Методи и технически средства за регистрация на радиация. Йонизационни методи на дозиметрия

Брояч на Гайгер SI-8B (СССР) със слюден прозорец за измерване на меко β-лъчение. Прозорецът е прозрачен, под него се вижда спираловиден електрод, другият електрод е тялото на устройството

История

Принципът е предложен през 1908 г. от Ханс Гайгер; през 1928 г. Валтер Мюлер, работещ под ръководството на Гайгер, прилага на практика няколко версии на устройството, които се различават по дизайн в зависимост от вида на излъчването, което броячът регистрира.

устройство

Това е напълнен с газ кондензатор, който се пробива, когато йонизираща частица премине през обем газ. Допълнителна електронна схема осигурява на измервателния уред захранване (обикновено най-малко 300 волта). Ако е необходимо, осигурява потискане на разряда и отчита броя на разрядите през брояча.

Броячите на Гайгер са разделени на несамозагасяващи и самозагасващи (не изискват външна верига за прекратяване на разряда).

При измерване на слаби потоци на йонизиращо лъчение с брояч на Гайгер е необходимо да се вземе предвид собственият му фон. Дори при дебела оловна екранировка скоростта на броене никога не отива на нула. Една от причините за тази спонтанна активност на брояча е твърдият компонент на космическото излъчване, който прониква без значително затихване дори през десетки сантиметри олово и се състои главно от мюони. През всеки квадратен сантиметър близо до повърхността на Земята минава средно около 1 мюон в минута, докато ефективността на регистрирането им с брояч на Гайгер е почти 100%. Друг фонов източник е радиоактивното "замърсяване" на материалите на самия брояч. В допълнение, значителен принос към вътрешния фон има спонтанната емисия на електрони от катода на брояча.

Брояч на Гайгер-Мюлер

д За определяне на нивото на радиация се използва специално устройство -. И за такива устройства на домакински и повечето професионални дозиметрични контролни устройства се използва като чувствителен елемент Брояч на Гайгер . Тази част от радиометъра ви позволява точно да определите нивото на радиация.

История на брояча на Гайгер

AT първо, устройство за определяне на интензивността на разпадането на радиоактивни материали е роден през 1908 г., той е изобретен от германец физик Ханс Гайгер . Двадесет години по-късно, заедно с друг физик Валтер Мюлер устройството е подобрено и в чест на тези двама учени е кръстено.

AT В периода на развитие и формиране на ядрената физика в бившия Съветски съюз се създават и съответните устройства, които намират широко приложение във въоръжените сили, в атомните електроцентрали и в специални групи за радиационен мониторинг на гражданската защита. От седемдесетте години на миналия век такива дозиметри включват брояч, базиран на принципите на Гайгер, а именно SBM-20 . Този брояч, точно като друг негов аналоз STS-5 , се използва широко и до днес и също е част от съвременни средства за дозиметричен контрол .

Фиг. 1. Газоразряден брояч STS-5.

Фиг.2. Газоразряден брояч SBM-20.

Принципът на действие на брояча на Гайгер-Мюлер

И Идеята за регистриране на радиоактивни частици, предложена от Гайгер, е сравнително проста. Той се основава на принципа на появата на електрически импулси в среда на инертен газ под действието на силно заредена радиоактивна частица или квант от електромагнитни трептения. За да се спрем по-подробно на механизма на действие на брояча, нека се спрем малко на неговия дизайн и процесите, протичащи в него, когато радиоактивна частица преминава през чувствителния елемент на устройството.

Р регистриращото устройство е запечатан цилиндър или контейнер, който е пълен с инертен газ, може да бъде неон, аргон и др. Такъв контейнер може да бъде направен от метал или стъкло, а газът в него е под ниско налягане, това се прави нарочно, за да се опрости процеса на откриване на заредена частица. Вътре в контейнера има два електрода (катод и анод), към които се подава високо постоянно напрежение чрез специален товарен резистор.

Фиг.3. Устройството и веригата за включване на брояча на Гайгер.

П Когато измервателният уред е активиран в среда с инертен газ, не се появява разреждане на електродите поради високото съпротивление на средата, но ситуацията се променя, ако радиоактивна частица или квант от електромагнитни трептения навлезе в камерата на чувствителния елемент на устройството . В този случай частица с достатъчно висок енергиен заряд избива определен брой електрони от най-близката среда, т.е. от елементите на тялото или от самите физически електроди. Такива електрони, попаднали в среда на инертен газ, под действието на високо напрежение между катода и анода, започват да се движат към анода, като по пътя йонизират молекулите на този газ. В резултат на това те избиват вторични електрони от молекулите на газа и този процес нараства в геометричен мащаб, докато не настъпи пробив между електродите. В състояние на разреждане веригата се затваря за много кратък период от време и това причинява скок на тока в резистора на натоварване и именно този скок ви позволява да регистрирате преминаването на частица или квант през регистрационната камера.

т Този механизъм прави възможно регистрирането на една частица, но в среда, където йонизиращото лъчение е достатъчно интензивно, е необходимо бързо връщане на регистрационната камера в първоначалното й положение, за да може да се определи нова радиоактивна частица . Това се постига по два различни начина. Първият от тях е да спрете подаването на напрежение към електродите за кратък период от време, като в този случай йонизацията на инертния газ спира рязко, а новото включване на тестовата камера ви позволява да започнете да записвате от самото начало. Този тип брояч се нарича несамозагасяващи се дозиметри . Вторият тип устройства, а именно самозагасващи се дозиметри, принципът на тяхната работа е да добавят специални добавки на базата на различни елементи към средата на инертен газ, например бром, йод, хлор или алкохол. В този случай тяхното присъствие автоматично води до прекратяване на изхвърлянето. При такава структура на тестовата камера съпротивленията понякога от няколко десетки мегаома се използват като резистор на натоварване. Това позволява по време на разряда рязко да се намали потенциалната разлика в краищата на катода и анода, което спира проводящия процес и камерата се връща в първоначалното си състояние. Трябва да се отбележи, че напрежението на електродите под 300 волта автоматично спира да поддържа разряда.

