ساختار و اصل عملکرد یک شمارنده گایگر-مولر

که در اخیراً توجه به ایمنی پرتویی از سوی شهروندان عادی در کشور ما به طور فزاینده ای افزایش یافته است. و این نه تنها با حوادث غم انگیز نیروگاه هسته ای چرنوبیل و پیامدهای بعدی آن، بلکه با انواع حوادثی که به طور دوره ای در یک مکان یا مکان دیگر روی کره زمین اتفاق می افتد، مرتبط است. در این راستا، در پایان قرن گذشته، دستگاه ها شروع به ظهور کردند پایش دزیمتریک تشعشعات برای مصارف خانگی. و چنین وسایلی نه تنها سلامتی بسیاری از مردم، بلکه گاهی اوقات جان آنها را نجات داده است و این نه تنها در مورد مناطق مجاور منطقه محرومیت صدق می کند. بنابراین، مسائل ایمنی در برابر تشعشعات تا به امروز در هر نقطه از کشور ما مطرح است.

که در تمام دزیمترهای خانگی و تقریبا تمام حرفه ای مدرن مجهز به . به عبارت دیگر می توان آن را عنصر حساس دزیمتر نامید. این دستگاه در سال 1908 توسط فیزیکدان آلمانی هانس گایگر اختراع شد و بیست سال بعد این پیشرفت توسط فیزیکدان دیگری به نام والتر مولر بهبود یافت و این اصل این دستگاه است که تا به امروز مورد استفاده قرار می گیرد.

ن برخی از دزیمترهای مدرن دارای چهار شمارنده به صورت همزمان هستند که امکان افزایش دقت اندازه گیری و حساسیت دستگاه و همچنین کاهش زمان اندازه گیری را فراهم می کند. اکثر شمارنده های گایگر-مولر قادر به تشخیص تابش گاما، تابش پرانرژی بتا و اشعه ایکس هستند. با این حال، پیشرفت های ویژه ای برای تعیین ذرات آلفا با انرژی بالا وجود دارد. برای پیکربندی دزیمتر برای تشخیص تنها تشعشعات گاما، خطرناک ترین نوع از سه نوع تشعشع، محفظه حساس با یک محفظه مخصوص ساخته شده از سرب یا فولاد دیگر پوشانده شده است، که امکان قطع نفوذ ذرات بتا به داخل را فراهم می کند. پیشخوان.

که در در دزیمترهای مدرن برای مصارف خانگی و حرفه ای، سنسورهایی مانند SBM-20، SBM-20-1، SBM-20U، SBM-21، SBM-21-1 به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. آنها در ابعاد کلی دوربین و سایر پارامترها متفاوت هستند؛ خط 20 سنسور دارای ابعاد زیر است: طول 110 میلی متر، قطر 11 میلی متر، و برای مدل 21، طول 20-22 میلی متر با قطر 6 میلی متر. درک این نکته مهم است که هر چه دوربین بزرگتر باشد، تعداد عناصر رادیواکتیو بیشتر از آن عبور می کند و حساسیت و دقت بیشتری دارد. بنابراین، برای سری 20 سنسورها، ابعاد 8-10 برابر بزرگتر از سنسورهای 21 است و تقریباً به همان نسبت تفاوت در حساسیت خواهیم داشت.

به طراحی یک شمارنده گایگر را می توان به صورت شماتیک به شرح زیر توصیف کرد. سنسوری متشکل از یک ظرف استوانه‌ای است که در آن گاز بی‌اثر (مثلاً آرگون، نئون یا مخلوط‌های آن‌ها) با حداقل فشار پمپ می‌شود تا تخلیه الکتریکی بین کاتد و آند را تسهیل کند. کاتد اغلب کل بدنه فلزی حسگر حساس است و آند سیم کوچکی است که روی عایق ها قرار می گیرد. گاهی اوقات کاتد علاوه بر این در یک محفظه محافظ ساخته شده از فولاد ضد زنگ یا سرب پیچیده می شود؛ این کار برای پیکربندی شمارنده انجام می شود تا فقط کوانتوم های گاما را تشخیص دهد.

D برای مصارف خانگی، در حال حاضر، بیشتر از سنسورهای انتهایی استفاده می شود (به عنوان مثال، بتا-1، بتا-2). این شمارنده ها به گونه ای طراحی شده اند که قادر به شناسایی و ثبت ذرات آلفا هستند. چنین شمارنده ای یک استوانه صاف با الکترودهای واقع در داخل و یک پنجره ورودی (کار) ساخته شده از فیلم میکا با ضخامت تنها 12 میکرون است. این طراحی امکان تشخیص (در فاصله نزدیک) ذرات آلفا با انرژی بالا و ذرات بتا با انرژی پایین را فراهم می کند. در این حالت، مساحت پنجره کار شمارنده های Beta-1 و Beta 1-1 7 سانتی متر مربع است. مساحت پنجره کار میکا برای دستگاه Beta-2 2 برابر بزرگتر از Beta-1 است، می توان از آن برای تعیین و غیره استفاده کرد.

E اگر در مورد اصل عملکرد محفظه شمارنده گایگر صحبت کنیم، می توان آن را به طور خلاصه به شرح زیر توصیف کرد. هنگامی که فعال می شود، یک ولتاژ بالا (حدود 350 - 475 ولت) از طریق یک مقاومت بار به کاتد و آند اعمال می شود، اما به دلیل گاز بی اثر که به عنوان دی الکتریک عمل می کند، هیچ تخلیه ای بین آنها رخ نمی دهد. هنگامی که وارد محفظه می شود، انرژی آن برای کوبیدن یک الکترون آزاد از مواد بدنه محفظه یا کاتد کافی است؛ این الکترون مانند بهمن شروع به کوبیدن الکترون های آزاد از گاز بی اثر اطراف می کند و یونیزاسیون آن اتفاق می افتد. در نهایت منجر به تخلیه بین الکترودها می شود. مدار بسته است، و این واقعیت را می توان با استفاده از ریزمدار دستگاه، که حقیقت تشخیص تابش کوانتومی گاما یا اشعه ایکس است، ثبت کرد. سپس دوربین تنظیم مجدد می شود و اجازه می دهد ذره بعدی شناسایی شود.

