چرا یک شمارنده گیگر تخلیه گاز مورد نیاز است؟ شمارنده گایگر: تغییرات دستگاه و خانگی

هدف شمارنده ها

1. دزیمتر را به منبع تغذیه (9 ولت) وصل کنید.

4. انجام اندازه گیری ها. P.1. تعیین نرخ دوز معادل تابش پس زمینه طبیعی.

کمی در مورد پرتوهای یونیزان

طراحی و اصل عملکرد یک شمارنده گایگر

انواع شمارنده های گایگر

پارامترهای شمارنده گایگر و حالت های عملیاتی

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

آیا می توان با دستان خود یک شمارنده گایگر ساخت؟

نتیجه

کلاسیک

تخت

محل کار، قسمت پنجره ورودی

ولتاژ بهره برداری

عرض کار

شیب

درجه حرارت

منبع کار

زمان بهبودی

آیا پیشخوان دارای پس زمینه است؟

فهرست عناصر رادیویی

خانه / پرده/ چرا به یک شمارنده گایگر تخلیه گاز نیاز است؟ شمارنده گایگر: تغییرات دستگاه و خانگی

شمارنده تخلیه گاز گایگر مولر (G-M). شکل 1 یک سیلندر شیشه ای (بالون) پر از گاز بی اثر است (با

ناخالصی های هالوژن) تحت فشار کمی کمتر از اتمسفر. یک استوانه فلزی نازک در داخل بالون به عنوان کاتد K عمل می کند. آند A یک هادی نازک است که از مرکز سیلندر عبور می کند. یک ولتاژ بین آند و کاتد اعمال می شود U که در =200-1000 V. آند و کاتد به مدار الکترونیکی دستگاه رادیومتریک متصل می شوند.

شکل 1 شمارنده استوانه ای گایگر-مولر.

1 – نخ آند 2 – کاتد لوله ای

U V - منبع ولتاژ بالا

آر n - مقاومت بار

با V - مخزن جداسازی و ذخیره سازی

R - مبدل با نشانگر

ξ - منبع تشعشع

با استفاده از شمارنده G-M، می توانید تمام ذرات تشعشع را ثبت کنید (به جز ذرات α که به راحتی جذب می شوند). برای جلوگیری از جذب ذرات β توسط بدنه شمارنده، دارای شکاف هایی است که با یک لایه نازک پوشانده شده است.

اجازه دهید ویژگی های شمارنده G-M را توضیح دهیم.

ذرات β به طور مستقیم با مولکول‌های گاز شمارنده برهمکنش می‌کنند، در حالی که نوترون‌ها و γ-فوتون‌ها (ذرات بدون بار) به طور ضعیفی با مولکول‌های گاز برهمکنش می‌کنند. در این مورد مکانیسم تشکیل یون ها متفاوت است.

ما اندازه گیری های دزیمتریک را انجام خواهیم داد محیطدر نزدیکی نقاط K و A داده های به دست آمده را وارد جدول می کنیم. 1.

برای اندازه گیری شما نیاز دارید:

2. در قسمت پشت دزیمتر، پنجره آشکارساز را با دریچه (صفحه نمایش) ببندید.

3. سوئیچ را تنظیم کنیدحالت(حالت) به موقعیت γ ("P").

4. سوئیچ را تنظیم کنیددامنه(محدوده) به موقعیتایکس1 (ص n = 0.1-50 μSv / ساعت).

5. کلید پاور دزیمتر را در موقعیت خود قرار دهیدبر(بر).

6. اگر سیگنال صوتی در موقعیت x1 شنیده می شود و ردیف های عددی نمایشگر کاملاً پر شده است، باید به محدوده x10 بروید (P n = 50-500 میکروSv / ساعت).

7. پس از اتمام جمع پالس ها، دوز معادل توان روی نمایشگر دزیمتر نمایش داده می شود.پ Hγ µSv/hour; در 4-5 ثانیه قرائت مجدد تنظیم خواهد شد.

8. دزیمتر دوباره برای اندازه گیری تشعشع آماده است. یک چرخه اندازه گیری جدید به طور خودکار شروع می شود.

میز 1.

مقدار حاصل در فضای کاری (AB) با فرمول تعیین می شود

=
, μSv/hour (6)

- قرائت دزیمتر مقادیر تشعشع پس زمینه را در یک نقطه نشان می دهد.

مقدار تابش در هر نقطه اندازه گیری از قوانین نوسانات پیروی می کند. بنابراین، برای به دست آوردن محتمل ترین مقدار مقدار اندازه گیری شده، لازم است یک سری اندازه گیری انجام شود.

- هنگام دزیمتری پرتوهای β، اندازه گیری ها باید در نزدیکی سطح اجسام مورد مطالعه انجام شود.

برای تعیین پس‌زمینه γ محیط، (نسبت به هر جسم (جسمی)) دو نقطه A، K را که از یکدیگر در فاصله 1 متری قرار دارند انتخاب می‌کنیم و بدون لمس اجسام،

نوترون‌ها در تعامل با اتم‌های کاتد، ریزذرات باردار (قطعات هسته‌ای) تولید می‌کنند. تابش گاما

عمدتاً با ماده (اتم‌های) کاتد برهم‌کنش می‌کند و تابش فوتون تولید می‌کند که مولکول‌های گاز را بیشتر یونیزه می‌کند.

به محض ظاهر شدن یون ها در حجم شمارنده، حرکت بارها تحت عمل میدان الکتریکی آند-کاتد آغاز می شود.

در نزدیکی آند، خطوط شدت میدان الکتریکی به شدت متراکم می شوند (در نتیجه قطر کوچک رشته آند)، و قدرت میدان به شدت افزایش می یابد. الکترون هایی که به نخ نزدیک می شوند شتاب زیادی دریافت می کنند و الف یونیزاسیون ضربه ای مولکول های گاز خنثی ، یک ترشح مستقل کرونا در طول رشته منتشر می شود.

با توجه به انرژی این تخلیه، انرژی تکانه ذرات اولیه به شدت افزایش می یابد (تا 10 8 یک بار). هنگامی که تخلیه کرونا منتشر می شود، برخی از بارها به آرامی از طریق یک مقاومت بزرگ جریان می یابند آر n ~10 6 اهم (شکل 1). در مدار آشکارساز روی مقاومتآر nپالس های جریان متناسب با جریان اولیه ذرات ظاهر می شوند. پالس جریان حاصل به ظرفیت ذخیره سازی C منتقل می شود V (~10 3 picofarad)، بیشتر توسط مدار تبدیل R تقویت و ثبت می شود.