Целият описан механизъм позволява да се регистрира огромен брой радиоактивни частици за кратък период от време.

Видове радиоактивно излъчване

Х за да разберете какво е регистрирано Броячи на Гайгер-Мюлер , струва си да се спрем на това какви видове съществуват. Струва си да се спомене веднага, че газоразрядните броячи, които са част от повечето съвременни дозиметри, могат да регистрират само броя на радиоактивните заредени частици или кванти, но не могат да определят нито техните енергийни характеристики, нито вида на излъчването. За да направите това, дозиметрите са направени по-многофункционални и насочени и за да ги сравните правилно, трябва по-точно да разберете техните възможности.

П според съвременните представи на ядрената физика, радиацията може да бъде разделена на два вида, първият във формата електромагнитно поле , вторият във формата поток на частици (корпускулна радиация). Първият тип може да бъде поток от гама частици или рентгенови лъчи . Основната им характеристика е способността да се разпространяват под формата на вълна на много големи разстояния, като същевременно те лесно преминават през различни обекти и могат лесно да проникнат в голямо разнообразие от материали. Например, ако човек трябва да се скрие от потока гама лъчи поради ядрена експлозия, след което се крие в мазето на къща или бомбоубежище, при условие на относителната му плътност, той може да се предпази от този вид радиация само чрез 50 процента.

Фиг.4. Кванти на рентгеново и гама лъчение.

т какъв вид излъчване е с импулсен характер и се характеризира с разпространение в околната среда под формата на фотони или кванти, т.е. кратки изблици на електромагнитно излъчване. Такова излъчване може да има различни енергийни и честотни характеристики, например рентгеновото лъчение има хиляди пъти по-ниска честота от гама лъчите. Така гама лъчите са много по-опасни за човешкото тяло и тяхното въздействие е много по-разрушително.

И Радиацията, базирана на корпускуларния принцип, е алфа и бета частици (корпускули). Те възникват в резултат на ядрена реакция, при която някои радиоактивни изотопи се превръщат в други с освобождаване на огромно количество енергия. В този случай бета-частиците са поток от електрони, а алфа-частиците са много по-големи и по-стабилни образувания, състоящи се от два неутрона и два протона, свързани един с друг. Всъщност ядрото на хелиевия атом има такава структура, така че може да се твърди, че потокът от алфа частици е потокът от хелиеви ядра.

Приета е следната класификация , алфа частиците имат най-малко проникваща способност да се предпазят от тях, дебел картон е достатъчен за човек, бета частиците имат по-голяма проникваща способност, така че човек да може да се предпази от поток от такова излъчване, ще му трябва метална защита a с дебелина няколко милиметра (например алуминиев лист). Практически няма защита от гама квантите и те се разпространяват на значителни разстояния, избледнявайки, когато се отдалечават от епицентъра или източника, и се подчиняват на законите за разпространение на електромагнитните вълни.

Фиг.5. Радиоактивни частици алфа и бета тип.

Да се Количествата енергия, притежавани от всичките тези три вида радиация, също са различни, а потокът от алфа частици има най-големия от тях. Например, енергията, притежавана от алфа частиците, е седем хиляди пъти по-голяма от енергията на бета частиците , т.е. Проникващата сила на различните видове лъчения е обратно пропорционална на тяхната проникваща сила.

д За човешкото тяло най-опасният вид радиоактивно излъчване се счита гама кванти , поради високата проникваща способност, а след това и низходящите, бета частици и алфа частици. Следователно е доста трудно да се определят алфа-частиците, ако е невъзможно да се каже с конвенционален брояч. Гайгер - Мюлер, тъй като почти всеки предмет е пречка за тях, да не говорим за стъклен или метален съд. Възможно е да се определят бета частици с такъв брояч, но само ако енергията им е достатъчна да премине през материала на контейнера на брояча.

За нискоенергийни бета частици конвенционалният брояч на Гайгер-Мюлер е неефективен.

О В подобна ситуация с гама-лъчението има възможност те да преминат през контейнера, без да предизвикат йонизираща реакция. За да направите това, в измервателните уреди е инсталиран специален екран (направен от плътна стомана или олово), който ви позволява да намалите енергията на гама лъчите и по този начин да активирате разряда в камерата на брояча.

Основни характеристики и разлики на броячите на Гайгер-Мюлер

С Също така си струва да се подчертаят някои от основните характеристики и разлики на различните дозиметри, оборудвани с Газоразрядни броячи на Гайгер-Мюлер. За да направите това, трябва да сравните някои от тях.

Най-често срещаните броячи на Гайгер-Мюлер са оборудвани с цилиндричнаили крайни сензори. Цилиндричните са подобни на продълговат цилиндър под формата на тръба с малък радиус. Крайната йонизационна камера има кръгла или правоъгълна форма с малък размер, но със значителна крайна работна повърхност. Понякога има разновидности на крайни камери с удължена цилиндрична тръба с малък входен прозорец от крайната страна. Различните конфигурации на броячите, а именно самите камери, могат да регистрират различни видове радиация или комбинации от тях (например комбинации от гама и бета лъчи или целия спектър на алфа, бета и гама). Това става възможно благодарение на специално проектирания дизайн на корпуса на брояча, както и на материала, от който е направен.

Е Друг важен компонент за предназначението на измервателните уреди е площта на входния чувствителен елемент и работната зона . С други думи, това е секторът, през който ще влизат и се регистрират интересни за нас радиоактивни частици. Колкото по-голяма е тази площ, толкова повече броячът ще може да улавя частици и толкова по-силна ще бъде чувствителността му към радиация. Паспортните данни k показват площта на работната повърхност, като правило, в квадратни сантиметри.