اچ برای توقف فرآیند تخلیه در محفظه و آماده سازی محفظه برای ثبت ذرات بعدی، دو راه وجود دارد، یکی از آنها بر این اساس است که ولتاژ تغذیه الکترودها برای مدت زمان بسیار کوتاهی متوقف می شود که متوقف می شود. فرآیند یونیزاسیون گاز روش دوم بر اساس افزودن ماده دیگری به گاز بی اثر است، مثلاً ید، الکل و مواد دیگر و منجر به کاهش ولتاژ الکترودها می شود که روند یونیزاسیون بیشتر را نیز متوقف می کند و دوربین قادر می شود. برای شناسایی عنصر رادیواکتیو بعدی در این روش از یک مقاومت بار با ظرفیت بالا استفاده می شود.

پ تعداد تخلیه ها در محفظه کنتور و می توان میزان تابش را در ناحیه اندازه گیری شده یا از یک جسم خاص قضاوت کرد.

در سال 1908، هانس گایگر فیزیکدان آلمانی در آزمایشگاه های شیمیایی متعلق به ارنست رادرفورد کار می کرد. در آنجا همچنین از آنها خواسته شد تا یک شمارنده ذرات باردار را که یک محفظه یونیزه بود، آزمایش کنند. محفظه یک خازن الکتریکی بود که با فشار زیاد با گاز پر می شد. پیر کوری نیز با مطالعه الکتریسیته در گازها از این وسیله در عمل استفاده کرد. ایده گایگر - برای تشخیص تابش یونها - با تأثیر آنها بر سطح یونیزاسیون گازهای فرار همراه بود.

در سال 1928، دانشمند آلمانی والتر مولر، با کار با گایگر و زیر نظر او، شمارنده های متعددی ایجاد کرد که ذرات یونیزان را ثبت می کردند. این دستگاه ها برای تحقیقات بیشتر در مورد تشعشعات مورد نیاز بودند. فیزیک، که علم آزمایش است، بدون اندازه گیری ساختارها نمی تواند وجود داشته باشد. تنها چند تشعشع کشف شد: γ، β، α. وظیفه گایگر اندازه گیری انواع تشعشعات با ابزارهای حساس بود.

شمارنده گایگر مولر یک حسگر رادیواکتیو ساده و ارزان است. این ابزار دقیقی نیست که ذرات منفرد را بگیرد. این تکنیک میزان اشباع کامل پرتوهای یونیزان را اندازه گیری می کند. فیزیکدانان از آن با سایر حسگرها برای دستیابی به محاسبات دقیق هنگام انجام آزمایش استفاده می کنند.

کمی در مورد پرتوهای یونیزان

می‌توانیم مستقیماً به توضیح آشکارساز برویم، اما اگر اطلاعات کمی در مورد پرتوهای یونیزان داشته باشید، عملکرد آن غیرقابل درک به نظر می‌رسد. هنگامی که تشعشع رخ می دهد، یک اثر گرماگیر بر روی ماده رخ می دهد. انرژی به این امر کمک می کند. به عنوان مثال، امواج ماوراء بنفش یا امواج رادیویی متعلق به چنین تشعشعی نیستند، اما نور ماوراء بنفش سخت متعلق به این تابش است. در اینجا حد نفوذ مشخص می شود. نوع فوتونیک نامیده می شود و خود فوتون ها γ-کوانتا هستند.

ارنست رادرفورد فرآیندهای انتشار انرژی را با استفاده از یک تاسیسات با میدان مغناطیسی به 3 نوع تقسیم کرد:

• γ - فوتون؛
• α هسته اتم هلیوم است.
• β یک الکترون پر انرژی است.

می توانید با کاغذ از خود در برابر ذرات α محافظت کنید. β به عمق بیشتری نفوذ می کند. توانایی نفوذ γ بالاترین میزان است. نوترون ها که بعداً دانشمندان متوجه شدند، ذرات خطرناکی هستند. آنها در فاصله چند ده متری عمل می کنند. با داشتن خنثی الکتریکی، با مولکول های مواد مختلف واکنش نشان نمی دهند.

با این حال، نوترون ها به راحتی به مرکز اتم می رسند و باعث تخریب آن می شوند که نتیجه آن تشکیل ایزوتوپ های رادیواکتیو است. همانطور که ایزوتوپ ها تجزیه می شوند، تشعشعات یونیزان ایجاد می کنند. از یک شخص، حیوان، گیاه یا جسم غیر آلی که تشعشع دریافت کرده است، تا چند روز تشعشع می شود.

طراحی و اصل عملکرد یک شمارنده گایگر

این دستگاه از یک لوله فلزی یا شیشه ای تشکیل شده است که گاز نجیب (مخلوط آرگون-نئون یا مواد خالص) به داخل آن پمپ می شود. هوا در لوله وجود ندارد. گاز تحت فشار اضافه می شود و حاوی ترکیبی از الکل و هالوژن است. یک سیم در سراسر لوله کشیده شده است. یک استوانه آهنی به موازات آن قرار دارد.

سیم را آند و لوله را کاتد می نامند. آنها با هم الکترود هستند. یک ولتاژ بالا به الکترودها اعمال می شود که به خودی خود باعث پدیده تخلیه نمی شود. این نشانگر تا زمانی که یک مرکز یونیزاسیون در محیط گازی آن ظاهر شود در این حالت باقی می ماند. یک منهای از منبع تغذیه به لوله وصل شده است و یک مثبت به سیم متصل می شود که از طریق یک مقاومت سطح بالا هدایت می شود. ما در مورد منبع ثابت ده ها صد ولت صحبت می کنیم.

