Structura și principiul de funcționare al unui contor Geiger–Müller

ÎN Recent, atenția acordată siguranței radiațiilor din partea cetățenilor de rând din țara noastră a crescut din ce în ce mai mult. Și acest lucru este legat nu numai de evenimentele tragice de la centrala nucleară de la Cernobîl și de consecințele ei ulterioare, ci și de diverse tipuri de incidente care au loc periodic într-un loc sau altul de pe planetă. În acest sens, la sfârșitul secolului trecut, au început să apară dispozitive monitorizarea dozimetrică a radiațiilor în uz casnic. Și astfel de dispozitive au salvat mulți oameni nu numai sănătatea lor, ci uneori viețile lor, iar acest lucru se aplică nu numai teritoriilor adiacente zonei de excludere. Prin urmare, problemele de siguranță împotriva radiațiilor sunt relevante oriunde în țara noastră până în prezent.

ÎN Toate dozimetrele de uz casnic și aproape toate profesionale moderne sunt echipate cu . În alt mod, poate fi numit elementul sensibil al dozimetrului. Acest dispozitiv a fost inventat în 1908 de către fizicianul german Hans Geiger, iar douăzeci de ani mai târziu, această dezvoltare a fost îmbunătățită de un alt fizician Walter Muller, iar principiul acestui dispozitiv este folosit până în zilele noastre.

N Unele dozimetre moderne au patru contoare simultan, ceea ce face posibilă creșterea preciziei măsurătorii și a sensibilității dispozitivului, precum și reducerea timpului de măsurare. Majoritatea contoarelor Geiger-Muller sunt capabile să detecteze radiațiile gamma, radiațiile beta de înaltă energie și razele X. Cu toate acestea, există dezvoltări speciale pentru determinarea particulelor alfa de înaltă energie. Pentru a configura dozimetrul să detecteze doar radiația gamma, cea mai periculoasă dintre cele trei tipuri de radiații, camera sensibilă este acoperită cu o carcasă specială din plumb sau alt oțel, ceea ce face posibilă întreruperea pătrunderii particulelor beta în tejghea.

ÎN În dozimetrele moderne pentru uz casnic și profesional, senzori precum SBM-20, SBM-20-1, SBM-20U, SBM-21, SBM-21-1 sunt utilizați pe scară largă. Ele diferă prin dimensiunile totale ale camerei și alți parametri; a 20-a linie de senzori are următoarele dimensiuni: lungime 110 mm, diametru 11 mm, iar pentru al 21-lea model, lungime 20-22 mm cu diametrul de 6 mm. Este important de înțeles că, cu cât camera este mai mare, cu atât este mai mare numărul de elemente radioactive care vor zbura prin ea și o sensibilitate și precizie mai mari. Deci, pentru a 20-a serie de senzori, dimensiunile sunt de 8-10 ori mai mari decât pentru a 21-a și vom avea o diferență de sensibilitate în aproximativ aceleași proporții.

LA Designul unui contor Geiger poate fi descris schematic după cum urmează. Un senzor constând dintr-un recipient cilindric în care un gaz inert (de exemplu, argon, neon sau amestecuri ale acestora) este pompat sub presiune minimă pentru a facilita apariția unei descărcări electrice între catod și anod. Catodul, cel mai adesea, este întregul corp metalic al senzorului sensibil, iar anodul este un mic fir plasat pe izolatori. Uneori, catodul este învelit suplimentar într-o carcasă de protecție din oțel inoxidabil sau plumb; acest lucru se face pentru a configura contorul să detecteze numai cuante gamma.

D Pentru uz casnic, în prezent, se folosesc cel mai des senzori de capăt (de exemplu, Beta-1, Beta-2). Astfel de contoare sunt proiectate în așa fel încât să fie capabile să detecteze și să înregistreze chiar și particulele alfa. Un astfel de contor este un cilindru plat cu electrozi amplasați în interior și o fereastră de intrare (de lucru) din peliculă de mică grosime de doar 12 microni. Acest design face posibilă detectarea (la distanță apropiată) particulelor alfa de înaltă energie și particulelor beta cu energie scăzută. În acest caz, aria ferestrei de lucru a contoarelor Beta-1 și Beta 1-1 este de 7 cm². Zona ferestrei de lucru cu mica pentru dispozitivul Beta-2 este de 2 ori mai mare decât cea a Beta-1, poate fi folosită pentru a determina etc.