Е Друг важен показател, който е посочен в характеристиките на дозиметъра, е ниво на шума (измерва се в импулси в секунда). С други думи, този индикатор може да се нарече присъща фонова стойност. Може да се определи в лаборатория, за това устройството се поставя в добре защитено помещение или камера, обикновено с дебели оловни стени, и се записва нивото на излъчване от самия уред. Ясно е, че ако такова ниво е достатъчно значително, тогава тези индуцирани шумове ще повлияят пряко на грешките в измерването.

Всеки професионалист и радиация има такава характеристика като радиационна чувствителност, също измерена в импулси в секунда (imp/s) или в импулси на микрорентген (imp/µR). Такъв параметър, или по-скоро неговото използване, директно зависи от източника на йонизиращо лъчение, към който е настроен броячът и върху който ще се извърши по-нататъшно измерване. Често настройката се извършва от източници, включително такива радиоактивни материали като радий - 226, кобалт - 60, цезий - 137, въглерод - 14 и други.

Е Друг индикатор, по който си струва да сравнявате дозиметрите, е ефективност на откриване на йонна радиация или радиоактивни частици. Наличието на този критерий се дължи на факта, че не всички радиоактивни частици, преминаващи през чувствителния елемент на дозиметъра, ще бъдат регистрирани. Това може да се случи в случай, когато квантът на гама лъчението не е причинил йонизация в камерата на брояча, или броят на частиците, които са преминали и са причинили йонизация и разряд, е толкова голям, че устройството не ги отчита адекватно и поради някои други причини. За да се определи точно тази характеристика на конкретен дозиметър, той се тества с помощта на някои радиоактивни източници, например плутоний-239 (за алфа частици), или талий - 204, стронций - 90, итрий - 90 (бета емитер), както и други радиоактивни материали.

С Следващият критерий, който трябва да се вземе предвид е регистриран енергиен обхват . Всяка радиоактивна частица или радиационен квант има различна енергийна характеристика. Следователно дозиметрите са предназначени да измерват не само определен вид радиация, но и съответните им енергийни характеристики. Такъв индикатор се измерва в мегаелектронволта или килоелектронволта (MeV, KeV). Например, ако бета частиците нямат достатъчно енергия, тогава те няма да могат да избият електрон в противоположната камера и следователно няма да бъдат регистрирани или само високоенергийни алфа частици ще могат да пробият материал на тялото на брояча на Гайгер-Мюлер и нокаутира електрон.

И Въз основа на гореизложеното съвременните производители на радиационни дозиметри произвеждат широка гама от устройства за различни цели и специфични индустрии. Ето защо си струва да се обмислят конкретни видове броячи на Гайгер.

Различни варианти на броячите на Гайгер-Мюлер

П Първата версия на дозиметрите са устройства, предназначени за регистриране и откриване на гама фотони и високочестотно (твърдо) бета лъчение. Почти всички произведени по-рано и модерни, както домакински, например:, така и професионални радиационни дозиметри, например, са проектирани за този диапазон на измерване. Такова излъчване има достатъчна енергия и висока проникваща способност, така че камерата на брояча на Гайгер да може да ги регистрира. Такива частици и фотони лесно проникват през стените на брояча и предизвикват процеса на йонизация, като това лесно се записва от съответното електронно пълнене на дозиметъра.

д За регистриране на този вид излъчване се използват популярни броячи като напр SBM-20 , имащ сензор под формата на цилиндрична тръба-цилиндър с коаксиално свързани катод и анод. Освен това стените на сензорната тръба служат едновременно като катод и корпус и са изработени от неръждаема стомана. Този брояч има следните характеристики:

• площта на работната зона на чувствителния елемент е 8 квадратни сантиметра;
• радиационна чувствителност към гама лъчение от порядъка на 280 импулса / s, или 70 импулса / μR (тестването беше проведено за цезий - 137 при 4 μR / s);
• вътрешният фон на дозиметъра е около 1 imp/s;
• Сензорът е предназначен да открива гама лъчение с енергия в диапазона от 0,05 MeV до 3 MeV и бета частици с енергия 0,3 MeV по долната граница.

Фиг.6. Гайгеров брояч SBM-20.

В Имаше различни модификации на този брояч, напр. SBM-20-1 или SBM-20U , които имат сходни характеристики, но се различават по основния дизайн на контактните елементи и измервателната верига. Други модификации на този брояч на Гайгер-Мюлер, а това са SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, също имат подобни параметри, много от тях се намират в битовите радиационни дозиметри, които днес могат да бъдат намерени в магазините .

С Следващата група радиационни дозиметри е предназначена за регистриране гама фотони и рентгенови лъчи . Ако говорим за точността на такива устройства, тогава трябва да се разбере, че фотонното и гама-лъчението са кванти на електромагнитно излъчване, които се движат със скоростта на светлината (около 300 000 km / s), така че регистрирането на такъв обект е доста трудна задача.

Ефективността на такива броячи на Гайгер е около един процент.

Х За да го увеличите, е необходимо увеличаване на катодната повърхност. Всъщност гама квантите се записват индиректно, благодарение на избитите от тях електрони, които впоследствие участват в йонизацията на инертен газ. За да се насърчи това явление възможно най-ефективно, материалът и дебелината на стената на контракамерата, както и размерите, дебелината и материала на катода са специално подбрани. Тук голяма дебелина и плътност на материала могат да намалят чувствителността на регистрационната камера, а твърде малката ще позволи на високочестотното бета лъчение лесно да влезе в камерата, а също така ще увеличи количеството радиационен шум, естествен за устройството, което ще заглушават точността на откриване на гама кванти. Естествено, точните пропорции се избират от производителите. Всъщност на този принцип се произвеждат дозиметрите Броячи на Гайгер-Мюлер за директно определяне на гама лъчение на земята, докато такова устройство изключва възможността за определяне на всякакви други видове радиация и радиоактивни ефекти, което ви позволява точно да определите радиационното замърсяване и нивото на отрицателно въздействие върху човек само от гама лъчение .

