Principiul de funcționare al unui contor Geiger. Principiul de funcționare al contorului Geiger și dozimetrelor moderne Scopul contorului Geiger

Folosind un contor Geiger modern, puteți măsura nivelurile de radiații materiale de construcții, teren sau apartamente, precum și mâncare. Demonstrează probabilitatea de aproape sută la sută a unei particule încărcate, deoarece doar o pereche electron-ion este suficientă pentru a o detecta.

Tehnologia pe care este creat dozimetrul modern bazat pe contorul Geiger-Muller vă permite să obțineți rezultate foarte precise într-o perioadă foarte scurtă de timp. Măsurarea durează nu mai mult de 60 de secunde, iar toate informațiile sunt afișate sub formă grafică și numerică 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 obține un rezultat precis, se recomandă efectuarea a cel puțin 5 cicluri de măsurare. O creștere a numărului de observații oferă citiri mai fiabile.

A masura radiații de fond articole precum materiale 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 ambalat folie de plastic, dar nu mai mult de un strat. Dacă dozimetrul s-a aflat mult timp la o temperatură sub 0°C, acesta trebuie menținut la temperatura camerei timp de 2 ore înainte de a efectua măsurători.

Contor Geiger

Contor Geiger SI-8B (URSS) cu o fereastră de mica pentru măsurarea radiațiilor β moi. Fereastra este transparentă, sub ea se vede un electrod de sârmă spirală; celălalt electrod este corpul dispozitivului.

Un circuit electronic suplimentar asigură contorului putere (de obicei cel puțin 300), asigură, dacă este necesar, anularea descărcărilor și numără numărul de descărcări prin contor.

Contoarele Geiger sunt împărțite în non-auto-stingere și auto-stingere (nu necesită un circuit extern de terminare a descărcarii).

Sensibilitatea contorului este determinată de compoziția gazului, de volumul acestuia, precum și de materialul și grosimea pereților săi.

Notă

Trebuie remarcat faptul că, din motive istorice, a existat o discrepanță între versiunile în rusă și engleză ale acestui termen și al celor ulterioare:

Rusă	Engleză
Contor Geiger	Senzor Geiger
tub Geiger	tub Geiger
radiometru	Contor Geiger
dozimetru	dozimetru

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce este un „contor Geiger” în alte dicționare:

Contor Geiger-Muller- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. contor Geiger Müller; Tub de contor Geiger Müller vok. Geiger Müller Zählrohr, n; GM Zählrohr, n rus. Contor Geiger Muller, m pranc. compteur de Geiger Müller, m; tub … Fizikos terminų žodynas

Contor de biți Geiger-Muller- - Subiecte industria petrolului și gazelor RO analizor electronic de înălțime a pulsului ... Ghidul tehnic al traducătorului

- ... Wikipedia

- (contor Geiger-Müller), un detector de descărcare de gaz care se declanșează atunci când o sarcină trece prin volumul său. h c. Mărimea semnalului (impulsul de curent) nu depinde de energia hc (dispozitivul funcționează în modul de autodescărcare). G. s. inventat in 1908 in Germania...... Enciclopedie fizică

Dispozitiv de descărcare în gaz pentru detectarea radiațiilor ionizante (particule a – și b, cuante g, cuante de lumină și raze X, particule de radiații cosmice etc.). Un contor Geiger-Müller este un tub de sticlă închis ermetic... Enciclopedia tehnologiei

Contor Geiger- Contor Geiger Contor Geiger, detector de particule cu descărcare de gaz. Se declanșează atunci când o particulă sau cuantum g intră în volumul său. Inventat în 1908 de fizicianul german H. Geiger și îmbunătățit de acesta împreună cu fizicianul german W. Muller. Geiger...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

Contor Geiger, detector de particule cu descărcare de gaz. Se declanșează atunci când o particulă sau cuantum g intră în volumul său. Inventat în 1908 de fizicianul german H. Geiger și îmbunătățit de acesta împreună cu fizicianul german W. Muller. Contor Geiger aplicat... ... Enciclopedie modernă

Dispozitiv de descărcare în gaz pentru detectarea și studierea diferitelor tipuri de radiații radioactive și alte radiații ionizante: particule α și β, raze γ, cuante de lumină și raze X, particule de mare energie din raze cosmice (vezi Raze cosmice) și... Marea Enciclopedie Sovietică

- [pe numele german. fizicienii H. Geiger (H. Geiger; 1882 1945) și W. Muller (W. Muller; 1905 79)] detector cu descărcare în gaz de radiații radioactive și alte radiații ionizante (particule a și beta, cuante, cuante de lumină și raze X, particule cosmice radiații... ... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

Un contor este un dispozitiv pentru a număra ceva. Contor (electronică) un dispozitiv pentru numărarea numărului de evenimente care se succed (de exemplu, impulsuri) folosind însumarea continuă sau pentru determinarea gradului de acumulare a cărui ... ... Wikipedia

Structura și principiul de funcționare al unui contor Geiger–Müller

ÎN În ultima vreme, atenția pentru siguranța radiațiilor din partea cetățenilor de rând din țara noastră este din ce în ce mai mare. 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 radiatiilor 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 prin dimensiunile totale ale camerei și alți parametri; a 20-a linie de senzori are următoarele dimensiuni: lungime 110 mm, diametru 11 mm, iar pentru al 21-lea model, lungime 20-22 mm cu diametrul de 6 mm. Este important să înțelegeți ce dimensiuni mai mari camera, cu atât este mai mare numărul de elemente radioactive care vor zbura prin ea și cu atât este mai mare sensibilitate și precizie. 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 numai cuante gamma.

