Принципът на действие на брояча на Гайгер и съвременните дозиметри. Устройството и принципът на действие на брояча на Гайгер-Мюлер
Изобретено през 1908 г. от немския физик Ханс Вилхелм Гайгер, устройство, способно да определя, се използва широко днес. Причината за това е високата чувствителност на устройството и способността му да засича голямо разнообразие от лъчения. Лекотата на работа и ниската цена позволяват на всеки, който реши самостоятелно да измерва нивото на радиация, да закупи брояч на Geiger по всяко време и навсякъде. Що за устройство е това и как работи?
Принцип на действие на брояча на Гайгер
Дизайнът му е доста прост. Изпомпва се в запечатан контейнер с два електрода газова смес, състоящ се от неон и аргон, който лесно се йонизира. То се подава към електродите (около 400V), което само по себе си не предизвиква никакви разрядни явления до момента, в който започне процесът на йонизация в газовата среда на устройството. Появата на частици, пристигащи отвън, води до факта, че първичните електрони, ускорени в съответното поле, започват да йонизират други молекули на газовата среда. В резултат на това под влияние електрическо поленастъпва лавинообразно създаване на нови електрони и йони, които рязко повишават проводимостта на електронно-йонния облак. В газовата среда на брояча на Гайгер възниква разряд. Броят на импулсите, възникващи в рамките на определен период от време, е право пропорционален на броя на откритите частици. Такъв е общ контурпринцип на действие на гайгеровия брояч.
Обратният процес, в резултат на който газовата среда се връща в първоначалното си състояние, възниква от само себе си. Под въздействието на халогени (обикновено се използва бром или хлор) в тази среда настъпва интензивна рекомбинация на заряда. Този процес протича много по-бавно и следователно времето, необходимо за възстановяване на чувствителността на брояча на Geiger, е много важна паспортна характеристика на устройството.
Въпреки факта, че принципът на работа на брояча на Гайгер е доста прост, той е в състояние да реагира на най-много йонизиращи лъчения. различни видове. Това са α-, β-, γ-, както и рентген, неутрон и всичко зависи от дизайна на устройството. Така входният прозорец на гайгеровия брояч, способен да открива α- и меко β-лъчение, е направен от слюда с дебелина от 3 до 10 микрона. За откриване е направен от берилий, а ултравиолетовият е направен от кварц.
Къде се използва брояч на Гайгер?
Принципът на работа на брояча на Гайгер е в основата на работата на повечето съвременни дозиметри. Тези малки инструменти, които имат относително ниска цена, са доста чувствителни и могат да показват резултатите в лесни за разбиране мерни единици. Лекотата на използване позволява тези устройства да се използват дори от тези, които имат много малко разбиране от дозиметрия.
В зависимост от възможностите и точността на измерване дозиметрите биват професионални и битови. Използвайки ги, можете своевременно и ефективно да определите съществуващия източник на йонизиращо лъчение и двете открита площ, и на закрито.
Тези устройства, които използват принципа на брояча на Гайгер в своята работа, могат незабавно да осигурят сигнал за опасност, използвайки както визуални, така и звукови или вибрационни сигнали. Така винаги можете да проверите храната, облеклото, да проверите мебелите, оборудването, строителните материали и т.н., за да се уверите в липсата на радиация, вредна за човешкото тяло.
Неконтролираното йонизиращо лъчение под всякаква форма е опасно. Поради това е необходимо неговото регистриране, наблюдение и осчетоводяване. Йонизационният метод на запис II е един от дозиметричните методи, който ви позволява да сте наясно с реалната радиационна ситуация.
Какъв е йонизационният метод за откриване на радиация?
Този метод се основава на записване на йонизационни ефекти. Електрическото поле пречи на йоните да се рекомбинират и насочва движението им към съответните електроди. Благодарение на това става възможно да се измери количеството заряд на йони, образувани под въздействието 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, представляват цилиндри, пълни с газ, в които са монтирани два електрода с подадено напрежение към тях постоянен ток. Електродите събират йони, образувани при преминаване на йонизиращо лъчение през газова среда. Отрицателни йонисе движат към анода, а положителните към катода, образувайки йонизационен ток. Въз основа на неговата стойност може да се оцени броят на регистрираните частици и да се определи интензивността на радиацията.