داشتن مقاومت زیادآر nدر مدار آشکارساز منجر به تجمع بارهای منفی روی آند می شود. شدت میدان الکتریکی آند کاهش می‌یابد و در نقطه‌ای یونیزاسیون ضربه قطع می‌شود و تخلیه از بین می‌رود.

نقش مهمی در خاموش کردن تخلیه گاز حاصل توسط هالوژن های موجود در گاز کنتور ایفا می کند. پتانسیل یونیزاسیون هالوژن ها کمتر از گازهای بی اثر است، بنابراین اتم های هالوژن به طور فعال تر فوتون هایی را جذب می کنند که باعث تخلیه خود می شوند و این انرژی را به انرژی اتلاف تبدیل می کنند و در نتیجه تخلیه خود را خاموش می کنند.

پس از قطع شدن یونیزاسیون ضربه (و تخلیه کرونا)، فرآیند بازگرداندن گاز به حالت اولیه (کار) آغاز می شود. در این مدت شمارنده کار نمی کند، یعنی. ذرات عبوری را ثبت نمی کند. این فاصله

زمان «زمان مرده» (زمان بهبودی) نامیده می شود. برای شمارنده G-Mزمان مرده = Δتی~10 -4 ثانیه

شمارنده G-M به ضربه هر ذره باردار واکنش نشان می دهد، بدون اینکه آنها را از نظر انرژی متمایز کند، اما اگر قدرت کاهش یابد.

از مجموع تابش بدون تغییر است، سپس نرخ شمارش پالس متناسب با توان تابش است و شمارنده را می توان در واحدهای دوز تابش کالیبره کرد.

کیفیت یک آشکارساز خود خاموش کننده تخلیه گاز با وابستگی متوسط فرکانس پالس تعیین می شود.ندر واحد زمان ولتاژUروی الکترودهای آن با شدت تابش ثابت. این وابستگی عملکردی مشخصه شمارش آشکارساز نامیده می شود (شکل 2).

همانطور که از شکل 2، زمانی کهU < U 1 ولتاژ اعمال شده برای ایجاد تخلیه گاز در هنگام برخورد ذره باردار یا کوانتوم گاما به آشکارساز کافی نیست. شروع با تنش U که در > U 2 یونیزاسیون ضربه در شمارنده رخ می دهد، تخلیه تاج در امتداد کاتد منتشر می شود و شمارنده عبور تقریباً هر ذره را ثبت می کند. با رشد U که در قبل ازU 3 (شکل 2 را ببینید) تعداد پالس های ثبت شده اندکی افزایش می یابد که با افزایش جزئی در درجه یونیزاسیون گاز شمارنده همراه است. یک شمارنده خوب G-M دارای بخشی از نمودار است U 2 قبل ازU آر تقریبا مستقل ازU که در ، یعنی به موازات محور اجرا می شودU که در ، متوسط فرکانس پالس تقریباً مستقل استU که در .

برنج. 2. مشخصه شمارش آشکارساز خود خاموش شونده تخلیه گاز.

3. خطای نسبی ابزارها هنگام اندازه گیری P n : δР n = 30٪.

اجازه دهید توضیح دهیم که چگونه پالس شمارنده به قرائت دوز تشعشع تبدیل می شود.

ثابت شده است که در یک توان تابش ثابت، نرخ شمارش پالس متناسب با توان تابش (دوز اندازه‌گیری شده) است. اندازه گیری میزان دوز تابش بر این اصل استوار است.

به محض ظاهر شدن یک پالس در شمارنده، این سیگنال به واحد محاسبه مجدد منتقل می شود، جایی که بر اساس مدت زمان، دامنه، جمع می شود و نتیجه به نمایشگر شمارنده در واحدهای دوز قدرت منتقل می شود.

مطابقت بین نرخ شمارش و توان اندازه گیری شده، یعنی. دزیمتر (در کارخانه) با توجه به منبع تابش شناخته شده C کالیبره شده است س 137 .

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 زیر آن با گاز پر شده بود فشار بالا. 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. نیست ابزار دقیق، که ذرات منفرد را می گیرد. 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.

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 به 3 نوع تقسیم کرد، با استفاده از نصب با میدان مغناطیسی:

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.

این دستگاه از یک لوله فلزی یا شیشه ای تشکیل شده است که در آن گاز نجیب (مخلوط آرگون-نئون یا مواد موجود در شکل خالص). 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.

از نظر طراحی، شمارنده های گایگر در دو نوع هستند: تخت و 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 در نظر گرفته می شود گونه های شناخته شدهتابش - تشعشع. به خصوص برای γ و β.

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.

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:

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

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

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.

دما مهم است زیرا اغلب از متر استفاده می شود شرایط دشوار. مثلاً در راکتورها. شمارنده ها استفاده عمومی: از 50- تا 70+ درجه سانتیگراد.

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.

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.

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

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.

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.

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.

به واسطه پیامدهای زیست محیطیفعالیت های انسانی مرتبط با انرژی هسته ایو همچنین توسط صنایع (از جمله ارتش) که از مواد رادیواکتیو به عنوان یک جزء یا پایه محصولات خود استفاده می کنند، مطالعه مبانی ایمنی تشعشع و دزیمتری تشعشع امروزه به یک موضوع نسبتاً مرتبط تبدیل شده است. علاوه بر منابع طبیعی تشعشعات یونیزان، هر ساله مکان های بیشتری ظاهر می شود که در نتیجه فعالیت های انسانی به تشعشعات آلوده می شوند. بنابراین برای حفظ سلامتی خود و عزیزانتان باید میزان آلودگی یک منطقه یا اشیاء و مواد غذایی خاص را بدانید. یک دزیمتر می تواند در این مورد کمک کند - دستگاهی برای اندازه گیری دوز موثر یا قدرت پرتوهای یونیزان در یک دوره زمانی معین.