E Dacă vorbim despre principiul de funcționare al camerei de contor Geiger, acesta poate fi descris pe scurt după cum urmează. Când este activat, o tensiune înaltă (aproximativ 350 - 475 volți) este aplicată catodului și anodului printr-un rezistor de sarcină, dar nu are loc nicio descărcare între ele datorită gazului inert care servește ca dielectric. Când intră în cameră, energia sa este suficientă pentru a elimina un electron liber din materialul corpului sau catodului camerei; acest electron, ca o avalanșă, începe să elimine electronii liberi din gazul inert din jur și are loc ionizarea acestuia, ceea ce duce în cele din urmă la o descărcare între electrozi. Circuitul este închis și acest fapt poate fi înregistrat utilizând microcircuitul dispozitivului, care este faptul de a detecta fie o radiație cuantică gamma, fie o radiație cu raze X. Camera se resetează apoi, permițând detectarea următoarei particule.

H Pentru a opri procesul de descărcare în cameră și pentru a pregăti camera pentru înregistrarea următoarei particule, există două moduri, una dintre ele se bazează pe faptul că alimentarea cu tensiune a electrozilor este oprită pentru o perioadă foarte scurtă de timp, ceea ce se oprește. procesul de ionizare a gazelor. A doua metodă se bazează pe adăugarea unei alte substanțe la gazul inert, de exemplu, iod, alcool și alte substanțe, și acestea conduc la o scădere a tensiunii la electrozi, ceea ce oprește și procesul de ionizare ulterioară și camera devine capabilă. pentru a detecta următorul element radioactiv. Această metodă utilizează un rezistor de sarcină de mare capacitate.

P numărul de descărcări din camera contorului și se poate aprecia nivelul de radiație în zona măsurată sau de la un anumit obiect.

În 1908, fizicianul german Hans Geiger a lucrat în laboratoarele chimice deținute de Ernst Rutherford. Acolo li s-a cerut, de asemenea, să testeze un contor de particule încărcate, care era o cameră ionizată. Camera era un condensator electric, care era umplut cu gaz la presiune ridicată. Pierre Curie a folosit și el acest dispozitiv în practică, studiind electricitatea în gaze. Ideea lui Geiger - de a detecta radiația ionilor - a fost asociată cu influența acestora asupra nivelului de ionizare a gazelor volatile.

În 1928, omul de știință german Walter Müller, lucrând cu și sub Geiger, a creat mai multe contoare care înregistrau particule ionizante. Dispozitivele au fost necesare pentru cercetarea ulterioară a radiațiilor. Fizica, fiind o știință a experimentelor, nu ar putea exista fără măsurarea structurilor. Au fost descoperite doar câteva radiații: γ, β, α. Sarcina lui Geiger a fost să măsoare toate tipurile de radiații cu instrumente sensibile.

Contorul Geiger-Muller este un senzor radioactiv simplu și ieftin. Nu este un instrument precis care captează particule individuale. Tehnica măsoară saturația totală a radiațiilor ionizante. Fizicienii îl folosesc cu alți senzori pentru a realiza calcule precise atunci când efectuează experimente.

Un pic despre radiațiile ionizante

Am putea merge direct la descrierea detectorului, dar funcționarea lui va părea de neînțeles dacă știi puțin despre radiațiile ionizante. Când apar radiații, are loc un efect endotermic asupra substanței. Energia contribuie la aceasta. De exemplu, undele ultraviolete sau radio nu aparțin unei astfel de radiații, dar lumina ultravioletă dură aparține. Aici este determinată limita de influență. Tipul se numește fotonic, iar fotonii înșiși sunt γ-quanta.

