συγκρίσιμο με την προσπάθεια που καταβλήθηκε - μια βολή.

Μια συσκευή εγγραφής είναι ένα περισσότερο ή λιγότερο πολύπλοκο μακροσκοπικό σύστημα που μπορεί να βρίσκεται σε ασταθή κατάσταση. Με μια μικρή διαταραχή που προκαλείται από ένα διερχόμενο σωματίδιο, ξεκινά η διαδικασία μετάβασης του συστήματος σε μια νέα, πιο σταθερή κατάσταση. Αυτή η διαδικασία καθιστά δυνατή την καταχώρηση ενός σωματιδίου. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι ανίχνευσης σωματιδίων που χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή.

Ανάλογα με τους σκοπούς του πειράματος και τις συνθήκες στις οποίες διεξάγεται, χρησιμοποιούνται ορισμένες συσκευές καταγραφής που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τα κύρια χαρακτηριστικά τους.

Μετρητής εκκένωσης αερίου Geiger.Ο μετρητής Geiger είναι μια από τις πιο σημαντικές συσκευές για την αυτόματη μέτρηση σωματιδίων.

Ο μετρητής (Εικ. 13.1) αποτελείται από έναν γυάλινο σωλήνα επικαλυμμένο στο εσωτερικό με ένα μεταλλικό στρώμα (κάθοδος) και ένα λεπτό μεταλλικό νήμα που τρέχει κατά μήκος του άξονα του σωλήνα (άνοδος). Ο σωλήνας είναι γεμάτος με αέριο, συνήθως αργό. Ο μετρητής λειτουργεί με βάση τον ιονισμό κρούσης. Ένα φορτισμένο σωματίδιο (ηλεκτρόνιο, -σωματίδιο κ.λπ.), που πετά μέσα από ένα αέριο, αφαιρεί ηλεκτρόνια από τα άτομα και δημιουργεί θετικά ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ της ανόδου και της καθόδου (υψηλή τάση εφαρμόζεται σε αυτές) επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σε ενέργειες στις οποίες αρχίζει ο ιονισμός κρούσης. Εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ιόντων και το ρεύμα μέσω του μετρητή αυξάνεται απότομα. Σε αυτή την περίπτωση, δημιουργείται ένας παλμός τάσης κατά μήκος της αντίστασης φορτίου R, ο οποίος τροφοδοτείται στη συσκευή εγγραφής.

Για να καταγράψει ο μετρητής το επόμενο σωματίδιο που τον χτυπά, πρέπει να σβήσει η εκκένωση χιονοστιβάδας. Αυτό συμβαίνει αυτόματα. Δεδομένου ότι τη στιγμή που εμφανίζεται ο παλμός ρεύματος, η πτώση τάσης στην αντίσταση φορτίου R είναι μεγάλη, η τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου μειώνεται απότομα - τόσο πολύ ώστε η εκφόρτιση σταματά.

Ο μετρητής Geiger χρησιμοποιείται κυρίως για την καταγραφή ηλεκτρονίων και κβαντών (φωτόνια υψηλής ενέργειας).

Επί του παρόντος, έχουν δημιουργηθεί μετρητές που λειτουργούν με τις ίδιες αρχές.

θάλαμος Wilson.Οι μετρητές σάς επιτρέπουν μόνο να καταγράψετε το γεγονός ότι ένα σωματίδιο διέρχεται από αυτούς και να καταγράψετε ορισμένα από τα χαρακτηριστικά του. Σε έναν θάλαμο σύννεφων, που δημιουργήθηκε το 1912, ένα γρήγορα φορτισμένο σωματίδιο αφήνει ένα ίχνος που μπορεί να παρατηρηθεί απευθείας ή να φωτογραφηθεί. Αυτή η συσκευή μπορεί να ονομαστεί παράθυρο στον μικρόκοσμο, δηλαδή στον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων και των συστημάτων που αποτελούνται από αυτά.

Η αρχή λειτουργίας ενός θαλάμου νέφους βασίζεται στη συμπύκνωση υπερκορεσμένων ατμών σε ιόντα για να σχηματιστούν σταγονίδια νερού. Αυτά τα ιόντα δημιουργούνται κατά μήκος της τροχιάς του από ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο.

Ένας θάλαμος νεφών είναι ένα ερμητικά σφραγισμένο δοχείο γεμάτο με νερό ή ατμό αλκοόλης κοντά στον κορεσμό (Εικ. 13.2). Όταν το έμβολο χαμηλώνει απότομα, που προκαλείται από μείωση της πίεσης κάτω από αυτό, ο ατμός στο θάλαμο διαστέλλεται αδιαβατικά. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ψύξη και ο ατμός γίνεται υπερκορεσμένος. Αυτή είναι μια ασταθής κατάσταση ατμού: συμπυκνώνεται εύκολα εάν εμφανιστούν κέντρα συμπύκνωσης στο δοχείο. Κέντρα

Η συμπύκνωση γίνεται ιόντα, τα οποία σχηματίζονται στον χώρο εργασίας του θαλάμου από ένα ιπτάμενο σωματίδιο. Εάν ένα σωματίδιο εισέλθει στον θάλαμο αμέσως μετά τη διαστολή του ατμού, τότε στην πορεία του εμφανίζονται σταγονίδια νερού. Αυτά τα σταγονίδια σχηματίζουν ένα ορατό ίχνος του ιπτάμενου σωματιδίου - μια διαδρομή (Εικ. 13.3). Στη συνέχεια, ο θάλαμος επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση και τα ιόντα απομακρύνονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ανάλογα με το μέγεθος της κάμερας, ο χρόνος επαναφοράς του τρόπου λειτουργίας ποικίλλει από μερικά δευτερόλεπτα έως δεκάδες λεπτά.