قبل از شروع ساخت (یا خرید) از این دستگاهلازم است ایده ای از ماهیت پارامتری که اندازه گیری می شود داشته باشید. تابش یونیزان (تابش) جریانی از فوتون ها است ذرات بنیادییا قطعاتی از شکافت اتمی که قادر به یونیزه کردن مواد هستند. به چند نوع تقسیم می شود. تابش آلفاجریانی از ذرات آلفا است - هسته هلیوم-4، ذرات آلفا زمانی که متولد می شوند تجزیه رادیواکتیورا می توان به راحتی با یک تکه کاغذ متوقف کرد، بنابراین خطر عمدتاً در صورتی است که وارد بدن شود. تابش بتا- این جریانی از الکترون است که در هنگام واپاشی بتا ایجاد می شود؛ یک صفحه آلومینیومی با ضخامت چند میلی متر برای محافظت در برابر ذرات بتا با انرژی تا 1 مگا ولت کافی است. تابش گاماتوانایی نفوذ بسیار بیشتری دارد، زیرا از فوتون های پرانرژی تشکیل شده است که بار ندارند؛ عناصر سنگین (سرب و غیره) در یک لایه چند سانتی متری برای محافظت مؤثر هستند. توانایی نفوذ انواع پرتوهای یونیزان به انرژی بستگی دارد.

شمارشگرهای گایگر مولر عمدتاً برای تشخیص تشعشعات یونیزان استفاده می شوند. ساده است و دستگاه کارآمدمعمولاً یک استوانه فلزی یا شیشه ای است که از داخل متالیز شده و یک نخ فلزی نازک در امتداد محور این استوانه کشیده شده است؛ سیلندر خود با گاز کمیاب پر می شود. اصل کار بر اساس یونیزاسیون ضربه است. هنگامی که پرتوهای یونیزان به دیواره های شمارنده برخورد می کنند، الکترون ها از آن خارج می شوند؛ الکترون ها که در گاز حرکت می کنند و با اتم های گاز برخورد می کنند، الکترون ها را از اتم ها خارج می کنند و یون های مثبت و الکترون های آزاد ایجاد می کنند. میدان الکتریکیبین کاتد و آند، الکترون ها را به انرژی هایی شتاب می دهد که در آن یونیزاسیون ضربه آغاز می شود. بهمنی از یون ها رخ می دهد که منجر به تکثیر حامل های اولیه می شود. در قدرت میدان به اندازه کافی بالا، انرژی این یون ها برای تولید بهمن های ثانویه که قادر به تخلیه خود هستند کافی می شود و باعث می شود جریان از طریق شمارنده به شدت افزایش یابد.

همه شمارنده های گایگر نمی توانند انواع پرتوهای یونیزان را تشخیص دهند. آنها اساساً به یک نوع تابش حساس هستند - تابش آلفا، بتا یا گاما - اما اغلب می توانند تابش های دیگر را نیز تا حدودی تشخیص دهند. به عنوان مثال، شمارنده گایگر SI-8B برای ثبت تشعشعات بتا نرم طراحی شده است (بله، بسته به انرژی ذرات، تابش را می توان به نرم و سخت تقسیم کرد)، اما این سنسور تا حدودی به تابش آلفا و تابش گاما نیز حساس است. . تابش - تشعشع.

با این حال، با نزدیک شدن به طراحی مقاله، وظیفه ما این است که تا حد امکان ساده، به طور طبیعی قابل حمل، یک شمارنده گایگر یا بهتر است بگوییم یک دزیمتر بسازیم. برای ساخت این دستگاه فقط SBM-20 را در دست گرفتم. این شمارنده گایگر برای تشخیص تشعشعات سخت بتا و گاما طراحی شده است. مانند بسیاری از کنتورهای دیگر، SBM-20 با ولتاژ 400 ولت کار می کند.

ویژگی های اصلی شمارنده گایگر مولر SBM-20 (جدول از کتاب مرجع):

این شمارنده دقت نسبتاً کمی در اندازه گیری تشعشعات یونیزان دارد، اما برای تعیین اینکه آیا دوز تابش بیش از دوز مجاز برای یک فرد است کافی است. SBM-20 در حال حاضر در بسیاری از دزیمترهای خانگی استفاده می شود. برای بهبود عملکرد، اغلب از چندین لوله به طور همزمان استفاده می شود. و برای افزایش دقت اندازه گیری تابش گاما، دزیمترها مجهز به فیلترهای تابش بتا هستند؛ در این حالت دزیمتر فقط تشعشع گاما را ثبت می کند، اما کاملاً دقیق.

هنگام اندازه گیری دوز تشعشع، عوامل متعددی وجود دارد که ممکن است مهم باشند. حتی با غیبت کاملمنابع تابش یونیزان، شمارنده گایگر تعداد مشخصی پالس تولید می کند. این به اصطلاح پس زمینه مقابله است. این همچنین شامل چندین عامل است: آلودگی رادیواکتیو مواد خود شمارنده، انتشار خود به خودی الکترون ها از کاتد شمارنده و تشعشعات کیهانی. همه اینها تعداد معینی از تکانه های "اضافی" را در واحد زمان می دهد.

بنابراین، نمودار یک دزیمتر ساده بر اساس شمارنده SBM-20 Geiger:

مدار را روی تخته نان جمع می کنم:

مدار شامل قطعات کمیاب (البته به جز خود شمارنده) و فاقد عناصر قابل برنامه ریزی (میکروکنترلر) است که به شما امکان می دهد مدار را در مدت زمان کوتاهی بدون نیاز به مونتاژ کنید. کار ویژه. با این حال، چنین دزیمتری حاوی مقیاس نیست و دوز تابش باید توسط گوش با تعداد کلیک تعیین شود. این گزینه کلاسیک است. مدار شامل یک مبدل ولتاژ 9 ولت - 400 ولت است.