وقتی ذره ای وارد لوله می شود، اتم های گاز نجیب با آن برخورد می کنند. پس از تماس، انرژی آزاد می شود که الکترون ها را از اتم های گاز خارج می کند. سپس الکترون های ثانویه تشکیل می شوند که با هم برخورد می کنند و توده ای از یون ها و الکترون های جدید تولید می کنند. سرعت الکترون ها به سمت آند تحت تأثیر میدان الکتریکی است. در طی این فرآیند جریان الکتریکی تولید می شود.

در طی یک برخورد، انرژی ذرات از بین می رود و عرضه اتم های گاز یونیزه به پایان می رسد. هنگامی که ذرات باردار وارد یک شمارنده گایگر تخلیه گاز می شوند، مقاومت لوله کاهش می یابد و بلافاصله ولتاژ در نقطه شکافت میانی کاهش می یابد. سپس مقاومت دوباره افزایش می یابد - این مستلزم بازیابی ولتاژ است. حرکت منفی می شود. دستگاه پالس ها را نشان می دهد و ما می توانیم آنها را بشماریم و همزمان تعداد ذرات را تخمین بزنیم.

انواع شمارنده های گایگر

از نظر طراحی، شمارنده های گایگر در دو نوع هستند: تخت و کلاسیک.

کلاسیک

ساخته شده از فلز نازک موجدار. به دلیل موج دار شدن، لوله استحکام و مقاومت در برابر تأثیرات خارجی به دست می آورد که از تغییر شکل آن جلوگیری می کند. انتهای لوله مجهز به عایق های شیشه ای یا پلاستیکی است که حاوی درپوش هایی برای خروجی دستگاه ها می باشد.

لاک روی سطح لوله (به جز سرب) اعمال می شود. شمارنده کلاسیک یک آشکارساز اندازه گیری جهانی برای همه انواع شناخته شده تشعشع در نظر گرفته می شود. به خصوص برای γ و β.

تخت

مترهای حساس برای ثبت تابش بتا نرم طراحی متفاوتی دارند. به دلیل تعداد کم ذرات بتا، بدن آنها حالتی صاف دارد. یک پنجره میکا وجود دارد که β را ضعیف مسدود می کند. سنسور BETA-2 نام یکی از این دستگاه ها است. خواص دیگر شمارنده های تخت به مواد بستگی دارد.

پارامترهای شمارنده گایگر و حالت های عملیاتی

برای محاسبه حساسیت شمارنده، نسبت تعداد ریزرونتژن های نمونه به تعداد سیگنال های این تابش را تخمین بزنید. این دستگاه انرژی ذره را اندازه گیری نمی کند، بنابراین تخمین کاملا دقیقی ارائه نمی دهد. دستگاه ها با استفاده از نمونه هایی از منابع ایزوتوپی کالیبره می شوند.

شما همچنین باید به پارامترهای زیر توجه کنید:

محل کار، قسمت پنجره ورودی

ویژگی های ناحیه نشانگر که ریزذرات از آن عبور می کنند به اندازه آن بستگی دارد. هر چه منطقه وسیع تر باشد، ذرات بیشتری گرفتار خواهند شد.

ولتاژ بهره برداری

ولتاژ باید با مشخصات متوسط ​​مطابقت داشته باشد. مشخصه عملیاتی خود بخش مسطح وابستگی تعداد پالس های ثابت به ولتاژ است. نام دوم آن فلات است. در این مرحله، دستگاه به اوج فعالیت می رسد و حد بالایی اندازه گیری نامیده می شود. مقدار - 400 ولت.

عرض کار

عرض کار تفاوت بین ولتاژ خروجی صفحه و ولتاژ تخلیه جرقه است. مقدار 100 ولت است.

شیب

مقدار به عنوان درصدی از تعداد پالس ها در هر 1 ولت اندازه گیری می شود. خطای اندازه گیری (آماری) در شمارش پالس را نشان می دهد. مقدار 0.15٪ است.

درجه حرارت

دما بسیار مهم است زیرا اغلب باید در شرایط سخت از متر استفاده شود. مثلاً در راکتورها. مترهای کاربری عمومی: -50 تا +70 سانتیگراد.

منبع کار

این منبع با تعداد کل پالس های ثبت شده تا لحظه ای که خوانش های دستگاه نادرست می شود مشخص می شود. اگر دستگاه حاوی مواد آلی برای خود خاموش شدن باشد، تعداد پالس ها یک میلیارد خواهد بود. محاسبه منبع فقط در حالت ولتاژ کاری مناسب است. هنگام ذخیره سازی دستگاه، سرعت جریان متوقف می شود.

زمان بهبودی

این مقدار زمانی است که یک دستگاه برای هدایت الکتریسیته پس از واکنش به یک ذره یونیزه کننده نیاز دارد. یک حد بالایی در فرکانس پالس وجود دارد که محدوده اندازه گیری را محدود می کند. مقدار 10 میکروثانیه است.

با توجه به زمان بازیابی (که زمان مرده نیز نامیده می شود)، دستگاه ممکن است در یک لحظه تعیین کننده از کار بیفتد. برای جلوگیری از بیش از حد، سازندگان صفحه نمایش سربی را نصب می کنند.

آیا پیشخوان دارای پس زمینه است؟

پس زمینه در یک محفظه سربی با دیواره ضخیم اندازه گیری می شود. مقدار معمول بیش از 2 پالس در دقیقه نیست.

چه کسی و در کجا از دزیمتر تشعشع استفاده می کند؟

بسیاری از تغییرات شمارنده های گایگر مولر در مقیاس صنعتی تولید می شوند. تولید آنها در زمان اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد و اکنون ادامه دارد، اما در فدراسیون روسیه.

دستگاه مورد استفاده:

• در تاسیسات صنعت هسته ای؛
• در موسسات علمی؛
• در پزشکی؛
• در خانه.

پس از حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل، شهروندان عادی نیز دزیمتر خریداری کردند. همه دستگاه ها دارای شمارنده گایگر هستند. چنین دزیمترهایی مجهز به یک یا دو لوله هستند.