D Pentru uz casnic, în prezent, se folosesc cel mai des 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, ceea ce 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 și procesul de ionizare ulterioară și camera devine capabilă. pentru a detecta următorul element radioactiv. Această metodă utilizează un rezistor 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.

Introducere

1. Scopul contoarelor

Dispozitivul și principiul de funcționare al contorului

Legile fizice de bază

1 Restaurarea funcționalității după înregistrarea unei particule

2 Caracteristici dozimetrice

3 Caracteristica de numărare a senzorului

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Contoarele Geiger-Muller sunt cele mai comune detectoare (senzori) de radiații ionizante. Până acum, inventat chiar la începutul secolului nostru pentru nevoile fizicii nucleare în curs de dezvoltare, nu există, în mod ciudat, un înlocuitor cu drepturi depline. În esență, un contor Geiger este foarte simplu. Un amestec de gaz constând în principal din neon ușor ionizat și argon este introdus într-un cilindru etanș bine evacuat cu doi electrozi. Cilindrul poate fi din sticlă, metal etc. În mod obișnuit, contoarele percep radiația pe întreaga lor suprafață, dar există și cele care au o „fereastră” specială în cilindru în acest scop.

Electrozilor se aplică o tensiune înaltă U (vezi figura), care în sine nu provoacă niciun fenomen de descărcare. Contorul va rămâne în această stare până când în mediul său gazos apare un centru de ionizare - o urmă de ioni și electroni generată de o particulă ionizantă care sosește din exterior. Electroni primari, accelerând câmp electric, ionizează „pe parcurs” alte molecule ale mediului gazos, generând din ce în ce mai mulți electroni și ioni. Dezvoltându-se ca o avalanșă, acest proces se termină cu formarea unui nor de ioni de electroni în spațiul interelectrod, crescându-i brusc conductivitatea. În mediul gazos al contorului are loc o descărcare vizibilă (dacă recipientul este transparent) chiar și cu ochiul liber.

Procesul invers - revenirea mediului gazos la starea inițială în așa-numitele contoare cu halogen - are loc de la sine. Acțiunea intră în joc cu halogeni (de obicei clor sau brom), conținute în cantități mici în mediul gazos, care contribuie la recombinarea intensă a sarcinilor. Dar acest proces este mult mai lent. Durata de timp necesară pentru a restabili sensibilitatea la radiații a unui contor Geiger și determină efectiv performanța acestuia - timpul „mort” - este o caracteristică importantă a acestuia. Astfel de contoare sunt numite contoare cu autostingere cu halogen. Caracterizati prin cea mai scăzută tensiune de alimentare, parametri excelenți ai semnalului de ieșire și viteză destul de mare, acestea s-au dovedit a fi deosebit de convenabile pentru utilizarea ca senzori de radiații ionizante în dispozitivele de monitorizare a radiațiilor de uz casnic.

Contoarele Geiger sunt capabile să răspundă la cel mai mult tipuri diferite radiații ionizante - a, b, g, ultraviolete, raze X, neutroni. Dar sensibilitatea spectrală reală a contorului depinde în mare măsură de designul său. Astfel, fereastra de intrare a unui contor sensibil la radiația a- și soft-b trebuie să fie foarte subțire; În acest scop, se folosește de obicei mica cu grosimea de 3...10 microni. Cilindrul contorului, care reacționează la radiațiile b- și g dure, are de obicei forma unui cilindru cu o grosime a peretelui de 0,05...0,06 mm (de asemenea servește ca catod al contorului). Fereastra de contor cu raze X este realizată din beriliu, iar fereastra de contor cu raze X este din sticlă de cuarț.

geiger müller contor radiatii dozimetrice

1. Scopul contoarelor

Un contor Geiger-Muller este un dispozitiv cu doi electrozi conceput pentru a determina intensitatea radiațiilor ionizante sau, cu alte cuvinte, pentru a număra particulele ionizante care apar în timpul reacțiilor nucleare: ioni de heliu (- particule), electroni (- particule), raze X cuante (- particule) și neutroni. Particulele se răspândesc la viteze foarte mari [până la 2. 10 7 m/s pentru ioni (energie până la 10 MeV) și aproximativ viteza luminii pentru electroni (energie 0,2 - 2 MeV)], datorită cărora pătrund în interiorul contorului. Rolul contorului este de a genera un impuls scurt (fracții de milisecundă) de tensiune (unități - zeci de volți) atunci când o particulă intră în volumul dispozitivului.

În comparație cu alți detectoare (senzori) de radiații ionizante (camera de ionizare, contor proporțional), contorul Geiger-Muller are o sensibilitate de prag ridicat - vă permite să controlați fondul radioactiv natural al pământului (1 particulă per cm 2 în 10). - 100 de secunde). Limita superioară de măsurare este relativ scăzută - până la 104 particule per cm 2 pe secundă sau până la 10 Sievert pe oră (Sv/h). O caracteristică specială a contorului este capacitatea de a genera impulsuri de tensiune de ieșire identice, indiferent de tipul de particule, energia acestora și numărul de ionizări produse de particule în volumul senzorului.