Принцип 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, което води до създаването на свободни електрони и положителни йони. Съществува между катод и анод електрическо полепридава ускорение на свободните електрони, достатъчно за иницииране на ударна йонизация. В резултат на тази реакция се появява голям броййони с рязко увеличаване на тока през брояча и импулс на напрежение, който се записва от записващо устройство. След това лавинният разряд се гаси. Едва след това може да бъде открита следващата частица.
Разлика между йонизационна камера и брояч на Гайгер-Мюлер.
IN газомер(Geiger counter) използва вторична йонизация, която създава голямо газово усилване на тока, което се получава, защото скоростта на движещите се йони, създадени от йонизиращото вещество, е толкова висока, че се образуват нови йони. Те от своя страна също могат да йонизират газа, като по този начин развиват процеса. Така всяка частица произвежда 10 6 пъти повече йони, отколкото е възможно в йонизационната камера, като по този начин позволява измерването дори на йонизиращо лъчение с нисък интензитет.
Полупроводникови детектори
Основният елемент на полупроводниковите детектори е кристал, а принципът на работа 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 методи за йонизационна регистрация
Модерен уред от този тип е клиничният дозиметър 27012 с набор от йонизационни камери, който днес е стандарт.
Сред индивидуалните дозиметри са широко разпространени KID-1, KID-2, DK-02, DP-24 и др., Както и ID-0.2, който е модерен аналог на споменатите по-горе.
През 1908 г. работи немският физик Ханс Гайгер химически лаборатории, собственост на Ернст Ръдърфорд. Там те също бяха помолени да тестват брояч на заредени частици, който беше йонизирана камера. Камерата беше електрически кондензатор, който беше пълен с газ отдолу високо налягане. Пиер Кюри също използва това устройство на практика, изучавайки електричеството в газовете. Идеята на Гайгер - да открие излъчването на йони - беше свързана с тяхното влияние върху нивото на йонизация на летливите газове.
През 1928 г. немският учен Валтер Мюлер, работещ с и под ръководството на Гайгер, създава няколко брояча, които регистрират йонизиращи частици. Устройствата бяха необходими за по-нататъшни изследвания на радиацията. Физиката, като наука за експерименти, не би могла да съществува без измервателни структури. Открити са само няколко лъчения: γ, β, α. Задачата на Гайгер беше да измерва всички видове радиация с чувствителни инструменти.
Броячът на Geiger-Muller е прост и евтин радиоактивен сензор. Не е прецизен инструмент, който улавя отделни частици. Техниката измерва общото насищане на йонизиращото лъчение. Физиците го използват с други сензори, за да постигнат точни изчисления при провеждане на експерименти.
Малко за йонизиращото лъчение
Можем да преминем направо към описанието на детектора, но работата му ще изглежда неразбираема, ако знаете малко за йонизиращото лъчение. Когато се появи радиация, възниква ендотермичен ефект върху веществото. Енергията допринася за това. Например ултравиолетовите или радиовълните не принадлежат към такова лъчение, но твърдата ултравиолетова светлина принадлежи. Тук се определя границата на влияние. Типът се нарича фотонен, а самите фотони са γ-кванти.
Ернст Ръдърфорд разделя процесите на емисии на енергия на 3 типа, използвайки инсталация с магнитно поле:
- γ - фотон;
- α е ядрото на атома на хелий;
- β е електрон с висока енергия.
Можете да се предпазите от α частици хартиена кърпа. β проникват по-дълбоко. Пробивната способност γ е най-висока. Неутроните, за които учените научиха по-късно, са опасни частици. Те действат на разстояние няколко десетки метра. Имайки електрическа неутралност, те не реагират с молекули на различни вещества.