Ernst Rutherford a împărțit procesele de emisie de energie în 3 tipuri, folosind o instalație cu câmp magnetic:

• γ - foton;
• α este nucleul unui atom de heliu;
• β este un electron de mare energie.

Vă puteți proteja de particulele α cu hârtie. β pătrunde mai adânc. Capacitatea de penetrare γ este cea mai mare. Neutronii, despre care oamenii de știință au aflat mai târziu, sunt particule periculoase. Acţionează la o distanţă de câteva zeci de metri. Având neutralitate electrică, nu reacţionează cu molecule de diferite substanţe.

Cu toate acestea, neutronii ajung cu ușurință în centrul atomului, provocând distrugerea acestuia, ceea ce are ca rezultat formarea de izotopi radioactivi. Pe măsură ce izotopii se descompun, ei creează radiații ionizante. De la o persoană, animal, plantă sau obiect anorganic care a primit radiații, radiațiile emană timp de câteva zile.

Proiectarea și principiul de funcționare a unui contor Geiger

Aparatul este format dintr-un tub de metal sau de sticlă în care este pompat un gaz nobil (amestec de argon-neon sau substanțe pure). Nu există aer în tub. Gazul este adăugat sub presiune și conține un amestec de alcool și halogen. Există un fir întins pe tot tubul. Un cilindru de fier este situat paralel cu acesta.

Firul se numește anod, iar tubul se numește catod. Împreună sunt electrozi. Electrozilor se aplică o tensiune înaltă, care în sine nu provoacă fenomene de descărcare. Indicatorul va rămâne în această stare până când un centru de ionizare apare în mediul său gazos. Un minus este conectat de la sursa de alimentare la tub, iar un plus este conectat la fir, direcționat printr-o rezistență de nivel înalt. Vorbim despre o alimentare constantă de zeci de sute de volți.

Când o particulă intră în tub, atomii de gaz nobil se ciocnesc cu ea. La contact, se eliberează energie care elimină electronii din atomii de gaz. Apoi se formează electroni secundari, care se ciocnesc și ei, generând o masă de noi ioni și electroni. Viteza electronilor spre anod este afectată de câmpul electric. În timpul acestui proces, este generat un curent electric.

În timpul unei coliziuni, energia particulelor se pierde, iar furnizarea de atomi de gaz ionizat se încheie. Când particulele încărcate intră într-un contor Geiger cu descărcare de gaz, rezistența tubului scade, reducând imediat tensiunea la punctul de fisiune medie. Apoi rezistența crește din nou - aceasta implică o restabilire a tensiunii. Elanul devine negativ. Dispozitivul arată impulsuri și le putem număra, estimând în același timp și numărul de particule.

Tipuri de contoare Geiger

Prin design, contoarele Geiger vin în două tipuri: plate și clasice.

Clasic

Fabricat din metal ondulat subțire. Datorită ondulației, tubul capătă rigiditate și rezistență la influențele externe, ceea ce împiedică deformarea acestuia. Capetele tubului sunt echipate cu izolatori din sticlă sau plastic, care conțin capace pentru ieșire către dispozitive.

Lacul se aplică pe suprafața tubului (cu excepția cablurilor). Contorul clasic este considerat un detector de măsurare universal pentru toate tipurile cunoscute de radiații. În special pentru γ și β.

Apartament

Contoarele sensibile pentru înregistrarea radiațiilor beta moale au un design diferit. Datorită numărului mic de particule beta, corpul lor are o formă plată. Există o fereastră de mica care blochează slab β. Senzorul BETA-2 este numele unuia dintre aceste dispozitive. Proprietățile altor contoare plate depind de material.

Parametrii contorului Geiger și moduri de operare

Pentru a calcula sensibilitatea contorului, estimați raportul dintre numărul de microroentgen din probă și numărul de semnale de la această radiație. Dispozitivul nu măsoară energia particulei, deci nu oferă o estimare absolut exactă. Dispozitivele sunt calibrate folosind mostre din surse izotopice.