2. Proiectarea și principiul de funcționare a contorului

Funcționarea unui contor Geiger se bazează pe o descărcare de gaz pulsată neauto-susținută între electrozii metalici, care este inițiată de unul sau mai mulți electroni rezultați din ionizarea unei particule de gaz -, - sau -. Contoarele folosesc de obicei un electrod cilindric, iar diametrul cilindrului interior (anod) este mult mai mic (2 sau mai multe ordine de mărime) decât cel exterior (catod), ceea ce are o importanță fundamentală. Diametrul caracteristic al anodului este de 0,1 mm.

Particulele intră în contor printr-o carcasă de vid și un catod într-un design „cilindric” (Fig. 2, A) sau printr-o fereastră plată specială subțire în versiunea „finală” a designului (Fig. 2 ,b). Ultima opțiune este utilizată pentru înregistrarea particulelor care au o capacitate de penetrare scăzută (reținute, de exemplu, de o foaie de hârtie), dar care sunt foarte periculoase din punct de vedere biologic dacă sursa particulelor intră în organism. Detectoarele cu ferestre de mica sunt, de asemenea, folosite pentru a numara particulele de energie relativ scazuta (radiatie beta (“soft”).

Orez. 2. Proiecte schematice ale unui cilindric ( A) si sfarsit ( b) Contoare Geiger. Denumiri: 1 - carcasă de vid (sticlă); 2 - anod; 3 - catod; 4 - fereastra (mica, celofan)

În versiunea cilindrică a contorului, concepută pentru a înregistra particule de mare energie sau raze X moi, se folosește o carcasă de vid cu pereți subțiri, iar catodul este realizat din folie subțire sau sub formă de peliculă subțire de metal (cupru , aluminiu) depuse pe suprafata interioara scoici. Într-o serie de modele, un catod metalic cu pereți subțiri (cu elemente de rigidizare) este un element al carcasei de vid. Radiația cu raze X dure (particule) are putere de penetrare crescută. Prin urmare, este înregistrat de detectoare cu pereți destul de groși ai unei carcase de vid și un catod masiv. În contoarele de neutroni, catodul este acoperit cu un strat subțire de cadmiu sau bor, în care radiația neutronică este transformată în radiație radioactivă prin reacții nucleare.

Volumul dispozitivului este de obicei umplut cu argon sau neon cu un amestec mic (până la 1%) de argon la o presiune apropiată de cea atmosferică (10 -50 kPa). Pentru a elimina fenomenele nedorite de după descărcare, în umplerea cu gaz se introduce un amestec de brom sau vapori de alcool (până la 1%).

Capacitatea unui contor Geiger de a înregistra particulele indiferent de tipul și energia lor (de a genera un impuls de tensiune indiferent de numărul de electroni generați de particule) este determinată de faptul că, datorită diametrului foarte mic al anodului, aproape toată tensiunea aplicată electrozilor este concentrată într-un strat îngust apropiat de anod. În afara stratului există o „regiune de captare a particulelor” în care ionizează moleculele de gaz. Electronii rupți de particule din molecule sunt accelerați spre anod, dar gazul este slab ionizat din cauza intensității scăzute a câmpului electric. Ionizarea crește brusc după ce electronii intră în stratul apropiat de anod cu putere mare de câmp, unde se dezvoltă avalanșe de electroni (una sau mai multe) cu un grad foarte mare de multiplicare a electronilor (până la 10 7). Cu toate acestea, curentul rezultat din aceasta nu atinge încă o valoare corespunzătoare formării semnalului senzorului.

O creștere suplimentară a curentului până la valoarea de funcționare se datorează faptului că în avalanșe, concomitent cu ionizarea, se generează fotoni ultravioleți cu o energie de aproximativ 15 eV, suficienți pentru a ioniza moleculele de impurități din umplerea cu gaz (de exemplu, ionizarea potențialul moleculelor de brom este de 12,8 V). Electronii rezultați din fotoionizarea moleculelor din afara stratului sunt accelerați spre anod, dar aici nu se dezvoltă avalanșe din cauza intensității scăzute a câmpului și procesul are un efect redus asupra dezvoltării descărcării. În strat situația este diferită: fotoelectronii rezultați, datorită tensiunii înalte, inițiază avalanșe intense în care se generează noi fotoni. Numărul lor îl depășește pe cel inițial și procesul în strat conform schemei „fotoni - avalanșe de electroni - fotoni” crește rapid (câteva microsecunde) (intră în „modul de declanșare”). În acest caz, descărcarea de la locul primelor avalanșe inițiate de particule se propagă de-a lungul anodului („aprindere transversală”), curentul anodului crește brusc și se formează marginea anterioară a semnalului senzorului.