Οι πληροφορίες που παρέχουν τα ίχνη σε ένα θάλαμο νέφους είναι πολύ πλουσιότερες από αυτές που μπορούν να παρέχουν οι μετρητές. Από το μήκος της διαδρομής, μπορείτε να προσδιορίσετε την ενέργεια του σωματιδίου και από τον αριθμό των σταγονιδίων ανά μονάδα μήκους της διαδρομής, την ταχύτητά του. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή ενός σωματιδίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργειά του. Και όσο περισσότερα σταγονίδια νερού σχηματίζονται ανά μονάδα μήκους της διαδρομής, τόσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητά της. Τα σωματίδια με υψηλότερο φορτίο αφήνουν παχύτερο ίχνος. Οι Σοβιετικοί φυσικοί P. L. Kapitsa και D. V. Skobeltsyn πρότειναν την τοποθέτηση ενός θαλάμου νέφους σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.

Ένα μαγνητικό πεδίο δρα σε ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο με μια ορισμένη δύναμη (δύναμη Lorentz). Αυτή η δύναμη κάμπτει την τροχιά του σωματιδίου χωρίς να αλλάζει το μέτρο της ταχύτητάς του. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο του σωματιδίου και όσο μικρότερη είναι η μάζα του, τόσο μεγαλύτερη είναι η καμπυλότητα της τροχιάς. Από την καμπυλότητα της τροχιάς, μπορεί κανείς να προσδιορίσει την αναλογία του φορτίου του σωματιδίου προς τη μάζα του. Εάν μία από αυτές τις ποσότητες είναι γνωστή, τότε μπορεί να υπολογιστεί η άλλη. Για παράδειγμα, από το φορτίο ενός σωματιδίου και την καμπυλότητα της διαδρομής του, μπορεί κανείς να βρει τη μάζα του σωματιδίου.

Θάλαμος φυσαλίδων.Το 1952, ο Αμερικανός επιστήμονας D. Glaser πρότεινε τη χρήση υπερθερμασμένου υγρού για την ανίχνευση ιχνών σωματιδίων. Σε ένα τέτοιο υγρό, εμφανίζονται φυσαλίδες ατμού στα ιόντα (κέντρα εξάτμισης) που σχηματίζονται κατά την κίνηση ενός γρήγορα φορτισμένου σωματιδίου, δίνοντας μια ορατή διαδρομή. Οι θάλαμοι αυτού του τύπου ονομάζονταν θάλαμοι φυσαλίδων.

Στην αρχική κατάσταση, το υγρό στο θάλαμο βρίσκεται υπό υψηλή πίεση, γεγονός που το εμποδίζει να βράσει, παρά το γεγονός ότι η θερμοκρασία του υγρού είναι ελαφρώς υψηλότερη από το σημείο βρασμού στην ατμοσφαιρική πίεση. Με απότομη μείωση της πίεσης, το υγρό υπερθερμαίνεται και για μικρό χρονικό διάστημα θα είναι σε ασταθή κατάσταση. Τα φορτισμένα σωματίδια που πετούν ακριβώς αυτή τη στιγμή προκαλούν την εμφάνιση τροχιών που αποτελούνται από φυσαλίδες ατμού (Εικ. 1.4.4). Και τα υγρά που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως υγρό υδρογόνο και προπάνιο. Ο κύκλος λειτουργίας του θαλάμου φυσαλίδων είναι σύντομος - περίπου 0,1 δευτερόλεπτα.

Το πλεονέκτημα του θαλάμου φυσαλίδων έναντι του θαλάμου Wilson οφείλεται στην υψηλότερη πυκνότητα της ουσίας εργασίας. Ως αποτέλεσμα, οι διαδρομές των σωματιδίων αποδεικνύονται αρκετά σύντομες και σωματίδια ακόμη και υψηλών ενεργειών κολλάνε στον θάλαμο. Αυτό επιτρέπει σε κάποιον να παρατηρήσει μια σειρά από διαδοχικούς μετασχηματισμούς ενός σωματιδίου και τις αντιδράσεις που προκαλεί.

Ο θάλαμος νέφους και τα ίχνη του θαλάμου φυσαλίδων είναι μία από τις κύριες πηγές πληροφοριών σχετικά με τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των σωματιδίων.

Παρατηρώντας ίχνη στοιχειωδών σωματιδίων δημιουργείται έντονη εντύπωση και δημιουργείται μια αίσθηση άμεσης επαφής με τον μικρόκοσμο.

ΚΟΝΤΕΡ ΤΣΕΡΕΝΚΟΦανιχνευτής για καταχώρηση χρέωσης. ch-ts, στο οποίο χρησιμοποιείται η ακτινοβολία Cherenkov-Vavilov. Κατά τη μετακίνηση, φορτίστε. σωματίδια σε ένα μέσο με ταχύτητα v που υπερβαίνει την ταχύτητα φάσης του φωτός c/n σε ένα δεδομένο μέσο (n είναι ο δείκτης διάθλασης του μέσου), το σωματίδιο εκπέμπει σε μια διεύθυνση κάνοντας μια γωνία q με την τροχιά του. Η γωνία q σχετίζεται με την ταχύτητα v και τον δείκτη διάθλασης του μέσου με τη σχέση: cosq=c/vn=1/bn, b=v/c. (1) Ένταση W της ακτινοβολίας Cherenkov ανά 1 cm διαδρομής φόρτισης. Το h-tsy στην περιοχή μήκους κύματος από l1 έως l2 εκφράζεται με τη σχέση:

Σχετική πληροφορία.

Η ανεξέλεγκτη ιονίζουσα ακτινοβολία σε οποιαδήποτε μορφή είναι επικίνδυνη. Επομένως, υπάρχει ανάγκη καταχώρισης, παρακολούθησης και λογιστικής του. Η μέθοδος ιονισμού καταγραφής II είναι μια από τις μεθόδους δοσιμετρίας που σας επιτρέπει να γνωρίζετε την πραγματική κατάσταση της ακτινοβολίας.