آیا می توان با دستان خود یک شمارنده گایگر ساخت؟

ساختن یک متر توسط خودتان دشوار است. شما به سنسور تشعشع نیاز دارید، اما همه نمی توانند آن را بخرند. خود مدار شمارنده مدت هاست که شناخته شده است - به عنوان مثال در کتاب های درسی فیزیک نیز چاپ شده است. با این حال، فقط یک "چپ دست" واقعی می تواند دستگاه را در خانه تولید کند.

صنعتگران با استعداد خود آموخته یاد گرفته اند که جایگزینی برای شمارنده بسازند که همچنین قادر به اندازه گیری تابش گاما و بتا با استفاده از لامپ فلورسنت و لامپ رشته ای است. آنها همچنین از ترانسفورماتورهای تجهیزات شکسته، لوله گایگر، تایمر، خازن، بردهای مختلف و مقاومت استفاده می کنند.

نتیجه

هنگام تشخیص تشعشع، باید پیشینه خود متر را در نظر بگیرید. حتی با محافظت از سرب با ضخامت مناسب، سرعت ثبت مجدد تنظیم نمی شود. این پدیده توضیحی دارد: علت فعالیت تابش کیهانی است که از لایه های سرب نفوذ می کند. میون ها در هر دقیقه بر روی سطح زمین پرواز می کنند که توسط شمارنده با احتمال 100٪ ثبت می شود.

منبع دیگری از پس زمینه وجود دارد - تشعشعات انباشته شده توسط خود دستگاه. بنابراین در رابطه با شمارنده گایگر نیز مناسب است در مورد سایش صحبت کنیم. هر چه دستگاه تشعشع بیشتری داشته باشد، قابلیت اطمینان داده های آن کمتر است.

تشعشعات یونیزان کنترل نشده به هر شکلی خطرناک است. بنابراین نیاز به ثبت، نظارت و حسابداری آن احساس می شود. روش یونیزاسیون ثبت II یکی از روش های دزیمتری است که به شما امکان می دهد از وضعیت واقعی تشعشع آگاه شوید.

روش یونیزاسیون برای تشخیص تشعشع چیست؟

این روش بر اساس ثبت اثرات یونیزاسیون است. میدان الکتریکی از ترکیب مجدد یون ها جلوگیری می کند و حرکت آنها را به سمت الکترودهای مناسب هدایت می کند. به لطف این، اندازه گیری بار یون های تشکیل شده تحت تأثیر تشعشعات یونیزان امکان پذیر می شود.

آشکارسازها و ویژگی های آنها

موارد زیر به عنوان آشکارساز در روش یونیزاسیون استفاده می شوند:

• اتاق های یونیزاسیون؛
• شمارنده های گایگر مولر؛
• شمارنده های متناسب؛
• آشکارسازهای نیمه هادی؛
• و غیره.

همه آشکارسازها، به استثنای آنهایی که نیمه هادی هستند، سیلندرهایی پر از گاز هستند که دو الکترود با ولتاژ جریان مستقیم روی آنها نصب می شوند. الکترودها یون هایی را که هنگام عبور پرتوهای یونیزان از یک محیط گازی تشکیل می شوند جمع آوری می کنند. یون های منفی به سمت آند حرکت می کنند و یون های مثبت به سمت کاتد حرکت می کنند و جریان یونیزاسیون را تشکیل می دهند. بر اساس مقدار آن می توان تعداد ذرات ثبت شده را تخمین زد و شدت تابش را تعیین کرد.

اصل عملیات شمارنده گایگر مولر

عملکرد شمارنده بر اساس یونیزاسیون ضربه است. الکترون‌هایی که در گاز حرکت می‌کنند (هنگامی که با تابش به دیواره‌های شمارنده برخورد می‌کنند) با اتم‌های آن برخورد می‌کنند و الکترون‌ها را از آنها خارج می‌کنند و در نتیجه الکترون‌های آزاد و یون‌های مثبت ایجاد می‌شوند. میدان الکتریکی موجود بین کاتد و آند به الکترون های آزاد شتاب کافی برای شروع یونیزاسیون ضربه می دهد. در نتیجه این واکنش، تعداد زیادی یون با افزایش شدید جریان از طریق شمارنده و یک پالس ولتاژ ظاهر می شود که توسط دستگاه ضبط ثبت می شود. سپس تخلیه بهمن خاموش می شود. تنها پس از این می توان ذره بعدی را تشخیص داد.

تفاوت بین محفظه یونیزاسیون و شمارنده گایگر مولر

یک شمارنده گاز (شمارگر گایگر) از یونیزاسیون ثانویه برای ایجاد یک تقویت گاز بزرگ جریان استفاده می کند، که به این دلیل اتفاق می افتد که سرعت حرکت یون های ایجاد شده توسط ماده یونیزه کننده آنقدر زیاد است که یون های جدید تشکیل می شود. آنها نیز به نوبه خود می توانند گاز را یونیزه کنند و در نتیجه فرآیند را توسعه دهند. بنابراین، هر ذره 10 6 برابر بیشتر از آنچه در محفظه یونیزاسیون ممکن است، یون تولید می کند، بنابراین امکان اندازه گیری تشعشعات یونیزان با شدت کم را نیز فراهم می کند.

آشکارسازهای نیمه هادی

عنصر اصلی آشکارسازهای نیمه هادی یک کریستال است و اصل کار با یک محفظه یونیزاسیون تنها در این است که یون ها در ضخامت کریستال ایجاد می شوند و نه در شکاف گاز.

نمونه هایی از دزیمتر بر اساس روش های ثبت یونیزاسیون

یک دستگاه مدرن از این نوع دزیمتر بالینی 27012 با مجموعه ای از اتاقک های یونیزاسیون است که امروزه استاندارد است.

در بین دزیمترهای فردی، KID-1، KID-2، DK-02، DP-24، و غیره، و همچنین ID-0.2، که یک آنالوگ مدرن از موارد ذکر شده در بالا است، گسترده شده است.