Marginea de fugă a semnalului (scăderea curentului) se datorează a două motive: o scădere a potențialului anodului din cauza scăderii tensiunii de la curentul pe rezistor (la marginea anterioară potențialul este menținut de capacitatea interelectrodului) și o scădere. în intensitatea câmpului electric din strat sub influența încărcăturii spațiale a ionilor după ce electronii părăsesc anodul (sarcina crește potențialele punctelor, ca urmare a căderii de tensiune pe strat scade, iar în zona de captare a particulelor crește). Ambele motive reduc intensitatea dezvoltării avalanșei, iar procesul conform schemei „avalanșă - fotoni - avalanșă” se estompează, iar curentul prin senzor scade. După sfârșitul impulsului de curent, potențialul anodului crește la nivelul inițial (cu o oarecare întârziere din cauza încărcării capacității interelectrodului prin rezistorul anodic), distribuția potențialului în golul dintre electrozi revine la forma sa inițială ca un rezultat al plecării ionilor către catod și contorul restabilește capacitatea de a înregistra sosirea de noi particule.

Sunt produse zeci de tipuri de detectoare de radiații ionizante. Pentru desemnarea acestora se folosesc mai multe sisteme. De exemplu, STS-2, STS-4 - contoare de capăt cu auto-stingere sau MS-4 - contor cu catod de cupru (B - cu wolfram, G - cu grafit) sau SAT-7 - contor de particule de capăt, SBM- 10 - contor - particule de metal, SNM-42 - contor de neutroni metalici, SRM-1 - contor pentru raze X etc.

3. Legile fizice de bază

.1 Restaurarea funcționalității după înregistrarea particulelor

Timpul necesar ionilor pentru a părăsi golul după detectarea unei particule se dovedește a fi relativ lung - câteva milisecunde, ceea ce limitează limita superioară pentru măsurarea ratei dozei de radiație. La intensitate mare de radiație, particulele ajung la intervale mai scurte decât timpul de plecare a ionilor, iar unele particule nu sunt detectate de senzor. Procesul este ilustrat printr-o oscilogramă de tensiune la anodul senzorului în timpul restaurării funcționalității acestuia (Fig. 3).

Orez. 3. Oscilograme de tensiune la anodul unui contor Geiger. Uo- amplitudinea semnalului în modul normal (sute de volți). 1 - 5 - numere de particule

Intrarea primei particule (1 în Fig. 3) în volumul senzorului inițiază o descărcare de gaz pulsată, care duce la o scădere a tensiunii cu cantitatea Uo(amplitudine normală a semnalului). Mai mult, tensiunea crește ca urmare a unei scăderi lente a curentului prin interval, pe măsură ce ionii părăsesc catodul și datorită încărcării capacității interelectrodului de la sursa de tensiune printr-un rezistor limitator. Dacă o altă particulă intră în senzor într-un interval scurt de timp după sosirea primei (2 în Fig. 3), atunci procesele de descărcare se dezvoltă slab datorită tensiunii reduse și intensității scăzute a câmpului la anod în condițiile acțiunii spațiului. sarcina ionilor. În acest caz, semnalul senzorului se dovedește a fi inacceptabil de mic. Sosirea unei a doua particule după un interval de timp mai lung după prima (particulele 3 - 5 din Fig. 3) dă un semnal de amplitudine mai mare, deoarece tensiunea crește și sarcina spațială scade.

Dacă a doua particulă intră în senzor după prima la un interval mai scurt decât intervalul de timp dintre particulele 1 și 2 din Fig. 3, atunci din motivele expuse mai sus, senzorul nu generează deloc un semnal („nu numără” particula). În acest sens, intervalul de timp dintre particulele 1 și 2 se numește „timp mort al contorului” (amplitudinea semnalului particulei 2 este de 10% din normal). Intervalul de timp dintre particulele 2 și 5 din Fig. 3 se numește „timp de recuperare a senzorului” (semnalul particulei 5 este 90% normal). În acest timp, amplitudinea semnalelor senzorului este redusă și este posibil să nu fie înregistrate de contorul de impulsuri electrice.

Timpul mort (0,01 - 1 ms) și timpul de eliberare (0,1 - 1 ms) sunt parametri importanți ai contorului Geiger. Cu cât valorile acestor parametri sunt mai mici, cu atât rata maximă de doză înregistrată este mai mare. Principalii factori care determină parametrii sunt presiunea gazului și valoarea rezistenței de limitare. Odată cu o scădere a presiunii și a valorii rezistenței, timpul mort și timpul de recuperare scad, deoarece rata de ieșire a ionilor din decalaj crește și constanta de timp a procesului de încărcare a capacității interelectrodului scade.

3.2 Caracteristici dozimetrice

Sensibilitatea unui contor Geiger este raportul dintre frecvența impulsurilor generate de senzor și rata dozei de radiație, măsurată în microsievert pe oră (μSv/h; opțiuni: Sv/s, mSv/s, μSv/s). Valori tipice de sensibilitate: 0,1 - 1 impulsuri per microsievert. În domeniul de funcționare, sensibilitatea este un coeficient de proporționalitate între citirile contorului (numărul de impulsuri pe secundă) și rata dozei. În afara intervalului, proporționalitatea este încălcată, ceea ce este reflectat de caracteristica dozimetrică a detectorului - dependența citirilor de rata dozei (Fig. 4).

Orez. Dependența ratei de numărare de rata dozei de radiații radioactive (caracteristici dozimetrice) pentru două contoare cu presiuni diferite ale gazului (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)

Din considerente fizice rezultă că citirile senzorului pe măsură ce debitul dozei crește nu pot depăși valoarea (1/), unde este timpul mort al senzorului (particulele care sosesc după un interval de timp mai scurt decât , nu sunt numărate). Prin urmare, secțiunea liniară de lucru a caracteristicii dozimetrice trece ușor în regiunea de radiație intensă într-o linie dreaptă orizontală la nivelul (1/).