Ποια είναι η μέθοδος ιονισμού για την ανίχνευση ακτινοβολίας;

Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην καταγραφή των επιδράσεων ιονισμού. Το ηλεκτρικό πεδίο εμποδίζει τον ανασυνδυασμό των ιόντων και κατευθύνει την κίνησή τους στα κατάλληλα ηλεκτρόδια. Χάρη σε αυτό, καθίσταται δυνατή η μέτρηση του φορτίου των ιόντων που σχηματίζονται υπό την επίδραση της ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Ανιχνευτές και τα χαρακτηριστικά τους

Τα ακόλουθα χρησιμοποιούνται ως ανιχνευτές στη μέθοδο ιονισμού:

• θάλαμοι ιονισμού?
• Μετρητές Geiger-Muller;
• αναλογικοί μετρητές?
• ανιχνευτές ημιαγωγών.
• και τα λοιπά.

Όλοι οι ανιχνευτές, με εξαίρεση τους ημιαγωγούς, είναι κύλινδροι γεμάτοι με αέριο, στους οποίους είναι τοποθετημένα δύο ηλεκτρόδια με τάση συνεχούς ρεύματος που εφαρμόζεται σε αυτούς. Τα ηλεκτρόδια συλλέγουν ιόντα που σχηματίζονται όταν η ιονίζουσα ακτινοβολία διέρχεται από ένα αέριο μέσο. Τα αρνητικά ιόντα κινούνται προς την άνοδο και τα θετικά ιόντα κινούνται προς την κάθοδο, σχηματίζοντας ρεύμα ιονισμού. Με βάση την τιμή του, μπορεί κανείς να υπολογίσει τον αριθμό των καταχωρημένων σωματιδίων και να καθορίσει την ένταση της ακτινοβολίας.

Αρχή λειτουργίας ενός μετρητή Geiger-Muller

Η λειτουργία του μετρητή βασίζεται στον ιονισμό κρούσης. Τα ηλεκτρόνια που κινούνται στο αέριο (εκτινάσσονται από την ακτινοβολία όταν χτυπούν στα τοιχώματα του μετρητή) συγκρούονται με τα άτομά του, βγάζοντας ηλεκτρόνια από αυτά, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ελεύθερων ηλεκτρονίων και θετικών ιόντων. Το ηλεκτρικό πεδίο που υπάρχει μεταξύ της καθόδου και της ανόδου προσδίδει επιτάχυνση στα ελεύθερα ηλεκτρόνια επαρκή για την έναρξη του ιονισμού κρούσης. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός ιόντων με απότομη αύξηση του ρεύματος μέσω του μετρητή και έναν παλμό τάσης, ο οποίος καταγράφεται από τη συσκευή εγγραφής. Τότε η εκροή χιονοστιβάδας σβήνει. Μόνο μετά από αυτό μπορεί να ανιχνευθεί το επόμενο σωματίδιο.

Διαφορά μεταξύ ενός θαλάμου ιονισμού και ενός μετρητή Geiger-Muller.

Ένας μετρητής αερίων (μετρητής Geiger) χρησιμοποιεί δευτερογενή ιονισμό για να δημιουργήσει μια μεγάλη ενίσχυση του ρεύματος αερίου, η οποία συμβαίνει επειδή η ταχύτητα των κινούμενων ιόντων που δημιουργούνται από την ιονίζουσα ουσία είναι τόσο μεγάλη που σχηματίζονται νέα ιόντα. Αυτοί, με τη σειρά τους, μπορούν επίσης να ιονίσουν το αέριο, αναπτύσσοντας έτσι τη διαδικασία. Έτσι, κάθε σωματίδιο παράγει 10 6 φορές περισσότερα ιόντα από ό,τι είναι δυνατό στον θάλαμο ιονισμού, επιτρέποντας έτσι τη μέτρηση ακόμη και χαμηλής έντασης ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Ανιχνευτές ημιαγωγών

Το κύριο στοιχείο των ανιχνευτών ημιαγωγών είναι ένας κρύσταλλος και η αρχή λειτουργίας διαφέρει από έναν θάλαμο ιονισμού μόνο στο ότι τα ιόντα δημιουργούνται στο πάχος του κρυστάλλου και όχι στο διάκενο αερίου.

Παραδείγματα δοσομέτρων που βασίζονται σε μεθόδους καταχώρησης ιονισμού

Μια σύγχρονη συσκευή αυτού του τύπου είναι το κλινικό δοσίμετρο 27012 με ένα σετ θαλάμων ιονισμού, το οποίο είναι το πρότυπο σήμερα.

Μεταξύ των μεμονωμένων δοσίμετρων, έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα τα KID-1, KID-2, DK-02, DP-24 κ.λπ., καθώς και το ID-0.2, που είναι ένα σύγχρονο ανάλογο αυτών που αναφέρθηκαν παραπάνω.

Ο μετρητής Geiger είναι ο κύριος αισθητήρας για τη μέτρηση της ακτινοβολίας. Ανιχνεύει ακτινοβολία γάμμα, άλφα, βήτα και ακτίνες Χ. Έχει την υψηλότερη ευαισθησία σε σύγκριση με άλλες μεθόδους ανίχνευσης ακτινοβολίας, για παράδειγμα, θαλάμους ιονισμού. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για την ευρεία χρήση του. Άλλοι αισθητήρες για τη μέτρηση της ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται πολύ σπάνια. Σχεδόν όλες οι συσκευές παρακολούθησης ακτινοβολίας βασίζονται σε μετρητές Geiger. Παράγονται μαζικά και υπάρχουν συσκευές διαφόρων επιπέδων: από δοσίμετρα στρατιωτικής ποιότητας μέχρι κινεζικά καταναλωτικά αγαθά. Σήμερα, η αγορά οποιασδήποτε συσκευής για τη μέτρηση της ακτινοβολίας δεν αποτελεί πρόβλημα.