تراشه NE555 حاوی یک مولتی ویبراتور است که فرکانس کاری آن تقریباً 14 کیلوهرتز است. برای افزایش فرکانس کاری، می توانید مقدار مقاومت R1 را به حدود 2.7 کیلو اهم کاهش دهید. اگر چوکی که انتخاب کرده‌اید (یا شاید همانی که ساخته‌اید) صدای جیرجیر بدهد، مفید خواهد بود - با افزایش فرکانس کاری، صدای جیرجیر ناپدید می‌شود. سلف L1 با درجه بندی 1000 - 4000 µH مورد نیاز است. سریعترین راه برای یافتن یک سلف مناسب، استفاده از یک لامپ کم مصرف سوخته است. چنین چوکی در مدار استفاده می شود؛ در عکس بالا روی یک هسته پیچیده شده است که معمولاً برای ساخت ترانسفورماتورهای پالس استفاده می شود. ترانزیستور T1 را می توان با هر ترانزیستور اثر میدان n کانال دیگری با ولتاژ منبع تخلیه حداقل 400 ولت و ترجیحاً بیشتر استفاده کرد. چنین مبدلی تنها چند میلی آمپر جریان با ولتاژ 400 ولت تولید می کند، اما این برای چندین بار کارکردن شمارنده گایگر کافی است. پس از قطع برق از مدار، خازن شارژ شده C3 با توجه به ظرفیت کم خود حدود 20-30 ثانیه دیگر کار خواهد کرد. سرکوبگر VD2 ولتاژ را به 400 ولت محدود می کند. خازن C3 باید برای ولتاژ حداقل 400 - 450 ولت استفاده شود.

هر بلندگو یا بلندگوی پیزو را می توان به عنوان Ls1 استفاده کرد. در غیاب تشعشعات یونیزان، جریان از مقاومت های R2 - R4 عبور نمی کند (پنج مقاومت روی تخته نان در عکس وجود دارد، اما مقاومت کل آنها مطابق با مدار است). به محض برخورد ذره مربوطه به شمارنده گایگر، گاز در داخل حسگر یونیزه می شود و مقاومت آن به شدت کاهش می یابد و در نتیجه یک پالس جریان ایجاد می شود. خازن C4 قسمت ثابت را قطع می کند و فقط یک پالس جریان را به بلندگو می دهد. صدای کلیک می شنویم.

در مورد من، دو به عنوان منبع تغذیه استفاده می شود باطری های قابل شارژاز تلفن های قدیمی (دو، زیرا برای شروع مدار به دلیل پایه عنصر اعمال شده، برق مورد نیاز باید بیش از 5.5 ولت باشد).

بنابراین، مدار کار می کند، گاهی اوقات کلیک می کند. حالا نحوه استفاده از آن ساده ترین گزینه این است که کمی کلیک می کند - همه چیز خوب است، اغلب کلیک می کند یا حتی به طور مداوم - بد است. گزینه دیگر این است که به طور تقریبی تعداد پالس ها در دقیقه را بشمارید و تعداد کلیک ها را به microR/h تبدیل کنید. برای این کار باید مقدار حساسیت شمارنده گایگر را از کتاب مرجع بگیرید. با این حال، منابع مختلف همیشه ارقام کمی متفاوت ارائه می دهند. در حالت ایده آل، انجام اندازه گیری های آزمایشگاهی برای شمارنده گایگر انتخابی با منابع تشعشع مرجع ضروری است. بنابراین برای SBM-20 مقدار حساسیت از 60 تا 78 پالس/μR با توجه به منابع مختلفو کتب مرجع بنابراین، تعداد پالس ها را در یک دقیقه محاسبه می کنیم، سپس این عدد را در 60 ضرب می کنیم تا تعداد پالس ها در یک ساعت تقریبی شود و همه اینها را بر حساسیت سنسور تقسیم می کنیم، یعنی بر 60 یا 78 یا هر چیزی که نزدیکتر است. به واقعیت، و در پایان ما مقدار را در microR/h دریافت می کنیم. برای یک مقدار قابل اطمینان تر، لازم است چندین اندازه گیری انجام شود و میانگین حسابی بین آنها محاسبه شود. حد بالایی سطوح تابش ایمن تقریباً 20 تا 25 µR/h است. سطح مجاز تا حدود 50 µR/h است. که در کشورهای مختلفاعداد ممکن است متفاوت باشد

P.S. با مقاله ای در مورد غلظت گاز رادون که به اتاق ها، آب و غیره نفوذ می کند، به من انگیزه داد که این موضوع را در نظر بگیرم. V مناطق مختلفکشور و منابع آن

تعیین	تایپ کنید	فرقه	تعداد	توجه داشته باشید	دفترچه یادداشت من
IC1	تایمر و نوسانگر قابل برنامه ریزی	NE555	1		به دفترچه یادداشت
T1	ترانزیستور ماسفت	IRF710	1		به دفترچه یادداشت
VD1	دیود یکسو کننده	1N4007	1		به دفترچه یادداشت
VD2	دیود حفاظتی	1V5KE400CA	1		به دفترچه یادداشت
C1، C2	خازن	10 nF	2		به دفترچه یادداشت
C3	خازن الکترولیتی	2.7 µF	1		به دفترچه یادداشت
C4	خازن	100 nF	1	400 ولت

1.4 شمارنده گایگر مولر

که در در یک شمارنده متناسب، تخلیه گاز تنها در بخشی از حجم گاز ایجاد می شود. ابتدا یونیزاسیون اولیه در آن شکل می گیرد و سپس بهمنی از الکترون ها. حجم باقیمانده توسط تخلیه گاز پوشش داده نمی شود. با افزایش ولتاژ، منطقه بحرانی گسترش می یابد. غلظت مولکول های برانگیخته در آن افزایش می یابد و در نتیجه تعداد فوتون های ساطع شده افزایش می یابد. تحت تأثیر فوتون ها، گاز از کاتد و مولکول ها خارج می شود.

فتوالکترون های بیشتر و بیشتر دومی به نوبه خود باعث ایجاد بهمن های جدیدی از الکترون ها در حجم شمارنده می شود که توسط تخلیه گاز از یونیزاسیون اولیه اشغال نمی شود. بنابراین، افزایش ولتاژ U منجر به پخش شدن تخلیه گاز در سراسر حجم کنتور می شود. در یک ولتاژ معین U p. تخلیه گاز که آستانه نامیده می شود، کل حجم کنتور را پوشش می دهد. در ولتاژ U p ناحیه گایگر مولر شروع می شود.

شمارنده گایگر (یا شمارنده گایگر مولر) شمارنده ای پر از گاز از ذرات باردار است که سیگنال الکتریکی آن به دلیل یونیزاسیون ثانویه تقویت می شود. حجم گازشمارنده و به انرژی باقی مانده از ذره در این حجم بستگی ندارد. در سال 1908 توسط اچ. گایگر و ای. رادرفورد اختراع شد و بعدها توسط گایگر و دبلیو مولر بهبود یافت. شمارنده هاگایگر مولر - رایج ترین آشکارسازها (حسگرها) پرتوهای یونیزان.