De asemenea, trebuie să vă uitați la următorii parametri:

Zona de lucru, zona ferestrei de la intrare

Caracteristicile zonei indicator prin care trec microparticulele depind de dimensiunea acesteia. Cu cât zona este mai largă, cu atât vor fi prinse mai multe particule.

Tensiune de operare

Tensiunea trebuie să corespundă specificațiilor medii. Caracteristica de funcționare în sine este partea plată a dependenței numărului de impulsuri fixe de tensiune. Al doilea nume este platou. În acest moment, dispozitivul atinge vârful de activitate și este numit limita superioară de măsurare. Valoare - 400 volți.

Lățimea de lucru

Lățimea de lucru este diferența dintre tensiunea de ieșire plană și tensiunea de descărcare a scânteii. Valoarea este de 100 volți.

Înclinaţie

Valoarea este măsurată ca procent din numărul de impulsuri pe 1 volt. Afișează eroarea de măsurare (statistică) în numărarea pulsului. Valoarea este de 0,15%.

Temperatura

Temperatura este importantă deoarece contorul trebuie folosit adesea în condiții dificile. De exemplu, în reactoare. Contoare de utilizare generală: -50 până la +70 Celsius.

Resursa de lucru

Resursa este caracterizată de numărul total de impulsuri înregistrate până în momentul în care citirile dispozitivului devin incorecte. Dacă dispozitivul conține substanțe organice pentru auto-stingere, numărul de impulsuri va fi de un miliard. Este adecvat să se calculeze resursa numai într-o stare de tensiune de funcționare. La depozitarea dispozitivului, debitul se oprește.

Timp de recuperare

Acesta este timpul necesar unui dispozitiv pentru a conduce electricitatea după ce reacționează la o particulă ionizantă. Există o limită superioară a frecvenței pulsului care limitează domeniul de măsurare. Valoarea este de 10 microsecunde.

Datorită timpului de recuperare (numit și timp mort), dispozitivul se poate defecta într-un moment decisiv. Pentru a preveni depășirea, producătorii instalează ecrane de plumb.

Contorul are fundal?

Fundalul este măsurat într-o cameră de plumb cu pereți groși. Valoarea obișnuită nu este mai mare de 2 impulsuri pe minut.

Cine folosește dozimetrele de radiații și unde?

Multe modificări ale contoarelor Geiger-Muller sunt produse la scară industrială. Producția lor a început în timpul URSS și continuă și acum, dar în Federația Rusă.

Dispozitivul este utilizat:

• la instalațiile din industria nucleară;
• în institute științifice;
• în medicină;
• acasă.

După accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl, cetățenii de rând au cumpărat și dozimetre. Toate dispozitivele au un contor Geiger. Astfel de dozimetre sunt echipate cu unul sau două tuburi.

Este posibil să faci un contor Geiger cu propriile mâini?

Este dificil să faci singur un contor. Ai nevoie de un senzor de radiații, dar nu oricine îl poate cumpăra. Circuitul contor în sine este cunoscut de multă vreme - în manualele de fizică, de exemplu, este și tipărit. Cu toate acestea, doar un adevărat „stângac” va putea reproduce dispozitivul acasă.

Meșteri autodidacți talentați au învățat să facă un înlocuitor pentru contor, care este, de asemenea, capabil să măsoare radiațiile gamma și beta folosind o lampă fluorescentă și o lampă incandescentă. De asemenea, folosesc transformatoare de la echipamente stricate, un tub Geiger, un cronometru, un condensator, diverse plăci și rezistențe.

Concluzie

Când diagnosticați radiația, trebuie să luați în considerare fundalul propriu al contorului. Chiar și cu protecția cu plumb de grosime decentă, viteza de înregistrare nu este resetată. Acest fenomen are o explicație: cauza activității este radiația cosmică care pătrunde prin straturi de plumb. Muonii zboară peste suprafața Pământului în fiecare minut, care sunt înregistrați de contor cu o probabilitate de 100%.