Pe măsură ce timpul mort scade, caracteristica dozimetrică a senzorului merge într-o linie dreaptă orizontală pentru mai mult nivel inalt la puteri de radiație mai mari, limita superioară de măsurare crește. Această situație se observă atunci când presiunea gazului scade (Fig. 4). Totuși, în același timp, sensibilitatea senzorului scade (numărul de particule care traversează golul de descărcare de gaz fără a se ciocni cu moleculele crește). Prin urmare, pe măsură ce presiunea scade, caracteristica dozimetrică scade. Din punct de vedere matematic, caracteristica este descrisă de următoarea relație:

Unde N- rata de numarare (citirile senzorului - numarul de impulsuri pe secunda); - sensibilitate contrar (impulsuri pe secundă per microsievert); R- rata dozei de radiatii; - timpul mort al senzorului (în secunde).

3.3 Caracteristica de numărare a senzorului

Monitorizarea ratei dozei de radiație trebuie efectuată cel mai adesea în aer liber sau pe câmp, unde alimentare electrică Senzorul este alimentat de baterii sau alte surse galvanice. Tensiunea lor scade pe măsură ce funcționează. În același timp, procesele de descărcare de gaz din senzor depind de tensiune într-o măsură foarte puternică. Prin urmare, dependența citirilor contorului Geiger de tensiune la o rată constantă a dozei de radiație este una dintre cele mai importante caracteristici ale senzorului. Dependența se numește caracteristica de numărare a senzorului (Fig. 5).

Pe una dintre dependențele prezentate (curba 2) sunt marcate puncte caracteristice ANUNȚ. La tensiune joasă (în stânga punctului A) electronii generați în senzor atunci când o particulă ionizantă îi lovește inițiază avalanșe de electroni, dar intensitatea lor este insuficientă pentru a forma un impuls de curent cu amplitudinea necesară, iar citirile contorului sunt zero. Punct A corespunde „tensiunii de numărare de pornire”. Odată cu creșterea tensiunii în zonă A - B Citirile contorului cresc deoarece probabilitatea ca electronii să intre din regiunea de captare a particulelor în stratul apropiat de anod cu intensitate mare a câmpului crește. La tensiune joasă, electronii se recombină cu ionii în timpul mișcării lor către strat (se pot „lipi” mai întâi de moleculele de impurități de brom pentru a forma ioni negativi). La punctul ÎN tensiunea este suficientă pentru a muta rapid aproape toți electronii în strat, iar intensitatea recombinării este aproape de zero. Senzorul produce semnale de amplitudine normală.

În zona de lucru a caracteristicii de numărare B - C(„platoul caracteristic”) citirile contorului cresc ușor odată cu creșterea tensiunii, ceea ce are o mare importanță practică și este un avantaj al contorului Geiger. Calitatea acestuia este mai mare, cu cât platoul este mai lung (100-400 V) și cu atât este mai mică abrupta secțiunii orizontale a caracteristicii de numărare.

Orez. 5. Dependența vitezei de numărare de tensiune (caracteristica de numărare) la diferite valori ale presiunii gazului și conținutului de impurități de brom: 1 - 8 kPa, 0,5%; 2 - 16 kPa, 0,5%; 3 - 16 kPa, 0,1% pentru o rată a dozei de radiație de 5 μSv/h. A, B, C, D- punctele caracteristice ale curbei 2

Abrupta (sau panta) platoului S caracterizată prin modificarea procentuală a citirilor contorului pe unitate de tensiune:

, (2)

Unde N BȘi N C - citirile contorului la începutul și sfârșitul platoului; U BȘi U C- valorile tensiunii la începutul și sfârșitul platoului. Valorile tipice ale pantei sunt 0,01 - 0,05%/V.

Stabilitatea relativă a citirilor pe platoul caracteristicii de numărare este asigurată de un tip specific de descărcare care are loc în senzor odată cu sosirea unei particule ionizante. O creștere a tensiunii intensifică dezvoltarea avalanșelor de electroni, dar aceasta nu duce decât la o accelerare a răspândirii descărcării de-a lungul anodului, iar capacitatea contorului de a genera un semnal pe particulă nu este aproape afectată.

O ușoară creștere a ratei de numărare cu creșterea tensiunii la platoul caracteristicii de numărare este asociată cu emisia de electroni din catod sub acțiunea descărcării. Emisia este cauzată de așa-numitele procese, care înseamnă ejecția electronilor de către ioni, atomi excitați și fotoni. În mod convențional, coeficientul este considerat egal cu numărul de electroni pe ion (sunt implicați atomii și fotonii excitați). Valorile caracteristice ale coeficientului sunt 0,1 - 0,01 (10 - 100 de ioni ejectează un electron în funcție de tipul de gaz și materialul catodic). Cu astfel de valori ale coeficientului, contorul Geiger nu funcționează, deoarece electronii care părăsesc catodul sunt înregistrați ca particule ionizante (se înregistrează semnale „false”).