Πριν από λίγο καιρό δεν υπήρχε ευρεία διανομή δοσομετρικών οργάνων. Έτσι, μέχρι το 1986, κατά τη διάρκεια του ατυχήματος του Τσερνομπίλ, αποδείχθηκε ότι ο πληθυσμός απλά δεν διέθετε συσκευές παρακολούθησης ακτινοβολίας, γεγονός που, παρεμπιπτόντως, επιδείνωσε περαιτέρω τις συνέπειες της καταστροφής. Ταυτόχρονα, παρά την εξάπλωση των κύκλων ραδιοερασιτεχνικής και τεχνικής δημιουργικότητας, οι μετρητές Geiger δεν πωλούνταν στα καταστήματα, επομένως η κατασκευή σπιτικών δοσίμετρων ήταν αδύνατη.

Πώς λειτουργούν οι μετρητές Geiger

Πρόκειται για μια ηλεκτρική συσκευή κενού με εξαιρετικά απλή αρχή λειτουργίας. Ο αισθητήρας ραδιενεργής ακτινοβολίας είναι ένας μεταλλικός ή γυάλινος θάλαμος με επιμετάλλωση, γεμάτος με ένα εκκενωμένο αδρανές αέριο. Ένα ηλεκτρόδιο τοποθετείται στο κέντρο του θαλάμου. Τα εξωτερικά τοιχώματα του θαλάμου συνδέονται με μια πηγή υψηλής τάσης (συνήθως 400 βολτ). Το εσωτερικό ηλεκτρόδιο συνδέεται με τον ευαίσθητο ενισχυτή. Η ιονίζουσα ακτινοβολία (ακτινοβολία) είναι ένα ρεύμα σωματιδίων. Μεταφέρουν κυριολεκτικά ηλεκτρόνια από την κάθοδο υψηλής τάσης στα νημάτια της ανόδου. Απλώς επάγεται μια τάση σε αυτό, η οποία μπορεί ήδη να μετρηθεί συνδέοντάς το με έναν ενισχυτή.

Η υψηλή ευαισθησία του μετρητή Geiger οφείλεται στο φαινόμενο της χιονοστιβάδας. Η ενέργεια που ανιχνεύει ο ενισχυτής στην έξοδο δεν είναι η ενέργεια της πηγής ιονίζουσας ακτινοβολίας. Αυτή είναι η ενέργεια της τροφοδοσίας υψηλής τάσης του ίδιου του δοσίμετρου. Το διεισδυτικό σωματίδιο μεταφέρει μόνο ένα ηλεκτρόνιο (ένα ενεργειακό φορτίο που μετατρέπεται σε ρεύμα που ανιχνεύεται από το μετρητή). Μεταξύ των ηλεκτροδίων εισάγεται ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από ευγενή αέρια: αργό, νέον. Έχει σχεδιαστεί για να σβήνει εκκενώσεις υψηλής τάσης. Εάν συμβεί μια τέτοια εκφόρτιση, θα είναι μια εσφαλμένη λειτουργία του μετρητή. Το επόμενο κύκλωμα μέτρησης αγνοεί τέτοιες εκπομπές. Επιπλέον, το τροφοδοτικό υψηλής τάσης πρέπει επίσης να προστατεύεται από αυτά.

Το κύκλωμα ισχύος σε έναν μετρητή Geiger παρέχει ρεύμα εξόδου αρκετών μικροαμπέρ σε τάση εξόδου 400 βολτ. Η ακριβής τιμή της τάσης τροφοδοσίας καθορίζεται για κάθε μάρκα μετρητή σύμφωνα με τις τεχνικές προδιαγραφές του.

Δυνατότητες μετρητή Geiger, ευαισθησία, καταγεγραμμένη ακτινοβολία

Χρησιμοποιώντας έναν μετρητή Geiger, η ακτινοβολία γάμμα και βήτα μπορούν να ανιχνευθούν και να μετρηθούν με υψηλή ακρίβεια. Δυστυχώς, το είδος της ακτινοβολίας δεν μπορεί να αναγνωριστεί άμεσα. Αυτό γίνεται έμμεσα με την εγκατάσταση φραγμών μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου ή του εδάφους που εξετάζεται. Οι ακτίνες γάμμα είναι εξαιρετικά διαφανείς και το φόντο τους δεν αλλάζει. Εάν το δοσίμετρο έχει ανιχνεύσει ακτινοβολία βήτα, τότε η εγκατάσταση ενός διαχωριστικού φραγμού, ακόμη και ενός λεπτού φύλλου μετάλλου, θα εμποδίσει σχεδόν πλήρως τη ροή των σωματιδίων βήτα.

Τα σετ προσωπικών δοσίμετρων DP-22 και DP-24, που ήταν κοινά στο παρελθόν, δεν χρησιμοποιούσαν μετρητές Geiger. Αντίθετα, χρησιμοποιήθηκε ένας αισθητήρας θαλάμου ιονισμού, οπότε η ευαισθησία ήταν πολύ χαμηλή. Τα σύγχρονα δοσιμετρικά όργανα που χρησιμοποιούν μετρητές Geiger είναι χιλιάδες φορές πιο ευαίσθητα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καταγραφή φυσικών αλλαγών στην ηλιακή ακτινοβολία υποβάθρου.

Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του μετρητή Geiger είναι η ευαισθησία του, δεκάδες και εκατοντάδες φορές υψηλότερη από το απαιτούμενο επίπεδο. Εάν ενεργοποιήσετε τον πάγκο σε έναν πλήρως προστατευμένο θάλαμο μολύβδου, θα εμφανιστεί ένα τεράστιο φυσικό υπόβαθρο ακτινοβολίας. Αυτές οι ενδείξεις δεν αποτελούν σχεδιαστικό ελάττωμα του ίδιου του μετρητή, το οποίο έχει επαληθευτεί από πολυάριθμες εργαστηριακές δοκιμές. Τέτοια δεδομένα είναι συνέπεια του φυσικού υποβάθρου ακτινοβολίας στο διάστημα. Το πείραμα δείχνει μόνο πόσο ευαίσθητος είναι ο μετρητής Geiger.

Ειδικά για τη μέτρηση αυτής της παραμέτρου, οι τεχνικές προδιαγραφές υποδεικνύουν την τιμή της «ευαισθησίας του μετρητή μικροδευτερολέπτου imp» (παλμοί ανά μικροδευτερόλεπτο). Όσο περισσότερες από αυτές τις παρορμήσεις, τόσο μεγαλύτερη είναι η ευαισθησία.