AT битови дозиметри, които са оборудвани с цилиндрични сензори, са инсталирани следните типове: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 и много други. Освен това при някои типове на входния, краен, чувствителен прозорец е инсталиран специален филтър, който специално служи за отрязване на алфа и бета частици и допълнително увеличава катодната площ, за по-ефективно определяне на гама квантите. Тези сензори включват Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M и други.

Х За да разберете по-ясно принципа на тяхното действие, си струва да разгледаме по-подробно един от тези броячи. Например краен брояч със сензор Бета - 2M , който е със заоблена форма на работния прозорец, който е около 14 квадратни сантиметра. В този случай радиационната чувствителност към кобалт - 60 е около 240 импулса / μR. Този тип измервателни уреди имат много ниска производителност на собствен шум. , което е не повече от 1 импулс в секунда. Това е възможно благодарение на дебелостенната оловна камера, която от своя страна е предназначена да открива фотонно излъчване с енергии в диапазона от 0,05 MeV до 3 MeV.

Фиг.7. Краен гама брояч Бета-2М.

За определяне на гама лъчението е напълно възможно да се използват броячи за гама-бета импулси, които са предназначени за откриване на твърди (високочестотни и високоенергийни) бета частици и гама кванти. Например, моделът SBM е 20. Ако искате да изключите регистрирането на бета частици в този модел дозиметър, тогава е достатъчно да инсталирате оловен екран или щит, изработен от друг метален материал (оловен екран е по-ефективен ). Това е най-често срещаният начин, който повечето дизайнери използват, когато създават броячи за гама и рентгенови лъчи.

Регистрация на "меко" бета лъчение.

Да се Както споменахме по-рано, регистрирането на меко бета лъчение (лъчение с ниски енергийни характеристики и относително ниска честота) е доста трудна задача. За целта е необходимо да се осигури възможност за по-лесното им проникване в регистрационната камера. За тези цели се изработва специален тънък работен прозорец, обикновено от слюда или полимерен филм, който практически не създава пречки за проникването на този вид бета-лъчение в йонизационната камера. В този случай самото тяло на сензора може да действа като катод, а анодът е система от линейни електроди, които са равномерно разпределени и монтирани върху изолатори. Прозорецът за регистрация е направен в крайната версия и в този случай по пътя на бета частиците се появява само тънък слюден филм. В дозиметрите с такива броячи гама-лъчението се регистрира като приложение и всъщност като допълнителна функция. И ако искате да се отървете от регистрацията на гама кванти, тогава трябва да сведете до минимум повърхността на катода.

Фиг.8. Устройство за брояч на Гайгер.

С Трябва да се отбележи, че броячите за определяне на меки бета частици са създадени доста отдавна и успешно се използват през втората половина на миналия век. Сред тях най-разпространени бяха сензорите от типа SBT10 и SI8B , който имаше тънкостенни работни прозорци от слюда. По-модерна версия на такова устройство Бета 5има работна площ на прозореца от около 37 кв/см, правоъгълна форма от слюден материал. При такива размери на чувствителния елемент устройството е в състояние да регистрира около 500 импулса/µR, ако се измерва с кобалт - 60. В същото време ефективността на откриване на частици е до 80 процента. Други показатели на това устройство са както следва: собственият шум е 2,2 импулса / s, обхватът на откриване на енергия е от 0,05 до 3 MeV, докато долният праг за определяне на мека бета радиация е 0,1 MeV.

Фиг.9. Край на бета-гама брояч Бета-5.

И Естествено, заслужава си да се спомене Броячи на Гайгер-Мюлерспособни да откриват алфа частици. Ако регистрирането на меко бета лъчение изглежда доста трудна задача, тогава е още по-трудно да се открие алфа частица, дори и с високи енергийни показатели. Такъв проблем може да бъде решен само чрез съответно намаляване на дебелината на работния прозорец до дебелина, която ще бъде достатъчна за преминаването на алфа частица в регистрационната камера на сензора, както и чрез почти пълно приближаване на входа прозорец към източника на излъчване на алфа частици. Това разстояние трябва да бъде 1 мм. Ясно е, че такова устройство автоматично ще регистрира всякакви други видове радиация и освен това с достатъчно висока ефективност. Това има както положителни, така и отрицателни страни:

Положителен - такова устройство може да се използва за най-широк обхват на анализ на радиоактивно излъчване

отрицателен - поради повишената чувствителност ще се появи значително количество шум, което ще затрудни анализа на получените регистрационни данни.

Да се Освен това, въпреки че работният прозорец на слюдата е твърде тънък, той увеличава възможностите на брояча, но в ущърб на механичната якост и херметичността на йонизационната камера, особено след като самият прозорец има доста голяма работна повърхност. За сравнение, в броячите SBT10 и SI8B, които споменахме по-горе, с работна площ на прозореца от около 30 кв/см, дебелината на слоя слюда е 13–17 µm и с необходимата дебелина за запис на алфа частици от 4–5 µm прозорецът може да бъде направен само не повече от 0,2 кв / см, говорим за брояча SBT9.

О Въпреки това, голямата дебелина на работния прозорец за регистрация може да бъде компенсирана от близостта до радиоактивния обект и обратно, при относително малка дебелина на прозореца на слюдата, става възможно да се регистрира алфа частица на по-голямо разстояние от 1 - 2 мм. Струва си да се даде пример, с дебелина на прозореца до 15 микрона, подходът към източника на алфа лъчение трябва да бъде по-малък от 2 mm, докато източникът на алфа частици се разбира като емитер на плутоний-239 с излъчване енергия от 5 MeV. Нека продължим, с дебелина на входния прозорец до 10 µm е възможно да се регистрират алфа-частици вече на разстояние до 13 mm, ако се направи прозорец на слюда с дебелина до 5 µm, тогава ще се регистрира алфа-лъчение на разстояние 24 мм и др. Друг важен параметър, който пряко влияе върху способността за откриване на алфа частици, е техният енергиен индекс. Ако енергията на алфа частицата е по-голяма от 5 MeV, тогава разстоянието на нейната регистрация за дебелината на работния прозорец от всякакъв тип ще се увеличи съответно, а ако енергията е по-малка, тогава разстоянието трябва да бъде намалено до пълна невъзможност за регистриране на меко алфа лъчение.