شمارنده گایگر سنسور اصلی برای اندازه گیری تابش است. اشعه گاما، آلفا، بتا و اشعه ایکس را تشخیص می دهد. در مقایسه با سایر روش های تشخیص تشعشع، به عنوان مثال، اتاقک های یونیزاسیون، بالاترین حساسیت را دارد. این دلیل اصلی استفاده گسترده از آن است. سنسورهای دیگر برای اندازه گیری تشعشع بسیار به ندرت استفاده می شوند. تقریباً تمام دستگاه های نظارت بر تشعشعات بر اساس شمارنده های گایگر هستند. آنها تولید انبوه می شوند و دستگاه هایی در سطوح مختلف وجود دارد: از دزیمترهای درجه نظامی تا کالاهای مصرفی چینی. امروزه خرید هر وسیله ای برای اندازه گیری تابش مشکل ساز نیست.

چندی پیش هیچ توزیع گسترده ای از ابزار دزیمتری وجود نداشت. بنابراین، تا سال 1986، در طول حادثه چرنوبیل، معلوم شد که جمعیت به سادگی هیچ دستگاه نظارت بر تشعشعات ندارند، که به هر حال، عواقب فاجعه را تشدید می کند. در همان زمان، با وجود گسترش دایره های خلاقیت فنی و رادیویی آماتور، شمارنده های گایگر در فروشگاه ها فروخته نمی شد، بنابراین ساخت دزیمترهای خانگی غیرممکن بود.

نحوه کار شمارنده های گایگر

این یک دستگاه وکیوم الکتریکی با اصول کار بسیار ساده است. سنسور تشعشعات رادیواکتیو یک محفظه فلزی یا شیشه ای با متالیزاسیون است که با گاز بی اثر تخلیه شده پر شده است. یک الکترود در مرکز محفظه قرار می گیرد. دیواره های بیرونی محفظه به یک منبع ولتاژ بالا (معمولاً 400 ولت) متصل می شوند. الکترود داخلی به تقویت کننده حساس متصل است. تابش یونیزان (تابش) جریانی از ذرات است. آنها به معنای واقعی کلمه الکترون ها را از کاتد ولتاژ بالا به رشته های آند منتقل می کنند. یک ولتاژ به سادگی بر روی آن القا می شود که می توان آن را با اتصال آن به تقویت کننده اندازه گیری کرد.

حساسیت بالای شمارنده گایگر به دلیل اثر بهمن است. انرژی ای که تقویت کننده در خروجی تشخیص می دهد، انرژی منبع تابش یونیزان نیست. این انرژی منبع تغذیه ولتاژ بالا خود دزیمتر است. ذره نافذ فقط یک الکترون (بار انرژی که به جریانی تبدیل می شود که توسط متر تشخیص داده می شود) منتقل می کند. مخلوط گاز متشکل از گازهای نجیب: آرگون، نئون بین الکترودها وارد می شود. برای خاموش کردن تخلیه های ولتاژ بالا طراحی شده است. اگر چنین تخلیه ای رخ دهد، عملیات کاذب شمارنده خواهد بود. مدار اندازه گیری بعدی چنین انتشاراتی را نادیده می گیرد. علاوه بر این، منبع تغذیه ولتاژ بالا نیز باید از آنها محافظت شود.

مدار قدرت در شمارنده گایگر جریان خروجی چند میکرو آمپر را با ولتاژ خروجی 400 ولت فراهم می کند. مقدار دقیق ولتاژ تغذیه برای هر مارک کنتور با توجه به مشخصات فنی آن تعیین می شود.

قابلیت های شمارنده گایگر، حساسیت، تابش ثبت شده

با استفاده از شمارنده گایگر می توان تشعشعات گاما و بتا را با دقت بالایی شناسایی و اندازه گیری کرد. متأسفانه نمی توان نوع تشعشع را مستقیماً تشخیص داد. این کار به طور غیر مستقیم با نصب موانع بین سنسور و جسم یا زمین مورد بررسی انجام می شود. پرتوهای گاما بسیار شفاف هستند و پس زمینه آنها تغییر نمی کند. اگر دزیمتر تشعشع بتا را تشخیص داده باشد، نصب یک مانع جداکننده، حتی یک ورق فلزی نازک، تقریباً به طور کامل جریان ذرات بتا را مسدود می کند.

مجموعه دزیمترهای شخصی DP-22 و DP-24 که در گذشته رایج بودند، از شمارنده های گایگر استفاده نمی کردند. در عوض، از یک سنسور محفظه یونیزاسیون استفاده شد، بنابراین حساسیت بسیار پایین بود. ابزارهای دزیمتری مدرن با استفاده از شمارنده های گایگر هزاران بار حساس تر هستند. می توان از آنها برای ثبت تغییرات طبیعی در تابش پس زمینه خورشیدی استفاده کرد.

یکی از ویژگی های قابل توجه شمارنده گایگر حساسیت آن است که ده ها و صدها برابر بیشتر از سطح مورد نیاز است. اگر شمارنده را در یک محفظه سربی کاملاً محافظت شده روشن کنید، پس زمینه تشعشع طبیعی عظیمی را نشان می دهد. این قرائت ها نقص طراحی خود متر نیست که توسط آزمایش های آزمایشگاهی متعدد تأیید شده است. چنین داده هایی نتیجه پس زمینه تابش طبیعی در فضا است. این آزمایش فقط نشان می دهد که شمارنده گایگر چقدر حساس است.

به خصوص برای اندازه‌گیری این پارامتر، مشخصات فنی مقدار «حساسیت شمارنده میکروثانیه imp» (پالس در میکروثانیه) را نشان می‌دهد. هر چه این تکانه ها بیشتر باشد، حساسیت بیشتر می شود.