Μέτρηση ακτινοβολίας με μετρητή Geiger, κύκλωμα δοσίμετρου

Το κύκλωμα δοσίμετρου μπορεί να χωριστεί σε δύο λειτουργικές μονάδες: ένα τροφοδοτικό υψηλής τάσης και ένα κύκλωμα μέτρησης. Τροφοδοτικό υψηλής τάσης - αναλογικό κύκλωμα. Η μονάδα μέτρησης στα ψηφιακά δοσίμετρα είναι πάντα ψηφιακή. Αυτός είναι ένας μετρητής παλμών που εμφανίζει την αντίστοιχη τιμή με τη μορφή αριθμών στην κλίμακα του οργάνου. Για να μετρήσετε τη δόση ακτινοβολίας, είναι απαραίτητο να μετρήσετε παλμούς ανά λεπτό, 10, 15 δευτερόλεπτα ή άλλες τιμές. Ο μικροελεγκτής μετατρέπει τον αριθμό των παλμών σε μια συγκεκριμένη τιμή στην κλίμακα δοσίμετρου σε τυπικές μονάδες ακτινοβολίας. Εδώ είναι τα πιο συνηθισμένα:

• Ακτινογραφία (συνήθως χρησιμοποιείται μικρο-ακτινογραφία).
• Sievert (microsievert - mSv);
• Γκρέυ, χαίρομαι
• πυκνότητα ροής σε μικροβάτ/m2.

Το sievert είναι η πιο δημοφιλής μονάδα μέτρησης της ακτινοβολίας. Όλα τα πρότυπα σχετίζονται με αυτό δεν απαιτούνται πρόσθετοι υπολογισμοί. Το rem είναι μια μονάδα για τον προσδιορισμό της επίδρασης της ακτινοβολίας σε βιολογικά αντικείμενα.

Σύγκριση μετρητή εκκένωσης αερίου Geiger με αισθητήρα ακτινοβολίας ημιαγωγών

Ο μετρητής Geiger είναι μια συσκευή εκκένωσης αερίου και η σύγχρονη τάση στη μικροηλεκτρονική είναι να απαλλαγούμε από αυτά παντού. Έχουν αναπτυχθεί δεκάδες εκδόσεις αισθητήρων ακτινοβολίας ημιαγωγών. Το επίπεδο ακτινοβολίας υποβάθρου που καταγράφουν είναι σημαντικά υψηλότερο από ό,τι για τους μετρητές Geiger. Η ευαισθησία ενός αισθητήρα ημιαγωγών είναι χειρότερη, αλλά έχει ένα άλλο πλεονέκτημα - απόδοση. Οι ημιαγωγοί δεν απαιτούν ισχύ υψηλής τάσης. Είναι κατάλληλα για φορητά δοσίμετρα που τροφοδοτούνται με μπαταρία. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η καταχώρηση των σωματιδίων άλφα. Ο όγκος αερίου του μετρητή είναι σημαντικά μεγαλύτερος από τον αισθητήρα ημιαγωγών, αλλά οι διαστάσεις του εξακολουθούν να είναι αποδεκτές ακόμη και για φορητό εξοπλισμό.

Μέτρηση ακτινοβολίας άλφα, βήτα και γάμμα

Η ακτινοβολία γάμμα είναι η πιο εύκολη μέτρηση. Αυτή είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η οποία είναι ένα ρεύμα φωτονίων (το φως είναι επίσης ένα ρεύμα φωτονίων). Σε αντίθεση με το φως, έχει πολύ μεγαλύτερη συχνότητα και πολύ μικρό μήκος κύματος. Αυτό του επιτρέπει να διεισδύσει μέσω των ατόμων. Στην πολιτική άμυνα, η ακτινοβολία γάμμα είναι διεισδυτική ακτινοβολία. Διεισδύει μέσα από τους τοίχους σπιτιών, αυτοκινήτων, διαφόρων κατασκευών και συγκρατείται μόνο από ένα στρώμα χώματος ή σκυροδέματος αρκετών μέτρων. Η καταγραφή των γάμμα κβαντών πραγματοποιείται με τη βαθμονόμηση του δοσίμετρου σύμφωνα με τη φυσική ακτινοβολία γάμμα του ήλιου. Δεν απαιτούνται πηγές ακτινοβολίας. Είναι εντελώς διαφορετικό το θέμα με την ακτινοβολία βήτα και άλφα.

Εάν η ιονίζουσα ακτινοβολία α (ακτινοβολία άλφα) προέρχεται από εξωτερικά αντικείμενα, τότε είναι σχεδόν ακίνδυνη και αντιπροσωπεύει ένα ρεύμα πυρήνων ατόμων ηλίου. Το εύρος και η διαπερατότητα αυτών των σωματιδίων είναι μικρή - μερικά μικρόμετρα (μέγιστα χιλιοστά) - ανάλογα με τη διαπερατότητα του μέσου. Λόγω αυτής της δυνατότητας, σχεδόν δεν καταχωρείται από έναν μετρητή Geiger. Ταυτόχρονα, η καταγραφή της ακτινοβολίας άλφα είναι σημαντική, καθώς αυτά τα σωματίδια είναι εξαιρετικά επικίνδυνα όταν διεισδύουν στο σώμα με αέρα, τροφή ή νερό. Οι μετρητές Geiger χρησιμοποιούνται σε περιορισμένο βαθμό για την ανίχνευσή τους. Οι ειδικοί αισθητήρες ημιαγωγών είναι πιο συνηθισμένοι.