Е Друг важен момент, който прави възможно увеличаването на чувствителността на алфа брояча, е намаляването на способността за регистрация за гама лъчение. За да направите това, достатъчно е да се сведат до минимум геометричните размери на катода и гама фотоните ще преминат през регистрационната камера, без да причиняват йонизация. Такава мярка позволява да се намали влиянието на гама-лъчите върху йонизацията с хиляди и дори десетки хиляди пъти. Вече не е възможно да се премахне влиянието на бета-лъчението върху регистрационната камера, но има доста прост изход от тази ситуация. Първо се записват алфа и бета лъчение от тоталния тип, след това се монтира дебел хартиен филтър и се прави второ измерване, което ще регистрира само бета частици. Стойността на алфа лъчението в този случай се изчислява като разлика между общата радиация и отделен индикатор за изчисляване на бета лъчението.

Например , струва си да предложим характеристиките на модерен брояч Beta-1, който ви позволява да регистрирате алфа, бета, гама лъчение. Ето и показателите:

• площта на работната зона на чувствителния елемент е 7 кв/см;
• дебелината на слоя от слюда е 12 микрона, (ефективното разстояние на откриване на алфа частици за плутоний е 239, около 9 mm, за кобалт - 60, чувствителността на радиация е около 144 импулса / microR);
• ефективност на измерване на радиация за алфа частици - 20% (за плутоний - 239), бета частици - 45% (за талий -204), и гама кванти - 60% (за състава на стронций - 90, итрий - 90);
• собственият фон на дозиметъра е около 0,6 imp/s;
• Сензорът е проектиран да открива гама лъчение с енергия в диапазона от 0,05 MeV до 3 MeV и бета частици с енергия над 0,1 MeV по долната граница и алфа частици с енергия от 5 MeV или повече.

Фиг.10. Краен алфа-бета-гама брояч Бета-1.

Да се Разбира се, все още има доста широка гама от броячи, които са предназначени за по-тясна и по-професионална употреба. Такива устройства имат редица допълнителни настройки и опции (електрически, механични, радиометрични, климатични и др.), които включват много специални термини и опции. Ние обаче няма да се фокусираме върху тях. Наистина, за да се разберат основните принципи на действие Броячи на Гайгер-Мюлер , описаните по-горе модели са достатъчни.

AT Също така е важно да се спомене, че има специални подкласове Гайгерови броячи , които са специално проектирани за откриване на различни видове други лъчения. Например, за определяне на стойността на ултравиолетовото лъчение, за откриване и определяне на бавни неутрони, които работят на принципа на коронния разряд, и други опции, които не са пряко свързани с тази тема, няма да бъдат разглеждани.

Във връзка с последиците за околната среда от човешките дейности, свързани с ядрената енергетика, както и индустрията (включително военната), използвайки радиоактивни вещества като компонент или основа на своите продукти, изучаването на основите на радиационната безопасност и радиационната дозиметрия се превръща в доста актуална тема днес. Освен естествените източници на йонизиращи лъчения всяка година се появяват все повече места, замърсени с радиация в резултат на човешка дейност. По този начин, за да запазите здравето си и здравето на близките си, трябва да знаете степента на замърсяване на определен район или предмети и храна. За това може да помогне дозиметър – уред за измерване на ефективната доза или мощност на йонизиращи лъчения за определен период от време.

Преди да продължите с производството (или закупуването) на това устройство, е необходимо да имате представа за естеството на измервания параметър. Йонизиращо лъчение (радиация) е поток от фотони, елементарни частици или фрагменти на делене на атоми, способни да йонизират вещество. Разделя се на няколко вида. алфа лъчениее поток от алфа частици - ядра на хелий-4, алфа частиците, родени при радиоактивен разпад, могат лесно да бъдат спрени от лист хартия, така че представлява опасност главно при попадане в тялото. бета радиация- това е потокът от електрони, които възникват по време на бета разпада, за защита от бета частици с енергия до 1 MeV е достатъчна алуминиева плоча с дебелина няколко милиметра. Гама лъчениеима много по-голяма проникваща способност, тъй като се състои от високоенергийни фотони, които нямат заряд; тежките елементи (олово и др.) със слой от няколко сантиметра са ефективни за защита. Проникващата сила на всички видове йонизиращи лъчения зависи от енергията.

За регистриране на йонизиращи лъчения се използват главно броячите на Гайгер-Мюлер. Това просто и ефективно устройство обикновено представлява метален или стъклен цилиндър, метализиран отвътре и тънка метална нишка, опъната по оста на този цилиндър, като самият цилиндър е пълен с разреден газ. Принципът на действие се основава на ударна йонизация. Когато йонизиращата радиация удари стените на брояча, електроните се избиват от него, електроните, движещи се в газ и се сблъскват с атоми на газа, избиват електрони от атомите и създават положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между катода и анода ускорява електроните до енергии, при които започва ударна йонизация. Възниква лавина от йони, което води до размножаване на първичните носители. При достатъчно висока напрегнатост на полето енергията на тези йони става достатъчна за генериране на вторични лавини, способни да поддържат независим разряд, в резултат на което токът през брояча се увеличава рязко.

Не всички броячи на Гайгер могат да регистрират всички видове йонизиращи лъчения. По принцип те са чувствителни към едно излъчване - алфа, бета или гама лъчение, но често могат да открият и друго лъчение до известна степен. Така например броячът на SI-8B Geiger е проектиран да открива меко бета лъчение (да, в зависимост от енергията на частиците, излъчването може да бъде разделено на меко и твърдо), но този сензор също е донякъде чувствителен към алфа лъчение и гама лъчение.радиация.