Неутроните обаче лесно достигат до центъра на атома, причинявайки неговото разрушаване, което води до образуването на радиоактивни изотопи. Когато изотопите се разпадат, те създават йонизиращо лъчение. От човек, животно, растение или неорганичен обект, който е получил радиация, радиацията се излъчва в продължение на няколко дни.
Конструкция и принцип на действие на гайгеров брояч
Устройството се състои от метална или стъклена тръба, в която се вкарва благороден газ (аргон-неонова смес или вещества в чиста форма). В тръбата няма въздух. Газът се добавя под налягане и съдържа примес от алкохол и халоген. През цялата тръба има опъната жица. Успоредно на него е разположен железен цилиндър.
Жицата се нарича анод, а тръбата катод. Заедно те са електроди. Към електродите се прилага високо напрежение, което само по себе си не предизвиква разрядни явления. Индикаторът ще остане в това състояние, докато в неговата газова среда се появи йонизационен център. Минусът е свързан от източника на захранване към тръбата, а плюсът е свързан към проводника, насочен през съпротивление на високо ниво. Това е заза постоянно захранване от десетки стотици волта.
Когато частица навлезе в тръбата, атомите на благородния газ се сблъскват с нея. При контакт се освобождава енергия, която премахва електроните от газовите атоми. Тогава се образуват вторични електрони, които също се сблъскват, генерирайки маса от нови йони и електрони. Скоростта на електроните към анода се влияе от електрическото поле. По време на този процес се генерира електрически ток.
По време на сблъсък енергията на частиците се губи и доставката на йонизирани газови атоми приключва. Когато навлизат заредени частици газоразряден метър Geiger, съпротивлението на тръбата пада, което веднага намалява напрежението в средата на разделението. След това съпротивлението отново се увеличава - това води до възстановяване на напрежението. Инерцията става отрицателна. Устройството показва импулси и ние можем да ги преброим, като в същото време оценяваме броя на частиците.
Видове броячи на Гайгер
По дизайн броячите на Geiger се предлагат в два вида: плоски и класически.
Класическа
Изработен от тънък гофриран метал. Благодарение на гофрирането, тръбата става твърда и устойчива на външно влияние, което предотвратява деформацията му. Краищата на тръбата са оборудвани със стъклени или пластмасови изолатори, които съдържат капачки за изход към устройствата.
По повърхността на тръбата (с изключение на изводите) се нанася лак. Класическият брояч се счита за универсален измервателен детектор за всеки известни видоверадиация. Особено за γ и β.
Апартамент
Чувствителните измервателни уреди за запис на меко бета лъчение имат различен дизайн. Поради малкия брой бета частици тялото им има плоска форма. Има прозорец от слюда, който слабо блокира β. Сензор BETA-2 е името на едно от тези устройства. Свойствата на други плоски плотове зависят от материала.
Параметри и режими на работа на брояча на Гайгер
За да изчислите чувствителността на брояча, преценете съотношението на броя на микрорентгените от пробата към броя на сигналите от това лъчение. Устройството не измерва енергията на частицата, така че не дава абсолютно точна оценка. Устройствата се калибрират с помощта на проби от изотопни източници.
Трябва също така да разгледате следните параметри:
Работен кът, входен прозорец
Характеристиките на индикаторната зона, през която преминават микрочастиците, зависят от нейния размер. Колкото по-широка е зоната, толкова по-голям бройще бъдат уловени частици.
Работно напрежение
Напрежението трябва да съответства на средните спецификации. Самата работна характеристика е плоската част от зависимостта на броя на фиксираните импулси от напрежението. Второто му име е плато. В този момент устройството достига пикова активност и се нарича горна граница на измерване. Стойност - 400 волта.
Работна ширина
Работната ширина е разликата между изходното напрежение на равнината и напрежението на искровия разряд. Стойността е 100 волта.
Наклон
Стойността се измерва като процент от броя импулси на 1 волт. Показва грешката на измерване (статистическа) в броя на импулсите. Стойността е 0,15%.