گایگر - شمارنده مولر -دستگاه تخلیه گاز برای شناسایی و مطالعه انواع مختلف پرتوهای رادیواکتیو و سایر تابش های یونیزان: ذرات α و β، کوانتات γ-، کوانتوم های نور و اشعه ایکس، ذرات پرانرژی در پرتوهای کیهانی و شتاب دهنده ها. کوانتوم های گاما توسط شمارنده گایگر-مولر با استفاده از ذرات یونیزه کننده ثانویه - فوتوالکترون ها، الکترون های کامپتون، جفت الکترون-پوزیترون ثبت می شوند. نوترون‌ها توسط هسته‌های پس‌زن و محصولات واکنش هسته‌ای که در گاز شمارنده ایجاد می‌شوند، ثبت می‌شوند. کنتور در ولتاژهای مربوط به مستقل عمل می کند

ترشحات کرونا (بخش V، شکل 21).

برنج. 21. مدار اتصال شمارنده گایگر

اختلاف پتانسیل (V) بین دیوارها و الکترود مرکزی از طریق مقاومت R اعمال می شود که توسط یک خازن شنت می شود.

C1.

این شمارنده تقریباً صد در صد احتمال دارد که ذره باردار را ثبت کند، زیرا برای

یک جفت الکترون یون برای تخلیه کافی است.

از نظر ساختاری، شمارنده گایگر به همان شیوه ای طراحی شده است که شمارنده تناسبی، یعنی. یک خازن (معمولاً استوانه ای) با میدان الکتریکی بسیار ناهمگن است. یک پتانسیل مثبت (آند) به الکترود داخلی (یک رشته فلزی نازک) و یک پتانسیل منفی (کاتد) به الکترود بیرونی اعمال می شود. الکترودها در یک مخزن مهر و موم شده محصور شده اند که با مقداری گاز به فشار 13-26 kN/m2 (100-200 میلی متر در دقیقه pm.st.) پر شده است. ولتاژ چند صد درصدی به الکترودهای کنتور اعمال می شود. علامت + از طریق مقاومت R به نخ اعمال می شود.

از نظر عملکردی، شمارنده گایگر شمارشگر تناسبی را نیز تکرار می‌کند، اما با دومی تفاوت دارد که به دلیل اختلاف پتانسیل بالاتر روی الکترودها، در حالتی عمل می‌کند که ظاهر یک الکترون در حجم آشکارساز برای یک بهمن قدرتمند کافی است. فرآیندی شبیه به ایجاد یونیزاسیون ثانویه (تقویت گاز) که قادر به یونیزه کردن کل منطقه در نزدیکی رشته آند است. در این حالت، پالس جریان به یک مقدار محدود می رسد (اشباع می شود) و به یونیزاسیون اولیه بستگی ندارد. این فرآیند که مانند یک بهمن در حال توسعه است، با تشکیل یک ابر الکترونی یونی در فضای بین الکترودی پایان می یابد و رسانایی آن را به شدت افزایش می دهد. اساساً، هنگامی که یک ذره به شمارنده گایگر برخورد می کند، یک تخلیه گاز مستقل در آن چشمک می زند (اشتعال می یابد) که حتی با یک گاز ساده قابل مشاهده است (اگر ظرف شفاف باشد). در این حالت، ضریب افزایش گاز می تواند به 1010 برسد و مقدار پالس می تواند ده ها ولت باشد.

یک تخلیه کرونا چشمک می زند و جریان از کنتور عبور می کند.

توزیع میدان الکتریکی در شمارنده به گونه ای است که تخلیه فقط در نزدیکی آند شمارنده در فاصله چند قطر رشته ایجاد می شود. الکترون ها به سرعت روی رشته جمع می شوند (بیش از 10-6 ثانیه)، که در اطراف آن "مورد" یون های مثبت تشکیل می شود. بار فضایی مثبت قطر موثر آند را افزایش می دهد و در نتیجه قدرت میدان را کاهش می دهد، بنابراین تخلیه قطع می شود. همانطور که لایه یون های مثبت از رشته دور می شود، اثر محافظ آن ضعیف می شود و قدرت میدان در نزدیکی آند برای تشکیل فلاش تخلیه جدید کافی می شود. یون‌های مثبت که به کاتد نزدیک می‌شوند، الکترون‌ها را از کاتد خارج می‌کنند و در نتیجه اتم‌های گاز خنثی در حالت برانگیخته تشکیل می‌شوند. اتم های برانگیخته در

به اندازه کافی نزدیک به کاتد، الکترون ها از سطح آن خارج می شوند که پایه گذار بهمن های جدید می شوند. بدون تأثیر خارجی، چنین شمارنده ای در یک تخلیه متناوب طولانی مدت قرار می گیرد.

بنابراین، با R به اندازه کافی بزرگ (108-1010 اهم) یک بار منفی روی نخ جمع می شود.

و اختلاف پتانسیل بین رشته و کاتد به سرعت کاهش می یابد و باعث پایان تخلیه می شود. پس از این، حساسیت شمارنده پس از آن بازیابی می شود 10-1 -10-3 ثانیه (زمان تخلیه ظرفیت C از طریق مقاومت R). این دقیقاً زمان مورد نیاز برای یون‌های مثبت آهسته است که فضای نزدیک رشته آند را پس از عبور ذره و عبور بهمن الکترونی پر کرده‌اند تا به کاتد بروند.

و حساسیت آشکارساز بازیابی شد. چنین زمان طولانی مرده ای برای بسیاری از برنامه ها ناخوشایند است.

برای استفاده عملیشمارنده گایگر غیر خود خاموش شونده استفاده می شود راه های مختلفخاتمه ترشح:

الف) استفاده از مدارهای الکترونیکی برای خاموش کردن تخلیه در گاز. یک مدار الکترونیکی که برای این منظور تنظیم شده است "سیگنال ضد" را در زمان مناسب به شمارنده می فرستد که تخلیه مستقل را متوقف می کند و شمارنده را برای مدتی "نگه می دارد" تا ذرات باردار ایجاد شده کاملاً خنثی شوند. ویژگی های چنین شمارنده ای با مدار سرکوب تخلیه به ویژگی های کنتورهای خود خاموش کننده نزدیک است و گاهی اوقات از آنها فراتر می رود.