Funcționarea normală a contorului este asigurată prin introducerea de vapori de brom sau alcool în umplerea cu gaz („impurități de stingere”), ceea ce reduce brusc coeficientul (sub 10 -4). În acest caz, numărul de semnale false scade, de asemenea, drastic, dar rămâne vizibil (de exemplu, câteva procente). Odată cu creșterea tensiunii, procesele de descărcare se intensifică, de exemplu. numărul de ioni, atomi excitați și fotoni crește și numărul de semnale false crește în consecință. Aceasta explică creșterea ușoară a citirilor senzorului pe platoul caracteristicii de numărare (creștere a pantei) și sfârșitul platoului (tranziție la o secțiune abruptă). C- D). Pe măsură ce crește conținutul de impurități, coeficientul scade într-o măsură mai mare, ceea ce reduce panta platoului și crește lungimea acestuia (curbele 2 și 3 din Fig. 5).

Mecanismul fizic de acțiune al impurităților de stingere este o scădere bruscă a furnizării de ioni, atomi excitați și fotoni către catod, care poate provoca emisia de electroni, precum și o creștere a funcției de lucru a electronilor din catod. Ionii gazului principal (neon sau argon) în procesul de deplasare către catod devin atomi neutri ca urmare a „schimbului de sarcină” în ciocnirile cu moleculele de impurități, deoarece potențialele de ionizare ale neonului și argonului sunt mai mari decât cele ale bromului. și alcool (respectiv: 21,5 V; 15,7 V; 12,8 V; 11,3 V). Energia eliberată în acest caz este cheltuită pentru distrugerea moleculelor sau pentru formarea fotonilor cu energie scăzută care nu sunt capabili să provoace fotoemisia de electroni. În plus, astfel de fotoni sunt bine absorbiți de moleculele de impurități.

Ionii de impurități formați în timpul schimbului de încărcare intră în catod, dar nu provoacă emisia de electroni. În cazul bromului, acest lucru se explică prin faptul că energia potențială a ionului (12,8 eV) nu este suficientă pentru a scoate doi electroni din catod (unul pentru a neutraliza ionul, iar celălalt pentru a declanșa o avalanșă de electroni) , deoarece funcția de lucru a electronilor care părăsesc catodul în prezența unei impurități brom crește la 7 eV. În cazul alcoolului, la neutralizarea ionilor la catod, energia eliberată este de obicei cheltuită pentru disocierea moleculei complexe, și nu pentru ejecția electronilor.

Atomii excitați cu viață lungă (metastabili) ai gazului principal care apar în descărcare pot, în principiu, să cadă pe catod și să provoace emisia de electroni, deoarece energia lor potențială este destul de mare (de exemplu, 16,6 eV pentru neon). Cu toate acestea, probabilitatea procesului se dovedește a fi foarte scăzută, deoarece atomii, atunci când se ciocnesc cu moleculele de impurități, își transferă energia lor - „stinși”. Energia este cheltuită pentru disocierea moleculelor de impurități sau pentru emisia de fotoni cu energie scăzută, care nu provoacă fotoemisia de electroni din catod și sunt bine absorbiți de moleculele de impurități.

Aproximativ în același mod, fotonii de înaltă energie care sosesc din descărcare, capabili să provoace emisia de electroni din catod, sunt „stinși”: sunt absorbiți de moleculele de impurități cu consum de energie ulterioară pentru disocierea moleculelor și emisia de fotoni de joasă energie.

Durabilitatea contoarelor cu adăugarea de brom este mult mai mare (10 10 - 10 11 impulsuri), deoarece nu este limitată de descompunerea moleculelor de impuritate de stingere. Scăderea concentrației de brom se datorează activității sale chimice relativ ridicate, care complică tehnologia de fabricare a senzorilor și impune restricții la alegerea materialului catodic (de exemplu, se utilizează oțel inoxidabil).

Caracteristica de numărare depinde de presiunea gazului: odată cu creșterea acesteia, tensiunea la începutul numărării crește (punctul Aîn Fig. 5 se deplasează la dreapta), iar nivelul platoului crește ca urmare a captării mai eficiente a particulelor ionizante de către moleculele de gaz din senzor (curbele 1 și 2 din Fig. 5). Creșterea tensiunii de pornire a numărării se explică prin faptul că condițiile din senzor corespund ramurii drepte a curbei Paschen.

Concluzie

Utilizarea pe scară largă a contorului Geiger-Muller se explică prin sensibilitatea sa ridicată, capacitatea de a detecta diferite tipuri de radiații și simplitatea comparativă și costul redus de instalare. Contorul a fost inventat în 1908 de Geiger și îmbunătățit de Müller.

Un contor Geiger-Muller cilindric constă dintr-un tub metalic sau un tub de sticlă metalizat din interior și un fir subțire de metal întins de-a lungul axei cilindrului. Filetul servește ca anod, tubul ca catod. Tubul este umplut cu gaz rarefiat; în cele mai multe cazuri, se folosesc gaze nobile - argon și neon. Între catod și anod se creează o tensiune de aproximativ 400 V. Pentru majoritatea contoarelor există un așa-numit platou, care se află de la aproximativ 360 la 460 V, în acest interval mici fluctuații de tensiune nu afectează viteza de numărare.