Η ακτινοβολία βήτα ανιχνεύεται τέλεια από έναν μετρητή Geiger επειδή ένα σωματίδιο βήτα είναι ένα ηλεκτρόνιο. Μπορεί να πετάξει εκατοντάδες μέτρα στην ατμόσφαιρα, αλλά απορροφάται καλά από τις μεταλλικές επιφάνειες. Από αυτή την άποψη, ο μετρητής Geiger πρέπει να έχει παράθυρο μαρμαρυγίας. Ο μεταλλικός θάλαμος είναι κατασκευασμένος με μικρό πάχος τοιχώματος. Η σύνθεση του εσωτερικού αερίου επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται μια μικρή πτώση πίεσης. Ο ανιχνευτής ακτινοβολίας βήτα τοποθετείται στον απομακρυσμένο αισθητήρα. Τέτοια δοσίμετρα δεν είναι πολύ συνηθισμένα στην καθημερινή ζωή. Πρόκειται κυρίως για στρατιωτικά προϊόντα.

Προσωπικό δοσίμετρο με μετρητή Geiger

Αυτή η κατηγορία συσκευών είναι εξαιρετικά ευαίσθητη, σε αντίθεση με τα παλιά μοντέλα με θαλάμους ιονισμού. Αξιόπιστα μοντέλα προσφέρονται από πολλούς εγχώριους κατασκευαστές: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Αυτές είναι όλες αυτόνομες συσκευές με δεδομένα που εμφανίζονται στην οθόνη σε τυπικές μονάδες μέτρησης. Υπάρχει μια λειτουργία για την εμφάνιση της συσσωρευμένης δόσης ακτινοβολίας και του στιγμιαίου επιπέδου φόντου.

Μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση είναι ένα οικιακό δοσίμετρο-προσάρτημα σε ένα smartphone. Τέτοιες συσκευές παράγονται από ξένους κατασκευαστές. Έχουν πλούσιες τεχνικές δυνατότητες, έχουν τη λειτουργία αποθήκευσης μετρήσεων, υπολογισμού, επανυπολογισμού και άθροισης της ακτινοβολίας σε ημέρες, εβδομάδες και μήνες. Μέχρι στιγμής, λόγω των χαμηλών όγκων παραγωγής, το κόστος αυτών των συσκευών είναι αρκετά υψηλό.

Σπιτικά δοσίμετρα, γιατί χρειάζονται;

Ο μετρητής Geiger είναι ένα συγκεκριμένο στοιχείο του δοσίμετρου, εντελώς απρόσιτο για αυτοπαραγωγή. Επιπλέον, βρίσκεται μόνο σε δοσίμετρα ή πωλείται χωριστά σε καταστήματα ραδιοφώνου. Εάν αυτός ο αισθητήρας είναι διαθέσιμος, όλα τα άλλα εξαρτήματα του δοσίμετρου μπορούν να συναρμολογηθούν ανεξάρτητα από εξαρτήματα διαφόρων ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης: τηλεοράσεις, μητρικές πλακέτες κ.λπ. Περίπου δώδεκα σχέδια προσφέρονται τώρα σε ιστότοπους και φόρουμ ραδιοερασιτεχνών. Αξίζει να τα συλλέξετε, αφού πρόκειται για τις πιο δοκιμασμένες επιλογές, έχοντας αναλυτικές οδηγίες εγκατάστασης και θέσης σε λειτουργία.

Το κύκλωμα μεταγωγής μετρητή Geiger υποδηλώνει πάντα την παρουσία πηγής υψηλής τάσης. Η τυπική τάση λειτουργίας του μετρητή είναι 400 βολτ. Λαμβάνεται χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα γεννήτριας αποκλεισμού και αυτό είναι το πιο περίπλοκο στοιχείο του κυκλώματος δοσίμετρου. Η έξοδος μετρητή μπορεί να συνδεθεί σε έναν ενισχυτή χαμηλής συχνότητας και να μετρήσει τα κλικ στο ηχείο. Ένα τέτοιο δοσίμετρο συναρμολογείται σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, όταν πρακτικά δεν υπάρχει χρόνος για παραγωγή. Θεωρητικά, η έξοδος ενός μετρητή Geiger μπορεί να συνδεθεί με την είσοδο ήχου οικιακού εξοπλισμού, όπως ένας υπολογιστής.

Τα σπιτικά δοσίμετρα, κατάλληλα για ακριβείς μετρήσεις, είναι όλα συναρμολογημένα σε μικροελεγκτές. Εδώ δεν χρειάζονται δεξιότητες προγραμματισμού, αφού το πρόγραμμα είναι γραμμένο έτοιμο από ελεύθερη πρόσβαση. Οι δυσκολίες εδώ είναι χαρακτηριστικές για την οικιακή ηλεκτρονική παραγωγή: απόκτηση πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, συγκόλληση εξαρτημάτων ραδιοφώνου, κατασκευή θήκης. Όλα αυτά λύνονται σε ένα μικρό εργαστήριο. Σπιτικά δοσίμετρα από μετρητές Geiger κατασκευάζονται σε περιπτώσεις όπου:

• δεν είναι δυνατό να αγοράσετε ένα έτοιμο δοσίμετρο.
• χρειάζεστε μια συσκευή με ειδικά χαρακτηριστικά.
• Είναι απαραίτητο να μελετηθεί η διαδικασία κατασκευής και ρύθμισης δοσίμετρου.

Ένα σπιτικό δοσίμετρο βαθμονομείται στο φυσικό υπόβαθρο χρησιμοποιώντας ένα άλλο δοσίμετρο. Αυτό ολοκληρώνει τη διαδικασία κατασκευής.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, αφήστε τις στα σχόλια κάτω από το άρθρο. Εμείς ή οι επισκέπτες μας θα χαρούμε να τους απαντήσουμε

Μετρητής εκκένωσης αερίου Geiger-Muller (G-M). Το Σχ. 1 είναι ένας γυάλινος κύλινδρος (μπαλονάκι) γεμάτος με αδρανές αέριο (με

ακαθαρσίες αλογόνου) υπό πίεση ελαφρώς κάτω από την ατμοσφαιρική. Ένας λεπτός μεταλλικός κύλινδρος μέσα στο μπαλόνι χρησιμεύει ως κάθοδος K. Η άνοδος Α είναι ένας λεπτός αγωγός που διατρέχει το κέντρο του κυλίνδρου. Εφαρμόζεται τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου U ΣΕ =200-1000 V. Η άνοδος και η κάθοδος συνδέονται με το ηλεκτρονικό κύκλωμα της ραδιομετρικής συσκευής.