Въпреки това, приближавайки се към дизайна на статията, нашата задача е да направим най-простия, естествено преносим брояч на Гайгер, или по-скоро дозиметър. За производството на това устройство успях да взема само SBM-20. Този брояч на Гайгер е предназначен да регистрира твърдо бета и гама лъчение. Подобно на повечето други измервателни уреди, SBM-20 работи при напрежение от 400 волта.

Основните характеристики на брояча на Geiger-Muller SBM-20 (таблица от справочника):

Този брояч има относително ниска точност на измерване на йонизиращо лъчение, но достатъчен за определяне на превишението на допустимата доза радиация за хората. SBM-20 в момента се използва в много битови дозиметри. За подобряване на производителността често се използват няколко тръби наведнъж. И за да се повиши точността на измерване на гама-лъчение, дозиметрите са оборудвани с филтри за бета-лъчение; в този случай дозиметърът регистрира само гама-лъчение, но доста точно.

При измерване на радиационната доза трябва да се вземат предвид няколко фактора, които може да са важни. Дори при пълна липса на източници на йонизиращо лъчение, броячът на Гайгер ще даде определен брой импулси. Това е така нареченият персонализиран фон на брояча. Това включва и няколко фактора: радиоактивно замърсяване на материалите на самия брояч, спонтанно излъчване на електрони от катода на брояча и космическо излъчване. Всичко това дава определено количество "допълнителни" импулси за единица време.

И така, схемата на прост дозиметър, базиран на брояча на Гайгер SBM-20:

Сглобявам веригата на макетна платка:

Веригата не съдържа оскъдни части (с изключение, разбира се, самия глюкомер) и не съдържа програмируеми елементи (микроконтролери), което ще ви позволи да сглобите веригата за кратко време без особени затруднения. Такъв дозиметър обаче не съдържа скала и е необходимо да се определи дозата на радиация на ухо по броя на щракванията. Това е класическата версия. Веригата се състои от преобразувател на напрежение 9 волта - 400 волта.

На чипа NE555 е направен мултивибратор, чиято честота е приблизително 14 kHz. За да увеличите честотата на работа, можете да намалите стойността на резистора R1 до около 2,7 kOhm. Това ще бъде полезно, ако избраният (или може би направен) дросел ще издаде скърцане - с увеличаване на честотата на работа скърцането ще изчезне. Индуктор L1 е необходим с номинална стойност от 1000 - 4000 μH. Най-бързият начин да намерите подходящ дросел е в изгоряла енергоспестяваща крушка. Такъв дросел се използва във веригата, на снимката по-горе е навита върху сърцевина, която обикновено се използва за направата на импулсни трансформатори. Транзистор T1 може да използва всеки друг полеви n-канал с напрежение източване-източник от най-малко 400 волта, а за предпочитане повече. Такъв преобразувател ще даде само няколко милиампера ток при напрежение 400 волта, но това е достатъчно, за да може броячът на Гайгер да работи няколко пъти. След изключване на захранването от веригата на заредения кондензатор C3, веригата ще работи още около 20-30 секунди, като се има предвид малкият й капацитет. Супресорът VD2 ограничава напрежението до 400 волта. Кондензатор C3 трябва да се използва за напрежение най-малко 400 - 450 волта.

Всеки пиезо високоговорител или високоговорител може да се използва като Ls1. При липса на йонизиращо лъчение, ток не протича през резистори R2 - R4 (има пет резистора на снимката на макетната платка, но тяхното общо съпротивление съответства на веригата). Веднага след като съответната частица влезе в брояча на Гайгер, йонизацията на газа настъпва вътре в сензора и съпротивлението му рязко намалява, в резултат на което възниква токов импулс. Кондензатор C4 прекъсва постоянната част и предава само токов импулс към високоговорителя. Чуваме щракване.

В моя случай като източник на захранване се използват две батерии от стари телефони (две, тъй като необходимата мощност трябва да бъде повече от 5,5 волта, за да стартира веригата поради приложената елементна база).

И така, веригата работи, от време на време щрака. Сега как да го използвате. Най-простият вариант - щрака малко - всичко е наред, щрака често или дори непрекъснато - лошо. Друга възможност е да преброите грубо броя импулси в минута и да преобразувате броя на щракванията в microR/h. За да направите това, трябва да вземете стойността на чувствителността на брояча на Гайгер от справочника. Въпреки това различните източници винаги имат малко различни числа. В идеалния случай трябва да се направят лабораторни измервания за избрания брояч на Гайгер с референтни източници на радиация. Така че за SBM-20 стойността на чувствителността варира от 60 до 78 импулса / μR според различни източници и справочници. И така, изчислихме броя на импулсите за една минута, след това умножаваме това число по 60, за да оценим приблизително броя на импулсите за един час и разделяме всичко това на чувствителността на сензора, тоест на 60 или 78 или каквото получите по-близо до реалността и в резултат получаваме стойността в µR/h. За по-надеждна стойност е необходимо да се направят няколко измервания и да се изчисли средната аритметична стойност между тях. Горната граница на безопасното ниво на радиация е приблизително 20 - 25 microR/h. Допустимото ниво е до около 50 μR / h. Числата могат да варират в зависимост от държавата.

P.S. Бях подтикнат да разгледам тази тема от статия за концентрацията на газ радон, проникващ в помещения, вода и т.н. в различни региони на страната и нейните източници.