ب) کوئنچ به دلیل انتخاب مقادیر مقاومت بار و ظرفیت معادل آن و همچنین مقدار ولتاژ روی کنتور.

که در بسته به مکانیسم خاموش شدن تخلیه، دو گروه از شمارنده ها متمایز می شوند: غیر خود خاموش شونده و خود خاموش شونده. در مترهای غیر خود خاموش کننده، زمان "مرده" بسیار طولانی است(10-2 ثانیه)، برای او

برای کاهش این امر، از مدارهای میرایی تخلیه الکترونیکی استفاده می شود که زمان تفکیک را تا زمان جمع آوری یون های مثبت در کاتد (10-4 ثانیه) کاهش می دهد.

امروزه کنتورهای غیرخود خاموش کننده که در آنها خاموشی دبی با مقاومت R تضمین می شود، با کنتورهای خود خاموش شونده جایگزین شده اند که پایداری بیشتری نیز دارند. به لطف یک گاز پرکننده مخصوص (گاز بی اثر مخلوط با مولکول های پیچیده مانند بخار الکل و یک گاز کوچک

مخلوط هالوژن ها - کلر، برم، ید) ترشحات به خودی خود حتی در مقاومت های کم R می شکند. زمان مرده یک شمارنده خود خاموش شونده ~10-4 ثانیه است.

که در 1937 تروست توجه را به این واقعیت جلب کرد که اگر یک متر با آرگون پر شود

مقدار کمی (چند درصد) بخار الکل اتیلیک (C2 H5 OH) اضافه کنید، سپس تخلیه ایجاد شده در شمارنده توسط ذرات یونیزه کننده خود به خود خارج می شود. متعاقباً معلوم شد که خاموش شدن خود به خود تخلیه در شمارنده نیز هنگامی رخ می دهد که بخارات سایر ترکیبات آلی با ترکیبات چند اتمی پیچیده به آرگون اضافه شود. به این مواد معمولاً کوئنچ و شمارنده های گایگر مولر که در آنها از این مواد استفاده می شود، شمارنده خود خاموش کننده می گویند. یک متر خود خاموش شونده با مخلوطی از دو (یا چند) گاز پر می شود. یک گاز، گاز اصلی، حدود 90 درصد مخلوط را تشکیل می دهد، گاز دیگر، گاز خاموش کننده، حدود 10 درصد را تشکیل می دهد. اجزاء مخلوط کاریباید شرایط اجباری را برآورده کند که پتانسیل یونیزاسیون گاز خاموش کننده باید کمتر از پتانسیل تحریک اول گاز اصلی باشد.

اظهار نظر. آشکارسازهای زنون سیمی اغلب برای تشخیص تابش اشعه ایکس استفاده می شوند. به عنوان مثال اولین فلوروگرافی دیجیتال پزشکی اسکن داخلی SIBERIA ICRU است. یکی دیگر از کاربردهای شمارنده های اشعه ایکس، طیف سنج پراکندگی امواج فلورسانس اشعه ایکس (به عنوان مثال، ونوس 200) است که برای تعیین طراحی شده است. عناصر مختلفدر مواد و مواد بسته به عنصری که تعیین می شود، می توان از آشکارسازهای زیر استفاده کرد: - آشکارساز جریانی متناسب با پنجره های 1، 2، 6 میکرون ضخامت، آشکارساز نئون غیر جریانی با پنجره های 25 و 50 میکرون ضخامت، - کریپتون بدون جریان. آشکارساز با پنجره 100 میکرون ضخامت، - آشکارساز زنون با پنجره 200 میکرون و آشکارساز سوسوزن با پنجره 300 میکرون.

مترهای خود خاموش شونده سرعت شمارش بالاتری را بدون مدارهای الکترونیکی خاص امکان پذیر می کند

تخلیه تخلیه، بنابراین آنها به طور گسترده ای استفاده می شود. کنتورهای خود کوئنچ با ناخالصی های کوئنچ آلی دارند دوره محدودکار (108 -1010 پالس). هنگام استفاده از یکی از هالوژن ها به عنوان ناخالصی خاموش کننده (بیشتر از Br2 فعال کمتر استفاده می شود)، عمر مفید عملاً نامحدود می شود، زیرا مولکول های هالوژن دو اتمی دوباره پس از تجزیه به اتم ها (در طول فرآیند تخلیه) تشکیل می شوند. از معایب شمارنده های هالوژن می توان به پیچیدگی فناوری ساخت آنها به دلیل فعالیت شیمیایی هالوژن ها و زمان بلند شدن طولانی لبه جلویی پالس ها به دلیل اتصال الکترون های اولیه به مولکول هالوژن اشاره کرد. "کشیدن" لبه جلویی پالس در شمارنده های هالوژن باعث می شود آنها در مدارهای تصادفی غیر قابل اجرا باشند.

مشخصات اصلی کنتور عبارتند از: مشخصه شمارش - وابستگی سرعت شمارش به ولتاژ کار. بازده ضد - به صورت درصد بیان می شود، نسبت تعداد ذرات شمارش شده به تعداد تمام ذرات وارد شده به حجم کاری شمارنده. زمان حل -

حداقل فاصله زمانی بین پالس هایی که در آن به طور جداگانه ثبت می شوند و عمر مفید کنتورها.

برنج. 22. طرحی برای وقوع زمان مرده در پیشخوان گایگر مولر.(شکل نبض در حین تخلیه در شمارنده گایگر مولر).

مدت زمان لازم برای بازگرداندن حساسیت تابشی یک شمارنده گایگر و در واقع تعیین عملکرد آن - زمان "مرده" - یکی از ویژگی های مهم آن است.