Există o altă sursă de fundal - radiația acumulată de dispozitivul însuși. Prin urmare, în legătură cu contorul Geiger, este indicat să vorbim și despre uzură. Cu cât dispozitivul a acumulat mai multe radiații, cu atât fiabilitatea datelor sale este mai scăzută.

Radiațiile ionizante necontrolate, sub orice formă, sunt periculoase. Prin urmare, este nevoie de înregistrarea, monitorizarea și contabilizarea acestuia. Metoda de ionizare a înregistrării II este una dintre metodele de dozimetrie care vă permite să fiți conștienți de situația reală a radiațiilor.

Care este metoda de ionizare pentru detectarea radiațiilor?

Această metodă se bazează pe înregistrarea efectelor de ionizare. Câmpul electric împiedică recombinarea ionilor și direcționează mișcarea lor către electrozii corespunzători. Datorită acestui fapt, devine posibilă măsurarea sarcinii ionilor formați sub influența radiațiilor ionizante.

Detectoare și caracteristicile acestora

Următoarele sunt utilizate ca detectoare în metoda de ionizare:

• camere de ionizare;
• Contoare Geiger-Muller;
• contoare proporționale;
• detectoare cu semiconductori;
• si etc.

Toate detectoarele, cu excepția celor cu semiconductori, sunt cilindri umpluți cu gaz, în care sunt montați doi electrozi cu o tensiune de curent continuu aplicată acestora. Electrozii colectează ioni formați atunci când radiația ionizantă trece printr-un mediu gazos. Ionii negativi se deplasează la anod, iar ionii pozitivi se deplasează către catod, formând un curent de ionizare. Pe baza valorii sale, se poate estima numărul de particule înregistrate și se poate determina intensitatea radiației.

Principiul de funcționare al unui contor Geiger-Muller

Funcționarea contorului se bazează pe ionizare de impact. Electronii care se deplasează în gaz (eliminați de radiații atunci când lovesc pereții contorului) se ciocnesc cu atomii săi, scoțând electroni din ei, rezultând în crearea de electroni liberi și ioni pozitivi. Câmpul electric existent între catod și anod oferă electronilor liberi o accelerație suficientă pentru a iniția ionizarea prin impact. Ca urmare a acestei reacții, apare un număr mare de ioni cu o creștere bruscă a curentului prin contor și un impuls de tensiune, care este înregistrat de dispozitivul de înregistrare. Apoi evacuarea avalanșei este stinsă. Abia după aceasta poate fi detectată următoarea particulă.

Diferența dintre o cameră de ionizare și un contor Geiger-Muller.

Un contor de gaz (contor Geiger) folosește ionizarea secundară pentru a crea o amplificare mare a curentului de gaz, care are loc deoarece viteza de mișcare a ionilor creați de substanța ionizantă este atât de mare încât se formează noi ioni. Ei, la rândul lor, pot ioniza și gazul, dezvoltând astfel procesul. Astfel, fiecare particulă produce de 10 6 ori mai mulți ioni decât este posibil în camera de ionizare, permițând astfel măsurarea chiar și a radiațiilor ionizante de intensitate scăzută.

Detectoare cu semiconductori

Elementul principal al detectoarelor cu semiconductor este un cristal, iar principiul de funcționare diferă de o cameră de ionizare doar prin aceea că ionii sunt creați în grosimea cristalului, și nu în golul de gaz.

Exemple de dozimetre bazate pe metode de înregistrare a ionizării

Un dispozitiv modern de acest tip este dozimetrul clinic 27012 cu un set de camere de ionizare, care este standardul astăzi.

Printre dozimetrele individuale, KID-1, KID-2, DK-02, DP-24 etc., precum și ID-0.2, care este un analog modern al celor menționate mai sus, au devenit larg răspândite.