Funcționarea contorului se bazează pe ionizarea de impact, γ-quanta emisă de un izotop radioactiv, lovind pereții contorului, scot electroni din acesta. Electronii care se deplasează prin gaz și se ciocnesc cu atomii de gaz scot electronii din atomi și creează ioni pozitivi și electroni liberi. Câmpul electric dintre catod și anod accelerează electronii până la energii la care începe ionizarea de impact. Are loc o avalanșă de ioni, iar curentul prin contor crește brusc. În acest caz, se formează un impuls de tensiune la rezistența R, care este alimentat dispozitivului de înregistrare. Pentru ca contorul să înregistreze următoarea particulă care o lovește, descărcarea de avalanșă trebuie să fie stinsă. Acest lucru se întâmplă automat. În momentul în care apare pulsul de curent, are loc o cădere mare de tensiune pe rezistența R, astfel încât tensiunea dintre anod și catod scade brusc - atât de mult încât descărcarea se oprește și contorul este din nou gata de funcționare.

O caracteristică importantă a contorului este eficiența acestuia. Nu toți fotonii γ care lovesc contorul vor da electroni secundari și vor fi înregistrați, deoarece actele de interacțiune a razelor γ cu materia sunt relativ rare, iar unii dintre electronii secundari sunt absorbiți în pereții dispozitivului fără a ajunge la gaz. volum.

Eficiența contorului depinde de grosimea pereților contra, de materialul acestora și de energia radiației γ. Cele mai eficiente sunt contoarele ai căror pereți sunt confecționați dintr-un material cu un număr atomic mare Z, deoarece acest lucru crește formarea de electroni secundari. În plus, pereții contorului trebuie să fie suficient de groși. Grosimea peretelui contrar este selectată din condiția ca aceasta să fie egală cu calea liberă medie a electronilor secundari din materialul peretelui. Dacă grosimea peretelui este mare, electronii secundari nu vor trece în volumul de lucru al contorului și nu va apărea un impuls de curent. Deoarece radiația γ interacționează slab cu materia, eficiența contoarelor γ este de obicei scăzută și se ridică la doar 1-2%. Un alt dezavantaj al contorului Geiger-Muller este că nu oferă capacitatea de a identifica particulele și de a determina energia acestora. Aceste dezavantaje sunt absente în contoarele de scintilație.

Bibliografie

1 Acton D.R. Dispozitive de descărcare de gaze cu catod rece. M.;L.: Energie, 1965.

2 Kaganov I.L. Dispozitive ionice. M.: Energie, 1972.

3 Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Dispozitive electronice electrovacuum și de descărcare în gaz: Manual. M.: Radio și comunicare, 1985.

4 Knoll M., Eichmeicher I. Electronica tehnică T. 2. M.: Energy, 1971.

5 Sidorenko V.V. Detectoare de radiații ionizante: Manual. L.: Construcții navale, 1989

Contor Geiger— un dispozitiv de descărcare în gaz pentru numărarea numărului de particule ionizante care trec prin acesta. Este un condensator umplut cu gaz care se sparge atunci când o particulă ionizantă apare în volumul de gaz. Contoarele Geiger sunt detectoare (senzori) destul de populare de radiații ionizante. Până acum, inventat chiar la începutul secolului nostru pentru nevoile fizicii nucleare în curs de dezvoltare, nu există, în mod ciudat, un înlocuitor cu drepturi depline.

Designul unui contor Geiger este destul de simplu. Un amestec de gaz constând din neon ușor ionizat și argon este introdus într-un recipient etanș cu doi electrozi. Materialul cilindrului poate fi diferit - sticlă, metal etc.

În mod obișnuit, contoarele percep radiația pe întreaga lor suprafață, dar există și cele care au o „fereastră” specială în cilindru în acest scop. Utilizarea pe scară largă a contorului Geiger-Muller se explică prin sensibilitatea sa ridicată, capacitatea de a detecta diferite radiații, simplitatea comparativă și costul redus de instalare.

Schema de conectare a contorului Geiger

Electrozilor se aplică o tensiune înaltă U (vezi figura), care în sine nu provoacă niciun fenomen de descărcare. Contorul va rămâne în această stare până când un centru de ionizare apare în mediul său gazos - o urmă de ioni și electroni generată de o particulă ionizantă care sosește din exterior. Electronii primari, accelerând într-un câmp electric, ionizează „pe parcurs” alte molecule ale mediului gazos, generând din ce în ce mai mulți electroni și ioni noi. Dezvoltându-se ca o avalanșă, acest proces se încheie cu formarea unui nor de ioni de electroni în spațiul dintre electrozi, crescând semnificativ conductivitatea acestuia. În mediul gazos al contorului are loc o descărcare vizibilă (dacă recipientul este transparent) chiar și cu ochiul liber.

Procesul invers - restabilirea mediului gazos la starea sa originală în așa-numitele contoare cu halogen - are loc de la sine. Halogenii (de obicei clor sau brom), conținuți în cantități mici în mediul gazos, intră în joc și contribuie la recombinarea intensă a sarcinilor. Dar acest proces este destul de lent. Timpul necesar pentru a restabili sensibilitatea la radiații a unui contor Geiger și ceea ce determină de fapt performanța acestuia - timpul „mort” - este principala caracteristică a pașaportului.