Εικ.1 Κυλινδρικός μετρητής Geiger-Muller.

1 – νήμα ανόδου 2 – σωληνοειδές κάθοδος

U V – πηγή υψηλής τάσης

R n – αντίσταση φορτίου

ΜΕ V – δεξαμενή διαχωρισμού και αποθήκευσης

R – μετατροπέας με ένδειξη

ξ – πηγή ακτινοβολίας.

Χρησιμοποιώντας τον μετρητή G-M, μπορείτε να καταχωρήσετε όλα τα σωματίδια ακτινοβολίας (εκτός από τα σωματίδια α που απορροφώνται εύκολα). Για να αποφευχθεί η απορρόφηση των β-σωματιδίων από το σώμα του μετρητή, έχει σχισμές καλυμμένες με μια λεπτή μεμβράνη.

Ας εξηγήσουμε τα χαρακτηριστικά του μετρητή G-M.

Τα β-σωματίδια αλληλεπιδρούν άμεσα με τα μόρια αερίου του απαριθμητή, ενώ τα νετρόνια και τα γ-φωτόνια (μη φορτισμένα σωματίδια) αλληλεπιδρούν ασθενώς με τα μόρια του αερίου. Σε αυτή την περίπτωση, ο μηχανισμός σχηματισμού ιόντων είναι διαφορετικός.

Θα πραγματοποιήσουμε δοσομετρικές μετρήσεις του περιβάλλοντος κοντά στα σημεία Κ και Α και θα εισαγάγουμε τα δεδομένα που λαμβάνονται στον πίνακα. 1.

Για να κάνετε μετρήσεις χρειάζεστε:

1. Συνδέστε το δοσίμετρο στην πηγή ρεύματος (9V).

2. Στην πίσω πλευρά του δοσίμετρου, κλείστε το παράθυρο του ανιχνευτή με ένα κλείστρο (οθόνη).

3. Ρυθμίστε το διακόπτηΤΡΟΠΟΣ(λειτουργία) στη θέση γ (“P”).

4. Ρυθμίστε το διακόπτηΕΥΡΟΣ(εύρος) στη θέσηΧ1 (Σ n =0,1-50 μSv/ώρα).

5. Ρυθμίστε το διακόπτη λειτουργίας του δοσίμετρου στη θέση τουΕΠΙ(Επί).

6. Εάν ακουστεί ένα ηχητικό σήμα στη θέση x1 και οι αριθμητικές σειρές της οθόνης είναι πλήρως γεμάτες, τότε πρέπει να μεταβείτε στην περιοχή x10 (Ρ n =50-500 μSv/ώρα).

7. Αφού ολοκληρωθεί η άθροιση των παλμών, η δόση που ισοδυναμεί με την ισχύ θα εμφανιστεί στην οθόνη του δοσομέτρουΠ Hγ µSv/ώρα; σε 4-5 δευτερόλεπτα. οι ενδείξεις θα μηδενιστούν.

8. Το δοσίμετρο είναι και πάλι έτοιμο για μετρήσεις ακτινοβολίας. Ένας νέος κύκλος μέτρησης ξεκινά αυτόματα.

Τραπέζι 1.

Η τιμή που προκύπτει στον χώρο εργασίας (AB) καθορίζεται από τον τύπο

=
, μSv/ώρα (6)

- Οι μετρήσεις του δοσίμετρου δίνουν τιμές ακτινοβολίας υποβάθρου σε ένα σημείο.

Η ποσότητα της ακτινοβολίας σε κάθε σημείο μέτρησης υπακούει στους νόμους της διακύμανσης. Επομένως, για να ληφθεί η πιο πιθανή τιμή της μετρούμενης τιμής, είναι απαραίτητο να γίνει μια σειρά μετρήσεων.

- κατά τη δοσιμετρία των ακτινοβολιών β, οι μετρήσεις πρέπει να πραγματοποιούνται κοντά στην επιφάνεια των υπό μελέτη σωμάτων.

4. Διενέργεια μετρήσεων. Σ.1. Προσδιορισμός ισοδύναμου ρυθμού δόσης φυσικής ακτινοβολίας υποβάθρου.

Για να προσδιορίσουμε το γ-φόντο του περιβάλλοντος, επιλέγουμε (σε σχέση με οποιαδήποτε αντικείμενα (σώματα)) δύο σημεία A, K, που βρίσκονται το ένα από το άλλο σε απόσταση ~1 μέτρο, και, χωρίς να αγγίζουμε τα σώματα,

Τα νετρόνια, αλληλεπιδρώντας με τα άτομα της καθόδου, δημιουργούν φορτισμένα μικροσωματίδια (πυρηνικά θραύσματα). Ακτινοβολία γάμμα

αλληλεπιδρά κυρίως με την ουσία (άτομα) της καθόδου, δημιουργώντας ακτινοβολία φωτονίων, η οποία ιονίζει περαιτέρω τα μόρια του αερίου.

Μόλις εμφανιστούν ιόντα στον όγκο του μετρητή, η κίνηση των φορτίων θα ξεκινήσει υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου ανόδου-καθόδου.

Κοντά στην άνοδο, οι γραμμές έντασης ηλεκτρικού πεδίου συμπυκνώνονται απότομα (συνεπεία της μικρής διαμέτρου του νήματος της ανόδου) και η ένταση του πεδίου αυξάνεται απότομα. Τα ηλεκτρόνια που πλησιάζουν το νήμα λαμβάνουν μεγάλη επιτάχυνση και α ιοντισμός κρούσης ουδέτερων μορίων αερίου , μια ανεξάρτητη εκκένωση κορώνας διαδίδεται κατά μήκος του νήματος.