Списък с радио елементи

Обозначаване	Тип	Деноминация	количество	Забележка	Резултат	Моят бележник
IC1	Програмируем таймер и осцилатор	NE555	1			Към бележника
T1	MOSFET транзистор	IRF710	1			Към бележника
VD1	токоизправител диод	1N4007	1			Към бележника
VD2	Защитен диод	1V5KE400CA	1			Към бележника
C1, C2	кондензатор	10 nF	2			Към бележника
C3	електролитен кондензатор	2.7uF	1			Към бележника
C4	кондензатор	100 nF	1	400V

Радиационната безопасност и степента на замърсяване на околната среда не притесняваха много граждани на страните по света до момента, когато настъпиха катастрофални събития, отнели живота и здравето на стотици и хиляди хора. Най-трагичните по отношение на радиационното замърсяване са Фукушима, Нагасаки и Чернобилската катастрофа. Тези територии и историите, свързани с тях, все още се пазят в паметта на всеки човек и са урок, че независимо от външнополитическата ситуация и нивото на финансово благополучие човек винаги трябва да се тревожи за радиационната безопасност. Необходимо е да се знае кои частици се използва за регистриране на брояча на Гайгер, какви превантивни спасителни мерки трябва да се прилагат, ако възникне бедствие.

За какво се използва броячът на Гайгер? Във връзка с множество причинени от човека бедствия и критично повишаване на нивото на радиация във въздуха през последните няколко десетилетия, човечеството измисли и изобрети уникални и най-удобни устройства за откриване на частици с помощта на брояч на Гайгер за домашна и промишлена употреба . Тези устройства позволяват да се измерва нивото на радиационно замърсяване, както и да се контролира статично състоянието на замърсяване в дадена територия или район, като се вземат предвид метеорологичните условия, географското местоположение и климатичните промени.

Какъв е принципът на работа на брояча на Гайгер? Днес всеки може да закупи битов дозиметър и устройство за брояч на Гайгер. Трябва да се отбележи, че при условията, че радиацията може да бъде както естествена, така и изкуствена, човек трябва постоянно да следи радиационния фон в дома си, както и да знае точно кои частици регистрира броячът на Гайгер, за методите и методите за превантивна защита от йонизиращи вещества и . Поради факта, че радиацията не може да бъде видяна или усетена от човек без специално оборудване, много хора могат да бъдат дълго време в състояние на инфекция, без да подозират за това.

От какво излъчване имате нужда от Гайгеров брояч?

Важно е да припомним, че излъчването може да бъде различно, зависи от това от какви заредени частици се състои и колко далеч се е разпространило от източника си. За какво е броячът на Гайгер? Например, алфа-частиците на радиацията не се считат за опасни и агресивни към човешкото тяло, но при продължителна експозиция могат да доведат до някои форми на заболяване, доброкачествени тумори и възпаления. Бета радиацията се счита за най-опасната и вредна за човешкото здраве. Точно върху измерването на такива частици във въздуха е насочен принципът на действие на брояча на Гайгер.

Бета зарядите могат да се произвеждат както изкуствено в резултат на работата на атомни електроцентрали или химически лаборатории, така и естествени, поради вулканични скали и други подземни източници. В някои случаи високата концентрация на йонизиращи елементи от бета-тип във въздуха може да доведе до рак, доброкачествени тумори, инфекции, ексфолиране на лигавиците, нарушения на щитовидната жлеза и костния мозък.

Какво е брояч на Гайгер и как работи броячът на Гайгер? Това е името на специално устройство, което е оборудвано с дозиметри и радиометри от домакински и професионални типове. Броячът на Гайгер е чувствителен елемент на дозиметър, който при условията на задаване на определено ниво на чувствителност помага да се установи концентрацията на йонизиращи вещества във въздуха за определен период от време.

Броячът на Гайгер, чиято снимка е показана по-горе, за първи път е изобретен и изпробван на практика в началото на ХХ век от учения Валтер Мюлер. Предимствата и недостатъците на брояча на Гайгер могат да бъдат оценени от настоящите поколения. Досега това устройство се използва широко в ежедневието и в индустриалната сфера. Някои майстори дори правят свой брояч на Гайгер.

Подобрени дозиметри за радиация

Трябва да се каже, че от изобретяването на брояча на Гайгер и дозиметъра до наши дни тези универсални устройства са преминали през много етапи на подобрение и модернизация. Днес такива устройства могат да се използват не само за проверка на ниски нива на радиация в дома или на работа, но и за използване на по-оптимизирани и подобрени модели, които помагат за измерване на нивото на радиация в атомни електроцентрали, както и в курса на военни операции.

Съвременните методи за използване на брояча на Гайгер позволяват да се улови не само общото количество йонизиращи вещества във въздуха за определен период от време, но и да се реагира на тяхната плътност, степен на заряд, вид на радиация и естеството на въздействие върху повърхността.

Например броячите на Geiger, предназначени за домашна или лична употреба, не изискват подобрени възможности, тъй като те обикновено се използват за домашна употреба и се използват за проверка на фоновата радиация в дома, върху храна, дрехи или строителни материали, които потенциално биха могли да съдържат определено ниво на такса. Въпреки това, индустриални и професионални дозиметри са необходими за проверка на по-сериозни и сложни радиационни емисии и служат като постоянен начин за контрол на радиационното поле в атомни електроцентрали, химически лаборатории или атомни електроцентрали.

обади се сега
и се освободи
съвет от специалист

получи

Предвид факта, че много съвременни държави днес разполагат с мощни ядрени оръжия, всеки човек на планетата трябва да разполага с професионални дозиметри и броячи на Гайгер, за да може навреме да контролира радиационното поле в случай на авария и катастрофа и да спаси живота си и живота на техните близки. Също така е полезно предварително да се проучат плюсовете и минусите на брояча на Гайгер.

Струва си да се каже, че принципът на работа на броячите на Гайгер осигурява реакция не само на интензивността на радиационния заряд и броя на йонизиращите частици във въздуха, но също така ви позволява да отделите алфа лъчението от бета лъчението. Тъй като бета лъчението се счита за най-агресивно и мощно със своя заряд и концентрация на йони, броячите на Гайгер за тестване са покрити със специални скоби, изработени от олово или стомана, за да отсеят ненужните елементи и да не повредят оборудването по време на тестване.