Contorul Geiger este senzorul principal pentru măsurarea radiațiilor. Detectează radiațiile gamma, alfa, beta și razele X. Are cea mai mare sensibilitate în comparație cu alte metode de detectare a radiațiilor, de exemplu, camerele de ionizare. Acesta este principalul motiv pentru utilizarea sa pe scară largă. Alți senzori pentru măsurarea radiațiilor sunt utilizați foarte rar. Aproape toate dispozitivele de monitorizare a radiațiilor se bazează pe contoare Geiger. Sunt produse în serie și există dispozitive de diferite niveluri: de la dozimetre de calitate militară la bunuri de consum chinezești. În zilele noastre, achiziționarea oricărui dispozitiv pentru măsurarea radiațiilor nu este o problemă.

Nu cu mult timp în urmă nu exista o distribuție pe scară largă a instrumentelor dozimetrice. Deci, până în 1986, în timpul accidentului de la Cernobîl, sa dovedit că populația pur și simplu nu avea niciun dispozitiv de monitorizare a radiațiilor, ceea ce, apropo, a agravat și mai mult consecințele dezastrului. În același timp, în ciuda răspândirii radioamatorilor și a cercurilor de creativitate tehnică, contoarele Geiger nu erau vândute în magazine, așa că realizarea de dozimetre de casă a fost imposibilă.

Cum funcționează contoarele Geiger

Acesta este un aparat electric de vid cu un principiu de funcționare extrem de simplu. Senzorul de radiații radioactive este o cameră de metal sau sticlă cu metalizare, umplută cu un gaz inert descărcat. Un electrod este plasat în centrul camerei. Pereții exteriori ai camerei sunt conectați la o sursă de înaltă tensiune (de obicei 400 volți). Electrodul intern este conectat la amplificatorul sensibil. Radiația ionizantă (radiația) este un flux de particule. Ele transferă literalmente electroni de la catodul de înaltă tensiune la filamentele anodului. Pe el este pur și simplu indusă o tensiune, care poate fi deja măsurată conectându-l la un amplificator.

Sensibilitatea ridicată a contorului Geiger se datorează efectului de avalanșă. Energia pe care o detectează amplificatorul la ieșire nu este energia sursei de radiații ionizante. Aceasta este energia sursei de înaltă tensiune a dozimetrului în sine. Particula care pătrunde transferă doar un electron (o sarcină de energie care se transformă într-un curent care este detectat de contor). Între electrozi se introduce un amestec de gaze format din gaze nobile: argon, neon. Este conceput pentru a stinge descărcările de înaltă tensiune. Dacă apare o astfel de descărcare, va fi o operație falsă a contorului. Circuitul de măsurare ulterior ignoră astfel de emisii. În plus, sursa de înaltă tensiune trebuie protejată și de acestea.

Circuitul de putere dintr-un contor Geiger oferă un curent de ieșire de câțiva microamperi la o tensiune de ieșire de 400 de volți. Valoarea exactă a tensiunii de alimentare este stabilită pentru fiecare marcă de contor conform specificațiilor sale tehnice.

Capacitățile contorului Geiger, sensibilitate, radiații înregistrate

Folosind un contor Geiger, radiațiile gamma și beta pot fi detectate și măsurate cu mare precizie. Din păcate, tipul de radiație nu poate fi recunoscut direct. Acest lucru se realizează indirect prin instalarea de bariere între senzor și obiectul sau terenul examinat. Razele gamma sunt foarte transparente și fundalul lor nu se schimbă. Dacă dozimetrul a detectat radiații beta, atunci instalarea unei bariere de separare, chiar și a unei foi subțiri de metal, va bloca aproape complet fluxul de particule beta.

Seturile de dozimetre personale DP-22 și DP-24, care erau comune în trecut, nu foloseau contoare Geiger. În schimb, a fost folosit un senzor cu cameră de ionizare, astfel încât sensibilitatea a fost foarte scăzută. Instrumentele dozimetrice moderne care folosesc contoare Geiger sunt de mii de ori mai sensibile. Ele pot fi folosite pentru a înregistra schimbările naturale ale radiației solare de fond.