اگر تخلیه ناشی از یک ذره هسته ای در شمارنده گایگر مولر در زمان t 0 شروع شود، ولتاژ روی شمارنده به شدت کاهش می یابد. شمارنده قادر به تنظیم ذرات دیگر برای مدت معینی نیست که به آن زمان مرده می گویند. از لحظه t 1، یعنی. پس از اتمام زمان مرده، ممکن است دوباره یک تخلیه مستقل در کنتور رخ دهد. با این حال، در ابتدا دامنه پالس هنوز کوچک است. تنها پس از رسیدن بار فضایی به سطح کاتد، پالس هایی با دامنه طبیعی در شمارنده شکل می گیرد. فاصله زمانی τ s بین لحظه t 0 زمانی که یک تخلیه مستقل در کنتور رخ می دهد و لحظه ای که ولتاژ کاری بازیابی می شود t 3 زمان بازیابی نامیده می شود. برای اینکه دستگاه ضبط یک پالس را بشمارد، لازم است که دامنه آن از مقدار مشخصی U p تجاوز کند. فاصله زمانی بین لحظه وقوع یک تخلیه خودپایدار t 0 و لحظه تشکیل دامنه U p پالس t 2 را زمان تفکیک τ p شمارنده گایگر-مولر می گویند. زمان تفکیک τ p کمی بیشتر از زمان مرده است.

اگر تعداد زیادی ذره (چند هزار یا بیشتر) در هر ثانیه وارد شمارنده شوند، زمان تفکیک τ p از نظر مقدار با میانگین فاصله زمانی بین پالس ها قابل مقایسه خواهد بود، بنابراین تعداد قابل توجهی از پالس ها شمارش نمی شود. فرض کنید m نرخ شمارش مشاهده شده شمارنده باشد. سپس کسری از زمانی که در طی آن نصب شمارش غیر حساس است برابر m τ است. در نتیجه، تعداد پالس‌های از دست رفته در واحد زمان nm τ p است، که در آن n نرخ شمارش است که اگر زمان تفکیک به‌طور ناچیز کوچک بود، مشاهده می‌شود. از همین رو

تصحیح نرخ شمارش که توسط این معادله به دست می آید، تصحیح زمان مرده ته نشینی نامیده می شود.

مترهای خود خاموش کننده هالوژن با کمترین ولتاژ تغذیه، پارامترهای سیگنال خروجی عالی و سرعت نسبتا بالا مشخص می شوند؛ آنها ثابت کرده اند که به ویژه برای استفاده به عنوان سنسورهای تشعشعات یونیزان در دستگاه های نظارت بر تشعشع خانگی راحت هستند.

هر ذره ای که توسط شمارنده شناسایی می شود باعث می شود یک پالس کوتاه در مدار خروجی خود ظاهر شود. تعداد پالس هایی که در واحد زمان رخ می دهند - نرخ شمارش شمارنده گایگر - به سطح بستگی دارد. تابش یونیزه کنندهو ولتاژ روی الکترودهای آن. یک نمودار معمولی از نرخ شمارش در مقابل ولتاژ تغذیه V در شکل نشان داده شده است. 23. در اینجا گیره V ولتاژ شروع شمارش است؛ V 1 و V 2 مرزهای پایین و بالایی بخش کار، به اصطلاح پلاتو هستند، که سرعت شمارش تقریباً مستقل از ولتاژ تغذیه کنتور است. برد ولتاژ V معمولاً در وسط این بخش انتخاب می شود. با N p - سرعت شمارش در این حالت مطابقت دارد.

برنج. 23. وابستگی سرعت شمارش به ولتاژ تغذیه در شمارنده گایگر (مشخصه شمارش)

وابستگی نرخ شمارش به سطح قرار گرفتن در معرض تشعشع شمارنده مهمترین ویژگی آن است. نمودار این وابستگی تقریباً ماهیت خطی دارد و بنابراین حساسیت تابشی شمارنده اغلب بر حسب پالس/μR (پالس در هر میکرورونتژن؛ این بعد از نسبت نرخ شمارش - پالس / ثانیه - به تابش ناشی می شود) بیان می شود. سطح - μR/s). که در

در مواردی که نشان داده نشده است (متاسفانه غیر معمول نیست)، حساسیت تابش را قضاوت کنید

شمارنده باید متفاوت باشد همچنین بسیار است پارامتر مهم- پس زمینه خود این نامی است که به سرعت شمارش داده شده است که توسط دو جزء ایجاد می شود: خارجی - تابش پس زمینه طبیعی و داخلی - تابش پرتوزا که در خود ساختار شمارنده یافت می شود و همچنین انتشار خود به خود الکترون کاتد آن. («زمینه» در دزیمتری تقریباً همان معنای «نویز» در الکترونیک رادیویی است؛ در هر دو مورد ما در مورد تأثیرات اساساً غیرقابل حذف روی تجهیزات صحبت می کنیم.)

یکی بیشتر مشخصه مهمشمارشگر گایگر وابستگی حساسیت تابشی آن به انرژی ("سختی") ذرات یونیزه کننده است. در اصطلاحات حرفه ای، نمودار این رابطه "حرکت قدرت" نامیده می شود. میزان اهمیت این وابستگی توسط نمودار در شکل نشان داده شده است. واضح است که "سواری با سختی" بر دقت اندازه گیری های انجام شده تأثیر می گذارد.

در هسته خود، شمارنده گایگر بسیار ساده است. یک مخلوط گازی که عمدتاً از نئون و آرگون به راحتی یونیزه می‌شود، به یک سیلندر مهر و موم شده با دو الکترود وارد می‌شود. استوانه می تواند شیشه ای، فلزی و غیره باشد. به طور معمول، شمارنده ها تشعشعات را در تمام سطح خود درک می کنند، اما مواردی نیز وجود دارند که برای این منظور "پنجره" ویژه ای در سیلندر دارند.

شمارنده های گایگر قادر به پاسخگویی به انواع مختلفی از پرتوهای یونیزان - α، β، γ، اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس، نوترون ها هستند. اما حساسیت طیفی واقعی شمارنده تا حد زیادی به طراحی آن بستگی دارد. بنابراین، پنجره ورودی یک ضد حساس به تابش α- و نرم β باید بسیار نازک باشد. برای این منظور معمولا از میکا با ضخامت 3...10 میکرون استفاده می شود. استوانه شمارنده که به تابش سخت β- و γ واکنش نشان می دهد، معمولاً شکل استوانه ای با ضخامت دیواره 0.05 ... 0.06 میلی متر دارد (به عنوان کاتد شمارنده نیز عمل می کند). پنجره شمارنده اشعه ایکس از بریلیم و پنجره شمارنده اشعه ماوراء بنفش از شیشه کوارتز ساخته شده است.