температура
Температурата е важна, тъй като измервателният уред често трябва да се използва при трудни условия. Например в реакторите. Метри за обща употреба: -50 до +70 по Целзий.
Работен ресурс
Характеризира се ресурсът общ бройвсички записани импулси до момента, в който показанията на инструмента станат неправилни. Ако устройството съдържа органика за самозагасване, броят на импулсите ще бъде един милиард. Целесъобразно е ресурсът да се изчислява само в състояние на работно напрежение. При съхранение на устройството дебитът спира.
Време за възстановяване
Това е времето, необходимо на устройство за провеждане на електричество, след като реагира на йонизираща частица. Има горна граница на честотата на импулса, която ограничава обхвата на измерване. Стойността е 10 микросекунди.
Поради времето за възстановяване (наричано още мъртво време), устройството може да се повреди в решаващ момент. За да предотвратят превишаване, производителите инсталират оловни екрани.
Броячът има ли фон?
Фонът се измерва в дебелостенна оловна камера. Обичайната стойност е не повече от 2 импулса в минута.
Кой и къде използва радиационни дозиметри?
IN индустриален мащабТе произвеждат много модификации на броячите на Geiger-Muller. Производството им започва по време на СССР и продължава и сега, но в Руската федерация.
Устройството се използва:
- в съоръжения на ядрената промишленост;
- в научни институти;
- в медицината;
- вкъщи.
След инцидента в АЕЦ ЧернобилДозиметри си купуват и обикновените граждани. Всички устройства имат брояч на Гайгер. Такива дозиметри са оборудвани с една или две тръби.
Възможно ли е да направите брояч на Гайгер със собствените си ръце?
Да направите сами измервателен уред е трудно. Имате нужда от сензор за радиация, но не всеки може да го купи. Самата верига на брояча е известна отдавна - в учебниците по физика, например, също е отпечатана. Въпреки това, само истински „левичар“ ще може да възпроизведе устройството у дома.
Талантливи самоуки занаятчии са се научили да правят заместител на брояча, който също може да измерва гама и бета радиация, използвайки флуоресцентна лампаи лампи с нажежаема жичка. Те също използват трансформатори от счупено оборудване, тръба на Гайгер, таймер, кондензатор, различни табла, резистори.
Заключение
Когато диагностицирате радиацията, трябва да вземете предвид собствения фон на глюкомера. Дори и с оловна защита с прилична дебелина, скоростта на регистрация не се нулира. Този феномен има обяснение: причината за активността е космическата радиация, проникваща през слоеве олово. Над повърхността на Земята всяка минута летят мюони, които се регистрират от брояча с вероятност от 100%.
Има и друг източник на фон - радиация, натрупана от самото устройство. Следователно по отношение на брояча на Гайгер е уместно да се говори и за износване. Колкото повече радиация е натрупало устройството, толкова по-ниска е надеждността на неговите данни.
Радиационна безопасност и степен на замърсяване заобикаляща средане притесняваше много граждани на света, докато не се случиха катастрофални събития, които отнеха живота и здравето на стотици и хиляди хора. Най-трагичните по отношение на радиационното замърсяване бяха Фукушима, Нагасаки и Чернобилска катастрофа. Тези територии и историите, свързани с тях, все още се съхраняват в паметта на всеки човек и са урок, който независимо от външнополитическата ситуация и ниво финансово благополучиеРадиационната безопасност винаги е повод за безпокойство. Необходимо е да се знае за регистрирането на какви частици се използва броячът на Гайгер и какви спасителни и превантивни мерки трябва да се предприемат, ако възникне бедствие.
За какво се използва броячът на Гайгер? Поради множество предизвикани от човека бедствияи критичното повишаване на нивото на радиация във въздуха през последните няколко десетилетия, човечеството е измислило и изобретило уникални и максимални удобни устройстваза записване на частици с помощта на домакински и гайгеров брояч промишлена употреба. Тези устройства ви позволяват да измервате нивото на радиационно замърсяване, както и да наблюдавате статично ситуацията на замърсяване на територията или района, като вземете предвид метеорологично време, географско местоположениеи климатичните промени.