O caracteristică notabilă a contorului Geiger este sensibilitatea sa, de zeci și sute de ori mai mare decât nivelul cerut. Dacă porniți contorul într-o cameră de plumb complet protejată, acesta va afișa un fundal imens de radiații naturale. Aceste citiri nu sunt un defect de proiectare al contorului în sine, care a fost verificat prin numeroase teste de laborator. Astfel de date sunt o consecință a fondului natural de radiație din spațiu. Experimentul arată doar cât de sensibil este contorul Geiger.

În special pentru măsurarea acestui parametru, specificațiile tehnice indică valoarea „sensibilității contorului de microsecunde imp” (impulsuri pe microsecundă). Cu cât aceste impulsuri sunt mai multe, cu atât sensibilitatea este mai mare.

Măsurarea radiațiilor cu contor Geiger, circuit dozimetru

Circuitul dozimetrului poate fi împărțit în două module funcționale: o sursă de alimentare de înaltă tensiune și un circuit de măsurare. Alimentare de înaltă tensiune - circuit analogic. Modulul de măsurare pe dozimetre digitale este întotdeauna digital. Acesta este un contor de impulsuri care afișează valoarea corespunzătoare sub formă de numere pe scara instrumentului. Pentru a măsura doza de radiații, este necesar să numărați impulsurile pe minut, 10, 15 secunde sau alte valori. Microcontrolerul convertește numărul de impulsuri într-o valoare specifică pe scara dozimetrului în unități standard de radiație. Iată cele mai comune:

• Raze X (de obicei se utilizează micro-Raze X);
• Sievert (microsievert - mSv);
• Gray, mă bucur
• densitatea fluxului în microwați/m2.

Sievert este cea mai populară unitate de măsură pentru radiații. Toate normele sunt legate de acesta; nu sunt necesare recalculări suplimentare. Rem este o unitate pentru determinarea efectului radiațiilor asupra obiectelor biologice.

Comparația unui contor Geiger cu descărcare în gaz cu un senzor de radiații cu semiconductor

Contorul Geiger este un dispozitiv de descărcare de gaze, iar tendința modernă în microelectronică este de a scăpa de ele peste tot. Au fost dezvoltate zeci de versiuni de senzori de radiații cu semiconductori. Nivelul de radiație de fond pe care îl înregistrează este semnificativ mai mare decât pentru contoarele Geiger. Sensibilitatea unui senzor semiconductor este mai slabă, dar are un alt avantaj - eficiența. Semiconductoarele nu necesită putere de înaltă tensiune. Sunt potrivite pentru dozimetre portabile alimentate cu baterii. Un alt avantaj este înregistrarea particulelor alfa. Volumul de gaz al contorului este semnificativ mai mare decât senzorul cu semiconductor, dar dimensiunile sale sunt încă acceptabile chiar și pentru echipamente portabile.

Măsurarea radiațiilor alfa, beta și gamma

Radiația gamma este cea mai ușor de măsurat. Aceasta este radiația electromagnetică, care este un flux de fotoni (lumina este și un flux de fotoni). Spre deosebire de lumină, are o frecvență mult mai mare și o lungime de undă foarte scurtă. Acest lucru îi permite să pătrundă prin atomi. În apărarea civilă, radiațiile gamma sunt radiații penetrante. Pătrunde prin pereții caselor, mașinilor, diferitelor structuri și este reținut doar de un strat de pământ sau beton de câțiva metri. Înregistrarea cuantelor gamma se realizează cu calibrarea dozimetrului în funcție de radiația gamma naturală a soarelui. Nu sunt necesare surse de radiații. Este o chestiune complet diferită cu radiațiile beta și alfa.

Dacă radiația ionizantă α (radiația alfa) provine de la obiecte externe, atunci este aproape inofensivă și reprezintă un flux de nuclee de atomi de heliu. Gama și permeabilitatea acestor particule este mică - câțiva micrometri (milimetri maxim) - în funcție de permeabilitatea mediului. Datorită acestei caracteristici, aproape că nu este înregistrat de un contor Geiger. În același timp, înregistrarea radiațiilor alfa este importantă, deoarece aceste particule sunt extrem de periculoase atunci când pătrund în organism cu aer, alimente sau apă. Contoarele Geiger sunt folosite într-o măsură limitată pentru detectarea lor. Senzorii speciali cu semiconductor sunt mai des întâlniți.