اندازه گیری تابش با شمارنده گایگر، مدار دزیمتر

مدار دزیمتر را می توان به دو ماژول عملکردی تقسیم کرد: منبع تغذیه با ولتاژ بالا و مدار اندازه گیری. منبع تغذیه ولتاژ بالا - مدار آنالوگ. ماژول اندازه گیری روی دزیمترهای دیجیتال همیشه دیجیتال است. این یک شمارنده پالس است که مقدار مربوطه را به شکل اعداد در مقیاس ابزار نمایش می دهد. برای اندازه گیری دوز تشعشع، شمردن پالس ها در دقیقه، 10، 15 ثانیه یا مقادیر دیگر ضروری است. میکروکنترلر تعداد پالس ها را به یک مقدار مشخص در مقیاس دزیمتر در واحدهای تابش استاندارد تبدیل می کند. در اینجا رایج ترین آنها هستند:

• اشعه ایکس (معمولا از اشعه ایکس میکرو استفاده می شود).
• Sievert (microsievert - mSv)؛
• گری، خوشحالم
• چگالی شار بر حسب میکرووات بر متر مربع

سیورت محبوب ترین واحد اندازه گیری تابش است. همه هنجارها به آن مربوط می شود؛ هیچ محاسبه مجدد اضافی لازم نیست. rem واحدی برای تعیین اثر تشعشع بر روی اجسام بیولوژیکی است.

مقایسه شمارشگر گایگر تخلیه گاز با سنسور تشعشع نیمه هادی

شمارنده گایگر یک دستگاه تخلیه گاز است و روند مدرن در میکروالکترونیک این است که همه جا از شر آنها خلاص شوند. ده ها نسخه از حسگرهای تشعشع نیمه هادی توسعه یافته اند. سطح تشعشع پس زمینه آنها به طور قابل توجهی بالاتر از شمارنده های گایگر است. حساسیت سنسور نیمه هادی بدتر است، اما مزیت دیگری دارد - کارایی. نیمه هادی ها به برق ولتاژ بالا نیاز ندارند. آنها برای دزیمترهای قابل حمل با باتری مناسب هستند. مزیت دیگر ثبت ذرات آلفا است. حجم گاز کنتور به طور قابل توجهی بزرگتر از سنسور نیمه هادی است، اما ابعاد آن حتی برای تجهیزات قابل حمل هنوز قابل قبول است.

اندازه گیری تابش آلفا، بتا و گاما

اندازه گیری اشعه گاما ساده ترین است. این تابش الکترومغناطیسی است که جریانی از فوتون است (نور نیز جریانی از فوتون است). برخلاف نور، فرکانس بسیار بالاتر و طول موج بسیار کوتاهی دارد. این به آن اجازه می دهد تا از طریق اتم ها نفوذ کند. در دفاع مدنی، تشعشعات گاما، تشعشعات نافذ است. از دیوار خانه ها، اتومبیل ها، سازه های مختلف نفوذ می کند و تنها توسط یک لایه خاک یا بتن چند متری حفظ می شود. ثبت گاما کوانتا با کالیبراسیون دزیمتر بر اساس تابش گامای طبیعی خورشید انجام می شود. بدون نیاز به منابع تشعشعی موضوع کاملاً متفاوت با تابش بتا و آلفا است.

اگر تابش یونیزه α (تابش آلفا) از اجسام خارجی باشد، تقریباً بی ضرر است و نشان دهنده جریانی از هسته های اتم هلیوم است. محدوده و نفوذپذیری این ذرات کوچک - چند میکرومتر (حداکثر میلی متر) - بسته به نفوذپذیری محیط است. با توجه به این ویژگی، تقریباً توسط شمارنده گایگر ثبت نمی شود. در عین حال، ثبت تشعشعات آلفا مهم است، زیرا این ذرات زمانی که با هوا، غذا یا آب به بدن نفوذ می کنند بسیار خطرناک هستند. شمارنده های گایگر به میزان محدودی برای تشخیص آنها استفاده می شود. سنسورهای نیمه هادی ویژه بیشتر رایج هستند.

تابش بتا کاملاً توسط شمارنده گایگر تشخیص داده می شود زیرا یک ذره بتا یک الکترون است. می تواند صدها متر در جو پرواز کند، اما به خوبی توسط سطوح فلزی جذب می شود. در این راستا شمارنده گایگر باید دارای پنجره میکا باشد. محفظه فلزی با ضخامت دیواره کوچک ساخته شده است. ترکیب گاز داخلی به گونه ای انتخاب می شود که افت فشار کمی را تضمین کند. آشکارساز تشعشع بتا روی پروب از راه دور قرار می گیرد. چنین دزیمترهایی در زندگی روزمره چندان رایج نیستند. اینها عمدتاً محصولات نظامی هستند.

دزیمتر شخصی با شمارنده گایگر

این دسته از دستگاه ها برخلاف مدل های قدیمی با محفظه یونیزاسیون بسیار حساس هستند. مدل های قابل اعتماد توسط بسیاری از تولید کنندگان داخلی ارائه می شود: Terra، MKS-05، DKR، Radex، RKS. اینها همه دستگاه های مستقلی هستند که داده های آن بر روی صفحه نمایش در واحدهای اندازه گیری استاندارد نمایش داده می شود. حالتی برای نمایش دوز تشعشع انباشته شده و سطح پس زمینه آنی وجود دارد.

یک جهت امیدوارکننده، اتصال دزیمتر خانگی به تلفن هوشمند است. چنین دستگاه هایی توسط سازندگان خارجی تولید می شوند. آن‌ها قابلیت‌های فنی غنی دارند؛ آنها عملکرد ذخیره‌سازی، محاسبه، محاسبه مجدد و جمع‌بندی تشعشعات در طول روز، هفته و ماه را دارند. تاکنون به دلیل حجم کم تولید، قیمت تمام شده این دستگاه ها بسیار بالا بوده است.