Какъв е принципът на работа на брояча на Гайгер? Купете дозиметър днес домакински типи всеки може да използва брояч на Гайгер. Трябва да се отбележи, че предвид факта, 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 какви частици се регистрират от брояча на Гайгер, за методите и методите на превантивна защита от йонизиращи вещества и. Тъй като радиацията не може да се види или усети от човек без специално оборудване, много хора могат да бъдат замърсени за дълго време, без да го знаят.
Какъв вид радиация е необходима за гайгеров брояч?
Важно е да запомните, че радиацията може да бъде различна в зависимост от това от какви заредени частици се състои и колко далеч се е разпространила от източника си. За какво се използва броячът на Гайгер? Например, алфа частиците радиация не се считат за опасни и агресивни към човешкото тяло, но при продължително излагане могат да доведат до някои форми на заболяване, доброкачествени тумори и възпаления. Бета радиацията се счита за най-опасната и разрушителна за човешкото здраве. Точно за измерване на такива частици във въздуха е насочен принципът на работа на брояча на Гайгер.Бета зарядите могат да бъдат произведени или изкуствено в резултат на работата на атомни електроцентрали или химически лаборатории, или естествено, поради вулканични скали и други подземни източници. В определени случаи високата концентрация на бета-тип йонизиращи елементи във въздуха може да доведе до рак, доброкачествени тумори, инфекции, отлепвания на лигавиците и неизправности. щитовидната жлезаи костен мозък.
Какво представлява броячът на Гайгер и как работи броячът на Гайгер? Това е името на специално устройство, което е оборудвано с дозиметри и радиометри от битови и професионални типове. Броячът на Geiger е чувствителен елемент на дозиметър, който, когато е настроен на определено ниво на чувствителност, помага да се открие 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 тестван на практика в началото на ХХ век от учения Валтер Мюлер. Предимствата и недостатъците на брояча на Гайгер могат да бъдат оценени и от сегашните поколения. Това устройство се използва широко в ежедневието и в индустриалната сфера и до днес. Някои занаятчии дори правят брояч на Гайгер със собствените си ръце.
Подобрени дозиметри за радиация
Трябва да се каже, че от изобретяването на брояча на Гайгер и дозиметъра до наши дни тези универсални устройствапремина през много етапи на усъвършенстване и модернизация. Днес такива устройства могат да се използват не само за проверка на ниски нива на радиационен фон условия на животили в производството, но също така да използва по-оптимизирани и подобрени модели, които помагат за измерване на нивата на радиация в атомни електроцентрали, както и при военни действия.Съвременни методиПриложенията на брояча на Geiger позволяват да се улови не само общото количество йонизиращи вещества във въздуха за определен период от време, но също така да се реагира на тяхната плътност, степен на заряд, вид на радиация и естество на въздействието върху повърхността.
Например предназначението на броячите на Гайгер за домашна или лична употреба не изисква необходимостта от подобрени възможности, тъй като те обикновено се използват за домашна употреба и се използват за проверка на радиационния фон в дома, върху храната, дрехите или строителни материали, което потенциално може да съдържа определено ниво на заряд. Въпреки това, индустриални и професионални дозиметринеобходими, за да се тестват по-тежки и сложни радиационни емисии и да служат по постоянен начиннаблюдение на радиационното поле в атомни електроцентрали, химически лаборатории или атомни електроцентрали.
Обади се сега
и се освободи
консултация със специалист
Имайки предвид факта, че много модерни държавиднес имат мощен ядрено оръжие, всеки човек на планетата трябва да разполага с професионални дозиметри и броячи на Гайгер, за да може в случай на авария или бедствие да контролира своевременно радиационното поле и да спасява живота си и живота на своите близки. Също така е добра идея да научите плюсовете и минусите на брояча на Гайгер преди това.