Λόγω της ενέργειας αυτής της εκφόρτισης, η ενέργεια της αρχικής ώθησης σωματιδίων αυξάνεται απότομα (έως 10 8 μια φορά). Όταν διαδίδεται μια εκκένωση κορώνας, μερικά από τα φορτία θα ρέουν αργά μέσα από μια μεγάλη αντίσταση R n ~10 6 Ωμ (Εικ. 1). Στο κύκλωμα ανιχνευτή στην αντίστασηR nΟι παλμοί ρεύματος θα εμφανίζονται ανάλογα με την αρχική ροή σωματιδίων. Ο παλμός ρεύματος που προκύπτει μεταφέρεται στην χωρητικότητα αποθήκευσης C V (Σ~10 3 picofarad), ενισχύεται περαιτέρω και καταγράφεται από το κύκλωμα μετατροπής R.

Έχοντας μεγάλη αντίστασηR nστο κύκλωμα του ανιχνευτή οδηγεί σε συσσώρευση αρνητικών φορτίων στην άνοδο. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου της ανόδου θα μειωθεί και κάποια στιγμή ο ιονισμός κρούσης θα διακοπεί και η εκκένωση θα εξαφανιστεί.

Σημαντικό ρόλο στην κατάσβεση της προκύπτουσας εκκένωσης αερίου παίζουν τα αλογόνα που υπάρχουν στο αέριο του μετρητή. Το δυναμικό ιονισμού των αλογόνων είναι χαμηλότερο από αυτό των αδρανών αερίων, επομένως τα άτομα αλογόνου «απορροφούν» πιο ενεργά τα φωτόνια που προκαλούν αυτοεκφόρτιση, μετατρέποντας αυτή την ενέργεια σε ενέργεια διάχυσης, σβήνοντας έτσι την αυτοεκφόρτιση.

Αφού διακοπεί ο ιονισμός κρούσης (και η εκκένωση της κορώνας), ξεκινά η διαδικασία επαναφοράς του αερίου στην αρχική του κατάσταση (λειτουργία). Σε αυτό το διάστημα ο μετρητής δεν λειτουργεί, δηλ. δεν καταγράφει τα διερχόμενα σωματίδια. Αυτό το κενό

Ο χρόνος ονομάζεται «νεκρός χρόνος» (χρόνος αποκατάστασης). Για μετρητή G-Mνεκρός χρόνος = Δt~10 -4 δευτερόλεπτα.

Ο μετρητής G-M αντιδρά στην κρούση κάθε φορτισμένου σωματιδίου, χωρίς να τα διακρίνει με βάση την ενέργεια, αλλά αν πέσει η ισχύς

της συνολικής ακτινοβολίας παραμένει αμετάβλητη, τότε ο ρυθμός μέτρησης παλμών αποδεικνύεται ανάλογος της ισχύος ακτινοβολίας και ο μετρητής μπορεί να βαθμονομηθεί σε μονάδες δόσεων ακτινοβολίας.

Η ποιότητα ενός ανιχνευτή αυτοσβέσεως εκκένωσης αερίου καθορίζεται από την εξάρτηση της μέσης συχνότητας παλμούΝανά μονάδα χρόνου τάσηςUστα ηλεκτρόδια του με σταθερή ένταση ακτινοβολίας. Αυτή η λειτουργική εξάρτηση ονομάζεται χαρακτηριστικό μέτρησης του ανιχνευτή (Εικ. 2).

Όπως προκύπτει από το σχήμα 2, ότανU < U 1 η εφαρμοζόμενη τάση δεν είναι αρκετή για να προκαλέσει εκκένωση αερίου όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο ή ένα κβαντικό γάμμα χτυπήσει τον ανιχνευτή. Ξεκινώντας με ένταση U ΣΕ > U 2 Ο ιονισμός κρούσης συμβαίνει στον μετρητή, μια εκκένωση κορώνας διαδίδεται κατά μήκος της καθόδου και ο μετρητής καταγράφει τη διέλευση σχεδόν κάθε σωματιδίου. Με ανάπτυξη U ΣΕ πρινU 3 (βλ. Εικ. 2) ο αριθμός των καταγεγραμμένων παλμών αυξάνεται ελαφρώς, γεγονός που σχετίζεται με μια ελαφρά αύξηση του βαθμού ιοντισμού του μετρητή αερίου. Ένας καλός μετρητής G-M έχει ένα τμήμα του γραφήματος από U 2 πρινU R σχεδόν ανεξάρτητη απόU ΣΕ , δηλ. τρέχει παράλληλα με τον άξοναU ΣΕ , η μέση συχνότητα παλμού είναι σχεδόν ανεξάρτητηU ΣΕ .

Ρύζι. 2. Χαρακτηριστικό μέτρησης ενός ανιχνευτή αυτοσβέσεως εκκένωσης αερίου.

3. Σχετικό σφάλμα οργάνων κατά τη μέτρηση του P n : δΡ n = ±30%.

Ας εξηγήσουμε πώς ο μετρητής παλμού μετατρέπεται σε μετρήσεις δόσης ακτινοβολίας.

Είναι αποδεδειγμένο ότι, σε σταθερή ισχύ ακτινοβολίας, ο ρυθμός μέτρησης παλμών είναι ανάλογος της ισχύος ακτινοβολίας (μετρούμενη δόση). Η μέτρηση του ρυθμού δόσης ακτινοβολίας βασίζεται σε αυτήν την αρχή.

Μόλις εμφανιστεί ένας παλμός στον μετρητή, αυτό το σήμα μεταδίδεται στη μονάδα επανυπολογισμού, όπου φιλτράρεται με βάση τη διάρκεια, το πλάτος, το άθροισμα και το αποτέλεσμα μεταδίδεται στην οθόνη μετρητή σε μονάδες δόσης ισχύος.

Η αντιστοιχία μεταξύ του ρυθμού μέτρησης και της μετρούμενης ισχύος, δηλ. Το δοσίμετρο βαθμονομείται (στο εργοστάσιο) σύμφωνα με μια γνωστή πηγή ακτινοβολίας C μικρό 137 .