دزیمترهای خانگی، چرا به آنها نیاز است؟

شمارنده گایگر یک عنصر خاص از دزیمتر است که برای تولید خود کاملاً غیرقابل دسترسی است. علاوه بر این، فقط در دزیمتر یافت می شود یا به طور جداگانه در فروشگاه های رادیویی فروخته می شود. اگر این سنسور در دسترس باشد، تمام اجزای دیگر دزیمتر را می توان به طور مستقل از قطعات مختلف لوازم الکترونیکی مصرفی مونتاژ کرد: تلویزیون، مادربرد و غیره. در حال حاضر حدود دوازده طرح در سایت ها و انجمن های رادیویی آماتور ارائه می شود. ارزش جمع آوری آنها را دارد ، زیرا اینها اثبات شده ترین گزینه ها هستند و دستورالعمل های دقیقی برای راه اندازی و راه اندازی دارند.

مدار سوئیچینگ شمارنده گایگر همیشه بر وجود منبع ولتاژ بالا دلالت دارد. ولتاژ کاری معمولی کنتور 400 ولت است. با استفاده از مدار ژنراتور مسدود کننده به دست می آید و این پیچیده ترین عنصر مدار دزیمتر است. خروجی شمارنده را می توان به یک تقویت کننده فرکانس پایین متصل کرد و تعداد کلیک های بلندگو را شمارش کرد. چنین دزیمتری در موارد اضطراری، زمانی که عملاً زمانی برای تولید وجود ندارد، مونتاژ می شود. از نظر تئوری، خروجی شمارنده گایگر را می توان به ورودی صوتی تجهیزات خانگی مانند کامپیوتر متصل کرد.

دزیمترهای خانگی، مناسب برای اندازه گیری دقیق، همگی بر روی میکروکنترلرها مونتاژ می شوند. در اینجا به مهارت های برنامه نویسی نیازی نیست، زیرا برنامه به صورت آماده از دسترسی آزاد نوشته شده است. مشکلات در اینجا برای تولید الکترونیکی خانگی معمول است: تهیه برد مدار چاپی، لحیم کاری قطعات رادیویی، ساخت کیس. همه اینها در یک کارگاه کوچک حل می شود. دزیمترهای خانگی از شمارنده های گایگر در مواردی ساخته می شوند که:

• خرید دزیمتر آماده امکان پذیر نیست.
• شما به دستگاهی با ویژگی های خاص نیاز دارید.
• بررسی روند ساخت و راه اندازی دزیمتر ضروری است.

دزیمتر خانگی با استفاده از دزیمتر دیگر در برابر پس زمینه طبیعی کالیبره می شود. این فرآیند ساخت و ساز را کامل می کند.

اگر سوالی دارید، آنها را در نظرات زیر مقاله مطرح کنید. ما یا بازدیدکنندگان ما خوشحال خواهیم شد که به آنها پاسخ دهیم

هدف از شمارنده ها

شمارشگر گایگر مولر یک دستگاه دو الکترودی است که برای تعیین شدت تابش یونیزان یا به عبارت دیگر شمارش ذرات یونیزه کننده ناشی از واکنش های هسته ای طراحی شده است: یون هلیوم (- ذرات)، الکترون ها (- ذرات)، اشعه ایکس. کوانتا (- ذرات) و نوترون ها. ذرات با سرعت بسیار بالا پخش می شوند [تا 2. 10 7 m/s برای یونها (انرژی تا 10 MeV) و تقریباً سرعت نور برای الکترونها (انرژی 0.2 - 2 MeV)] که به دلیل نفوذ آنها به داخل شمارنده است. نقش شمارنده تولید یک پالس ولتاژ کوتاه (کسری از میلی ثانیه) است (واحد - ده ها ولت) هنگامی که یک ذره وارد حجم دستگاه می شود.

در مقایسه با سایر آشکارسازها (حسگرها) پرتوهای یونیزان (محفظه یونیزاسیون، شمارنده متناسب)، شمارنده گایگر مولر دارای حساسیت آستانه بالایی است - به شما امکان می دهد پس زمینه رادیواکتیو طبیعی زمین را کنترل کنید (1 ذره در هر سانتی متر مربع در 10). - 100 ثانیه). حد بالایی اندازه گیری نسبتا کم است - تا 10 4 ذره در سانتی متر مربع در ثانیه یا تا 10 سیورت در ساعت (Sv/h). ویژگی خاص شمارنده توانایی تولید پالس های ولتاژ خروجی یکسان بدون توجه به نوع ذرات، انرژی آنها و تعداد یونیزاسیون های تولید شده توسط ذره در حجم سنسور است.

عملکرد یک شمارنده گایگر مبتنی بر تخلیه گاز پالسی غیرخودپایدار بین الکترودهای فلزی است که توسط یک یا چند الکترون حاصل از یونیزاسیون یک ذره گاز -، -، یا - آغاز می شود. مترها معمولاً از طرح الکترود استوانه‌ای استفاده می‌کنند و قطر استوانه داخلی (آند) بسیار کوچک‌تر (2 یا بیشتر قدر) از بیرونی (کاتد) است که از اهمیت اساسی برخوردار است. قطر مشخصه آند 0.1 میلی متر است.

ذرات از طریق یک پوسته خلاء و یک کاتد در طرح "اسوانه ای" وارد شمارنده می شوند (شکل 2، آ) یا از طریق یک پنجره نازک مسطح خاص در نسخه "پایانی" طرح (شکل 2 ، ب). گزینه دوم برای ثبت ذراتی استفاده می شود که توانایی نفوذ کمی دارند (مثلاً توسط یک ورق کاغذ حفظ می شوند) اما اگر منبع ذرات وارد بدن شود از نظر بیولوژیکی بسیار خطرناک هستند. آشکارسازهایی با پنجره های میکا نیز برای شمارش ذرات با انرژی نسبتاً کم (تابش بتا "نرم") استفاده می شود.