Възможността за скрининг и разделяне на различни радиационни потоци позволи на много хора днес да използват дозиметри с високо качество, за да изчислят възможно най-ясно опасността и нивото на замърсяване на определена територия от различни видове радиационни елементи.

От какво е направен броячът на Гайгер?

Къде се използва броячът на Гайгер? Както бе споменато по-горе, броячът на Гайгер не е отделен елемент, а служи като водещ и основен елемент в конструкцията на дозиметъра. Необходим е за най-висококачествена и точна проверка на радиационния фон в определен район.

Трябва да се каже, че броячът на Гайгер има сравнително прост дизайн на устройството. Като цяло неговият дизайн има следните характеристики.

Броячът на Гайгер е малък контейнер, съдържащ инертен газ. Различните производители използват различни елементи и вещества като газ. Колкото е възможно по-често броячите на Гайгер се произвеждат с цилиндри, пълни с аргон, неон или смеси от тези две вещества. Струва си да се каже, че газът, който пълни цилиндъра на измервателния уред, е под минимално налягане. Това е необходимо, за да няма напрежение между катода и анода и да не се появи електрически импулс.

Катодът е дизайнът на целия брояч. Анодът е проводна или метална връзка между цилиндъра и основната конструкция на дозиметъра, свързана към сензора. Трябва да се отбележи, че в някои случаи анод, който реагира директно на радиационни елементи, може да бъде направен със специално защитно покритие, което ви позволява да контролирате йоните, които проникват в анода и влияят на резултатите от измерването.

Как работи броячът на Гайгер?

След като изяснихме основните моменти от дизайна на брояча на Гайгер, си струва накратко да опишем принципа на работа на брояча на Гайгер. Предвид простотата на подредбата му, неговата работа и функциониране също са изключително лесни за обяснение. Броячът на Гайгер работи по следния начин:

1. При включване на дозиметъра между катода и анода се получава повишено електрическо напрежение с помощта на резистор. Въпреки това напрежението не може да падне по време на работа поради факта, че бутилката на измервателния уред е пълна с инертен газ.
2. Когато зареден йон удари анода, той започва да се смесва с инертен газ, за ​​да се йонизира. По този начин радиационният елемент се фиксира с помощта на сензор и може да повлияе на индикаторите на радиационния фон в проверяваната зона. Краят на теста обикновено се сигнализира от характерния звук на брояча на Гайгер.

Както бе споменато по-горе, някои аноди за броячите на Гайгер се произвеждат със специално покритие. Такива мерки са необходими, за да се гарантира, че броячът улавя само бета лъчение с най-високо качество и реагира на заредени частици, които са най-опасни за човешкото тяло.

Неконтролираното йонизиращо лъчение под каквато и да е форма е опасно. Поради това има нужда от неговото регистриране, наблюдение и отчитане. Йонизационният метод за регистрация на AI е един от дозиметричните методи, който ви позволява да сте наясно с реалната радиационна ситуация.

Какъв е йонизационният метод за регистриране на радиацията?

Този метод се основава на регистриране на йонизационните ефекти. Електрическото поле не позволява на йоните да се рекомбинират и насочва тяхното движение към съответните електроди. Това дава възможност да се измери големината на заряда на йони, образувани под действието на йонизиращо лъчение.

Детектори и техните характеристики

Като детектори в йонизационния метод се използват:

• йонизационни камери;
• Броячи на Гайгер-Мюлер;
• пропорционални броячи;
• полупроводникови детектори;
• и т.н.

Всички детектори, с изключение на полупроводниковите, са цилиндри, пълни с газ, в които са монтирани два електрода с приложено към тях постоянно напрежение. Върху електродите се събират йони, които се образуват при преминаване на йонизиращо лъчение през газообразна среда. Отрицателните йони се движат към анода, докато положителните йони се движат към катода, образувайки йонизационен ток. Неговата стойност може да се използва за оценка на броя на откритите частици и за определяне на интензитета на радиация.

Принципът на действие на брояча на Гайгер-Мюлер

Работата на брояча се основава на ударна йонизация. Електроните, движещи се в газа (избити от радиация, когато ударят стените на брояча) се сблъскват с неговите атоми, избивайки електрони от тях, в резултат на което се създават свободни електрони и положителни йони. Електрическото поле, съществуващо между катода и анода, дава на свободните електрони ускорение, достатъчно за иницииране на йонизация при удар. В резултат на тази реакция се появяват голям брой йони с рязко увеличаване на тока през брояча и импулс на напрежение, който се записва от записващото устройство. След това лавиното изхвърляне се гаси. Едва тогава може да се регистрира следващата частица.

Разликата между йонизационната камера и брояча на Гайгер-Мюлер.

Газовият брояч (броячът на Гайгер) използва вторична йонизация за създаване на голямо газово усилване на тока, което се получава, защото скоростта на движещите се йони, създадени от йонизиращия агент, е толкова висока, че се образуват нови йони. Те от своя страна могат също да йонизират газа, като по този начин развиват процеса. По този начин всяка частица произвежда 10 6 пъти повече йони, отколкото е възможно в йонизираща камера, като по този начин прави възможно измерването дори на йонизиращо лъчение с нисък интензитет.

Полупроводникови детектори

Основният елемент на полупроводниковите детектори е кристал и принципът на действие се различава от йонизационната камера само по това, че йоните се създават в дебелината на кристала, а не в газовата междина.

Примери за дозиметри, базирани на йонизационни методи за регистрация

Съвременен уред от този тип е клиничният дозиметър 27012 с набор от йонизационни камери, който е стандарт днес.

Сред индивидуалните дозиметри широко разпространени са KID-1, KID-2, DK-02, DP-24 и др., както и ID-0.2, който е съвременен аналог на споменатите по-горе.