Astfel de contoare sunt desemnate ca contoare cu auto-stingere cu halogen. Dispunând de o tensiune de alimentare foarte scăzută, parametri buni semnal de ieșire și viteză suficient de mare, s-au dovedit a fi solicitați ca senzori de radiații ionizante în dispozitivele de monitorizare a radiațiilor de uz casnic.

Contoarele Geiger sunt capabile să detecteze o varietate de tipuri de radiații ionizante - a, b, g, ultraviolete, raze X, neutroni. Dar sensibilitatea spectrală reală a contorului depinde foarte mult de designul său. Astfel, fereastra de intrare a unui contor sensibil la radiația a- și soft-b trebuie să fie destul de subțire; În acest scop, se folosește de obicei mica cu grosimea de 3...10 microni. Cilindrul contorului, care reacționează la radiațiile b- și g dure, are de obicei forma unui cilindru cu o grosime a peretelui de 0,05....0,06 mm (de asemenea servește ca catod al contorului). Fereastra de contor cu raze X este realizată din beriliu, iar fereastra de contor cu raze X este din sticlă de cuarț.

Dependența vitezei de numărare de tensiunea de alimentare într-un contor Geiger

Borul este introdus în contorul de neutroni, la interacțiunea cu care fluxul de neutroni este convertit în particule a ușor de înregistrat. Radiația fotonică - ultraviolete, raze X, radiații g - contoarele Geiger percep indirect - prin efect fotoelectric, efect Compton, efect de creare de perechi; în fiecare caz, radiația care interacționează cu substanța catodică este transformată într-un flux de electroni.

Fiecare particulă detectată de contor formează un impuls scurt în circuitul său de ieșire. Numărul de impulsuri care apar pe unitatea de timp – rata de numărare a unui contor Geiger – depinde de nivelul radiațiilor ionizante și de tensiunea electrozilor săi. Program standard Dependența vitezei de numărare de tensiunea de alimentare Upit este prezentată în figura de mai sus. Aici Uns este tensiunea de pornire a numărării; Ung și Uvg sunt limitele inferioare și superioare ale secțiunii de lucru, așa-numitul platou, la care viteza de numărare este aproape independentă de tensiunea de alimentare a contorului. Tensiunea de operare Uр este de obicei selectată la mijlocul acestei secțiuni. Ea corespunde cu Np - viteza de numărare în acest mod.

Dependența ratei de numărare de gradul de expunere la radiații a contorului este principala sa caracteristică. Graficul acestei dependențe este de natură aproape liniară și, prin urmare, sensibilitatea la radiații a contorului este adesea prezentată în termeni de puls/μR (impulsuri per microroentgen; această dimensiune rezultă din raportul dintre viteza de numărare - puls/s - la radiație nivel - μR/s).

În cazurile în care nu este indicat, sensibilitatea la radiații a contorului trebuie determinată de celălalt parametru extrem de important al acestuia - propriul fundal. Acesta este numele pentru rata de numărare, al cărei factor este de două componente: extern - radiația naturală de fond și intern - radiația radionuclizilor găsiți în structura contorului în sine, precum și emisia spontană de electroni a catodului său.

Dependența ratei de numărare de energia cuantelor gamma („curs cu rigiditate”) într-un contor Geiger

O altă caracteristică esențială a unui contor Geiger este dependența sensibilității sale la radiații de energia ("duritatea") particulelor ionizante. Măsura în care această dependență este semnificativă este prezentată de graficul din figură. „Călărit cu rigiditate” va afecta în mod evident acuratețea măsurătorilor efectuate.

Faptul că contorul Geiger este un dispozitiv de avalanșă are și dezavantajele sale - reacția unui astfel de dispozitiv nu poate fi folosită pentru a judeca cauza principală a excitației sale. Impulsurile de ieșire generate de un contor Geiger sub influența particulelor a, a electronilor și a cuantelor g nu sunt diferite. Particulele în sine și energiile lor dispar complet în avalanșele gemene pe care le generează.

Tabelul oferă informații despre contoarele Geiger cu halogen cu auto-stingere de producție internă, cele mai potrivite pentru dispozitivele de monitorizare a radiațiilor de uz casnic.

	1	2	3	4	5	6	7
SBM19	400	100	2	310*	50	19x195	1
SBM20	400	100	1	78*	50	11x108	1
SBT9	380	80	0,17	40*	40	12x74	2
SBT10A	390	80	2,2	333*	5	(83x67x37)	2
SBT11	390	80	0,7	50*	10	(55x29x23,5)	3
SI8B	390	80	2	350-500	20	82x31	2
SI14B	400	200	2	300	30	84x26	2
SI22G	390	100	1,3	540*	50	19x220	4
SI23BG	400	100	2	200-400*	—	19x195	1

• 1 — tensiune de lucru, V;
• 2 — platou — regiune de dependență scăzută a vitezei de numărare față de tensiunea de alimentare, V;
• 3 — fondul propriu al contorului, imp/s, nu mai mult;
• 4 — sensibilitatea la radiații a contorului, imp/μR (* — pentru cobalt-60);
• 5 — amplitudinea impulsului de ieșire, V, nu mai mică;
• 6 - dimensiuni, mm - diametru x lungime (lungime x latime x inaltime);
• 7.1 - radiații b - și g dure;
• 7.2 - aceeași și moale b - radiație;
• 7.3 - la fel și a - radiație;
• 7,4 - g - radiații.