Струва си да се каже, че принципът на работа на броячите на Geiger осигурява отговор не само на интензивността на радиационния заряд и броя на йонизиращите частици във въздуха, но също така ви позволява да отделите алфа радиацията от бета радиацията. Тъй като бета радиацията се счита за най-агресивната и мощна по своя заряд и концентрация на йони, броячите на Geiger за тестването му са покрити със специални оловни или стоманени скоби, за да се филтрират излишните елементи и да не се повреди оборудването по време на тестването.
Възможността за отсяване и разделяне на различни потоци от тип радиация позволи на много хора днес да използват ефективно дозиметри, да изчисляват точно опасността и нивото на замърсяване на определена зона с радиационни елементи от различни видове.
От какво се състои броячът на Гайгер?
Къде се използва брояч на Гайгер? Както бе споменато по-горе, броячът на Гайгер не е такъв отделен елемент, но служи като водещ и основен елемент в конструкцията на дозиметъра. Необходимо е за най-високо качество и точна проверкарадиационен фон в определен район.Трябва да се каже, че броячът на Geiger има сравнително прост дизайн. Като цяло неговият дизайн има следните характеристики.
Броячът на Гайгер е малък контейнер, съдържащ инертен газ. Като газ различни производителиизползване различни елементии вещества. Най-често броячите на Geiger се произвеждат с цилиндри, пълни с аргон, неон или смеси от тези две вещества. Струва си да се отбележи, 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 възниква електрически импулс.
Катодът е структурата на целия измервателен уред. Анодът е тел или метална връзкамежду цилиндъра и основната конструкция на дозиметъра, свързан към сензора. Трябва да се отбележи, че в някои случаи анодът, който директно реагира на радиационните елементи, може да бъде произведен със специален защитно покритие, което ви позволява да контролирате йоните, които проникват през анода и оказват влияние върху крайните резултати от измерването.
Как работи броячът на Гайгер?
След като изяснихме основните моменти от дизайна на брояча на Geiger, си струва накратко да опишем принципа на работа на брояча на Geiger. Като се има предвид простотата на подреждането му, работата и функционирането му също са изключително лесни за обяснение. Броячът на Гайгер работи на този принцип:- Когато дозиметърът е включен, между катода и анода чрез резистор възниква повишено електрическо напрежение. Въпреки това напрежението не може да падне по време на работа поради факта, че цилиндърът на измервателния уред е пълен с инертен газ.
- Когато зареден йон удари анода, той започва да се смесва с инертен газ, за да се йонизира. Така радиационният елемент се открива от сензора и може да повлияе на радиационния фон в изследваната зона. Краят на теста обикновено се сигнализира от характерния звук на брояч на Гайгер.
Гайгеров брояч SI-8B (СССР) със слюден прозорец за измерване на меко β-лъчение. Прозорецът е прозрачен, под него се вижда спираловиден тел електрод, другият електрод е тялото на апарата
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 радиацията, която броячът записва.
устройство
Това е напълнен с газ кондензатор, който се пробива, когато йонизираща частица преминава през обем газ. Допълнителен електронна схемаосигурява на измервателния уред мощност (обикновено поне 300). Ако е необходимо, той осигурява потискане на разряда и отчита броя на изхвърлянията през брояча.
Броячите на Гайгер са разделени на несамогасящи се и самогасящи се (не изискващи външна веригапрекратяване на освобождаването от отговорност).
При измерване на слаби потоци йонизиращо лъчение с брояч на Гайгер е необходимо да се вземе предвид собственият му фон. Дори и с дебела оловна защита скоростта на броене никога не достига нула. Една от причините за тази спонтанна активност на брояча е твърдият компонент на космическата радиация, която прониква без значително отслабване дори през десетки сантиметри олово и се състои главно от мюони. Средно около 1 мюон в минута преминава през всеки квадратен сантиметър от повърхността на Земята, а ефективността на тяхното регистриране от брояч на Гайгер е почти 100%. Друг източник на фон е радиоактивното „замърсяване“ на материалите на самия измервателен уред. В допълнение, значителен принос към вътрешния фон идва от спонтанното излъчване на електрони от катода на брояча.