برنج. 24. وابستگی نرخ شمارش به انرژی گاما کوانتا ("سکته مغزی با صلبیت") در شمارنده گایگر

بور به شمارشگر نوترون وارد می شود، پس از برهم کنش با آن شار نوترون به ذرات α - ثبت شده به راحتی تبدیل می شود. تابش فوتون - فرابنفش، اشعه ایکس، γ - تابش - شمارنده های گایگر به طور غیر مستقیم درک می کنند - از طریق اثر فوتوالکتریک، اثر کامپتون، اثر ایجاد جفت. در هر مورد، تابش برهمکنش با ماده کاتد به جریانی از الکترون ها تبدیل می شود.

برنج. 25. نصب رادیومتریک بر اساس شمارنده گایگر مولر.

این واقعیت که شمارنده گایگر یک دستگاه بهمن است نیز دارای معایبی است - از واکنش چنین دستگاهی نمی توان برای قضاوت در مورد علت اصلی تحریک آن استفاده کرد. پالس‌های خروجی تولید شده توسط شمارنده گایگر تحت تأثیر ذرات α، الکترون‌ها، کوانتوم‌های γ (در شمارشی که به همه این نوع تابش‌ها واکنش نشان می‌دهد) تفاوتی ندارند. سامی

ذرات، انرژی آنها به طور کامل در بهمن های دوقلویی که تولید می کنند ناپدید می شوند.

کیفیت یک شمارنده گایگر مولر معمولاً بر اساس نوع ویژگی های شمارش آن قضاوت می شود. برای کنتورهای "خوب"، طول قسمت شمارش 100-300 ولت با شیب فلات بیش از 3 - 5٪ در هر 100 ولت است. ولتاژ عملیاتی کنتور V معمولاً در وسط شمارش آن انتخاب می شود. حوزه.

از آنجایی که نرخ شمارش ذرات در فلات متناسب با شدت تابش ذرات هسته ای متفاوت است، شمارشگرهای گایگر مولر با موفقیت برای اندازه گیری های نسبیفعالیت منابع رادیواکتیو اندازه گیری های مطلق به دلیل تعداد زیاد اصلاحات اضافی در نظر گرفته شده دشوار است. هنگام کار با منابع کم شدت، باید پیش‌زمینه متقابل ناشی از تشعشعات کیهانی، رادیواکتیویته محیطی و آلودگی رادیواکتیو مواد شمارنده را در نظر گرفت. در ابتدا، گازهای نجیب، به ویژه آرگون و نئون، اغلب به عنوان گازهای پرکننده برای متر استفاده می شد. بیشتر کنتورها دارای فشاری در محدوده 7 تا 20 سانتی متر جیوه هستند، اگرچه گاهی اوقات در فشارهای بالاتر، تا 1 اتمسفر کار می کنند. در متری از این نوع، استفاده از مدارهای الکترونیکی مخصوص برای خاموش کردن تخلیه گازی که در هنگام ورود پرتوهای یونیزان به شمارنده رخ می دهد، ضروری است. بنابراین، به این گونه شمارنده ها، شمارنده های گایگر-مولر غیرخود خاموش شونده می گویند. وضوح بسیار ضعیفی دارند. استفاده از مدارها برای خاموشی تخلیه اجباری، بهبود

وضوح به طور قابل توجهی تنظیمات آزمایشی را پیچیده می کند، به خصوص اگر تعداد زیادی شمارنده به طور همزمان استفاده شود.

یک شمارنده شیشه ای معمولی گایگر مولر در شکل نشان داده شده است. 25.

برنج. 25. شمارنده گایگر مولر شیشه ای: 1 –

لوله شیشه ای مهر و موم شده هندسی؛ 2 - کاتد (لایه نازکی از مس روی لوله فولادی ضد زنگ). 3 – خروجی کاتد 4 – آند (نخ نازک کشیده).

روی میز. 1 اطلاعاتی در مورد شمارنده های گایگر هالوژن خود خاموش شونده ارائه می دهد

ساخت روسیه، مناسب ترین دستگاه های نظارت بر تشعشع خانگی.

تعیین ها: 1 - ولتاژ کار، V; 2 - فلات - منطقه وابستگی کم سرعت شمارش به ولتاژ تغذیه، V; 3 - پس زمینه خود شمارنده، imp/s، نه بیشتر. 4 - حساسیت تابشی شمارنده، پالس/μR (* - برای کبالت-60). 5 - دامنه پالس خروجی، V، نه کمتر. 6 - ابعاد، میلی متر - قطر x طول (طول x عرض x

ارتفاع)؛ 7.1 - تابش β - و γ - سخت. 7.2 - تابش β یکسان و نرم. 7.3 - همان و α - تابش. 7.4 -γ - تابش.

شکل 26. ساعت با شمارنده گایگر مولر داخلی.

شمارنده گایگر مولر، نوع STS-6، ذرات β و γ را می شمارد و یک شمارنده خود خاموش شونده است. این یک استوانه فولادی ضد زنگ با ضخامت دیواره 50 میلی گرم بر سانتی متر مربع با سفت کننده ها برای استحکام است. پیشخوان با مخلوطی از بخارات نئون و برم پر شده است. برم ترشحات را خاموش می کند.

طراحی شمارنده ها بسیار متنوع است و به نوع تابش و انرژی آن و همچنین به تکنیک اندازه گیری بستگی دارد.

یک نصب رادیومتریک بر اساس شمارنده گایگر مولر در شکل نشان داده شده است. 27. ولتاژ از منبع تغذیه با ولتاژ بالا به کنتور تامین می شود. پالس ها از شمارنده به بلوک تقویت کننده وارد می شوند و در آنجا تقویت می شوند و سپس توسط یک دستگاه شمارش ثبت می شوند.

شمارنده های گایگر مولر برای ثبت انواع تشعشعات استفاده می شود. آنها را می توان برای اندازه گیری مطلق و نسبی انتشارات رادیواکتیو استفاده کرد.

برنج. 27. طراحی شمارنده های گایگر مولر: الف - استوانه ای؛ ب

– پر کردن داخلی; د - جریان برای مایعات. 1 - آند (الکترود جمع کننده)؛ 2 - کاتد 3 - بطری شیشه ای؛ 4 - سرنخ های الکترود 5 – لوله شیشه ای 6 – عایق 7 – پنجره میکا؛ 8 – شیر ورودی گاز

n – m = nmτ р

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). آخرین گزینهبرای 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) رسوب کرده است سطح داخلیپوسته ها 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.