Radiația beta este perfect detectată de un contor Geiger, deoarece o particulă beta este un electron. Poate zbura sute de metri în atmosferă, dar este bine absorbit de suprafețele metalice. În acest sens, contorul Geiger trebuie să aibă o fereastră de mica. Camera metalică este realizată cu o grosime mică a peretelui. Compoziția gazului intern este selectată astfel încât să asigure o mică cădere de presiune. Detectorul de radiații beta este plasat pe sonda de la distanță. Astfel de dozimetre nu sunt foarte frecvente în viața de zi cu zi. Acestea sunt în principal produse militare.

Dozimetru personal cu contor Geiger

Această clasă de dispozitive este foarte sensibilă, spre deosebire de modelele învechite cu camere de ionizare. Modele de încredere sunt oferite de mulți producători autohtoni: Terra, MKS-05, DKR, Radex, RKS. Acestea sunt toate dispozitive autonome cu date afișate pe ecran în unități de măsură standard. Există un mod de afișare a dozei de radiație acumulată și a nivelului de fond instantaneu.

O direcție promițătoare este atașarea unui dozimetru de uz casnic la un smartphone. Astfel de dispozitive sunt produse de producători străini. Au capacități tehnice bogate; au funcția de a stoca citirile, calcularea, recalcularea și însumarea radiațiilor pe zile, săptămâni și luni. Până acum, din cauza volumelor reduse de producție, costul acestor dispozitive este destul de ridicat.

Dozimetre de casă, de ce sunt necesare?

Contorul Geiger este un element specific al dozimetrului, complet inaccesibil pentru autoproducție. In plus, se gaseste doar in dozimetre sau se vinde separat in magazinele radio. Dacă acest senzor este disponibil, toate celelalte componente ale dozimetrului pot fi asamblate independent de părți ale diverselor electronice de larg consum: televizoare, plăci de bază etc. Aproximativ o duzină de modele sunt acum oferite pe site-urile și forumurile de radio amatori. Merită să le colectați, deoarece acestea sunt cele mai dovedite opțiuni, având instrucțiuni detaliate pentru configurare și punere în funcțiune.

Circuitul de comutare al contorului Geiger implică întotdeauna prezența unei surse de înaltă tensiune. Tensiunea tipică de funcționare a contorului este de 400 volți. Se obține folosind un circuit generator de blocare, iar acesta este cel mai complex element al circuitului dozimetrului. Ieșirea contor poate fi conectată la un amplificator de joasă frecvență și poate număra clicurile din difuzor. Un astfel de dozimetru este asamblat în cazuri de urgență, când practic nu există timp pentru producție. Teoretic, ieșirea unui contor Geiger poate fi conectată la intrarea audio a echipamentelor de uz casnic, cum ar fi un computer.

Dozimetrele de casă, potrivite pentru măsurători precise, sunt toate asamblate pe microcontrolere. Nu sunt necesare abilități de programare aici, deoarece programul este scris gata făcut din acces gratuit. Dificultățile de aici sunt tipice pentru producția electronică de acasă: obținerea unei plăci de circuit imprimat, lipirea componentelor radio, realizarea unei carcase. Toate acestea se rezolvă într-un mic atelier. Dozimetrele de casă de la contoarele Geiger sunt realizate în cazurile în care:

• nu este posibil să achiziționați un dozimetru gata făcut;
• aveți nevoie de un dispozitiv cu caracteristici speciale;
• Este necesar să se studieze procesul de construire și configurare a unui dozimetru.

Un dozimetru de casă este calibrat pe fundalul natural folosind un alt dozimetru. Acest lucru completează procesul de construcție.

Dacă aveți întrebări, lăsați-le în comentariile de sub articol. Noi sau vizitatorii noștri vom fi bucuroși să le răspundem

Scopul contoarelor

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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