برنج. 2. طرح های شماتیک یک استوانه ( آ) و پایان ( ب)گایگر شمارنده می کند. عناوین: 1 - پوسته خلاء (شیشه ای)؛ 2 - آند؛ 3 - کاتد; 4 - پنجره (میکا، سلفون)

در نسخه استوانه ای پیشخوان که برای ثبت ذرات پرانرژی یا اشعه ایکس نرم طراحی شده است، از پوسته خلاء جدار نازک استفاده می شود و کاتد از فویل نازک یا به شکل یک فیلم نازک از فلز (مس) ساخته شده است. ، آلومینیوم) روی سطح داخلی پوسته رسوب می کند. در تعدادی از طرح ها، یک کاتد فلزی جدار نازک (با سفت کننده) عنصری از پوسته خلاء است. تابش اشعه ایکس سخت (ذرات) قدرت نفوذ را افزایش داده است. بنابراین، توسط آشکارسازهایی با دیواره‌های نسبتاً ضخیم یک پوسته خلاء و یک کاتد عظیم ثبت می‌شود. در شمارشگرهای نوترونی، کاتد با لایه نازکی از کادمیوم یا بور پوشانده می شود که در آن تابش نوترونی از طریق واکنش های هسته ای به تشعشعات رادیواکتیو تبدیل می شود.

حجم دستگاه معمولاً با آرگون یا نئون با مخلوط کوچک (تا 1٪) آرگون در فشار نزدیک به اتمسفر (10-50 کیلو پاسکال) پر می شود. برای از بین بردن پدیده های نامطلوب پس از تخلیه، مخلوطی از بخار برم یا الکل (تا 1٪) به پر کردن گاز وارد می شود.

توانایی یک شمارنده گایگر برای ثبت ذرات بدون توجه به نوع و انرژی آنها (برای تولید یک پالس ولتاژ بدون توجه به تعداد الکترون های تولید شده توسط ذره) با این واقعیت تعیین می شود که به دلیل قطر بسیار کوچک آند، تقریباً تمام ولتاژ اعمال شده به الکترودها در یک لایه باریک نزدیک به آند متمرکز می شود. در خارج از لایه یک "منطقه به دام انداختن ذرات" وجود دارد که در آن مولکول های گاز را یونیزه می کنند. الکترون‌هایی که توسط ذره از مولکول‌ها جدا می‌شوند به سمت آند شتاب می‌گیرند، اما گاز به دلیل قدرت میدان الکتریکی کم یونیزه می‌شود. یونیزاسیون پس از ورود الکترون ها به لایه نزدیک به آند با قدرت میدان بالا، به شدت افزایش می یابد، جایی که بهمن های الکترونی (یک یا چند) با درجه بسیار بالایی از ضرب الکترون (تا 107) ایجاد می شوند. با این حال، جریان حاصل از این هنوز به مقداری مطابق با تشکیل سیگنال سنسور نمی رسد.

افزایش بیشتر جریان به مقدار عملیاتی به این دلیل است که در بهمن ها، همزمان با یونیزاسیون، فوتون های فرابنفش با انرژی حدود 15 eV تولید می شود که برای یونیزه کردن مولکول های ناخالصی در پر کردن گاز کافی است (به عنوان مثال، یونیزاسیون پتانسیل مولکول های برم 8/12 ولت است. الکترون‌های حاصل از فوتیونیزاسیون مولکول‌های خارج از لایه به سمت آند شتاب می‌گیرند، اما بهمن‌ها در اینجا به دلیل قدرت میدان کم رشد نمی‌کنند و این فرآیند تأثیر کمی بر توسعه تخلیه دارد. در لایه وضعیت متفاوت است: فوتوالکترون های حاصل، به دلیل ولتاژ بالا، بهمن های شدید را آغاز می کنند که در آن فوتون های جدید تولید می شوند. تعداد آنها از اولیه فراتر می رود و روند در لایه طبق طرح "فوتون - بهمن الکترونی - فوتون" به سرعت (چند میکروثانیه) افزایش می یابد (وارد "حالت ماشه" می شود). در این حالت، تخلیه از محل اولین بهمن آغاز شده توسط ذره در امتداد آند منتشر می شود ("اشتعال عرضی")، جریان آند به شدت افزایش می یابد و لبه جلویی سیگنال سنسور تشکیل می شود.

لبه انتهایی سیگنال (کاهش جریان) به دو دلیل است: کاهش پتانسیل آند به دلیل افت ولتاژ از جریان در سراسر مقاومت (در لبه جلویی پتانسیل توسط ظرفیت بین الکترود حفظ می شود) و کاهش در شدت میدان الکتریکی در لایه تحت تأثیر بار فضایی یون‌ها پس از خروج الکترون‌ها از آند (بار باعث افزایش پتانسیل نقاط می‌شود که در نتیجه افت ولتاژ در لایه کاهش می‌یابد و در ناحیه به دام انداختن ذرات افزایش). هر دو دلیل شدت توسعه بهمن را کاهش می دهند و روند مطابق با طرح "بهمن - فوتون - بهمن" محو می شود و جریان عبوری از حسگر کاهش می یابد. پس از پایان پالس جریان، پتانسیل آند به سطح اولیه افزایش می یابد (با مقداری تاخیر به دلیل شارژ شدن ظرفیت بین الکترود از طریق مقاومت آند)، توزیع پتانسیل در شکاف بین الکترودها به شکل اولیه خود باز می گردد. نتیجه خروج یون ها به کاتد و شمارنده توانایی ثبت ورود ذرات جدید را بازیابی می کند.

ده ها نوع آشکارساز پرتوهای یونیزان تولید می شود. چندین سیستم برای تعیین آنها استفاده می شود. به عنوان مثال، STS-2، STS-4 - شمارنده های انتهایی خود خاموش شونده، یا MS-4 - شمارنده با کاتد مس (B - با تنگستن، G - با گرافیت)، یا SAT-7 - شمارنده ذرات انتهایی، SBM- 10 - شمارنده - ذرات فلز، SNM-42 - شمارشگر نوترون فلزی، SRM-1 - شمارنده برای اشعه ایکس و غیره.