پس زمینه خود شمارنده گایگر کار نمی کند. اصل عملکرد یک شمارنده گایگر و دزیمترهای مدرن

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 مختلفحوادثی که به طور دوره ای در یک مکان یا مکان دیگر روی کره زمین رخ می دهد. 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 دستگاهدر سال 1908 توسط فیزیکدان آلمانی هانس گایگر اختراع شد و بیست سال بعد این پیشرفت توسط فیزیکدان دیگری 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. تفاوت دارند ابعاد کلیدوربین ها و سایر پارامترها، خط 20 سنسور با ابعاد زیر مشخص می شود: طول 110 میلی متر، قطر 11 میلی متر، و برای مدل 21، طول 20-22 میلی متر با قطر 6 میلی متر. مهم این است که بفهمیم چیست اندازه های بزرگتردوربین ها، آن ها مقدار زیادعناصر رادیواکتیو از میان آن عبور می کنند 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 تا شمارنده را فقط برای تشخیص کوانتوم های گاما پیکربندی کند.

دی 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، کاتد و آند تامین می شود ولتاژ بالا(حدود 350 - 475 ولت)، از طریق یک مقاومت بار، 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 محفظه یا کاتد کافی است. 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 روشاز 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.

شمارنده گایگر یک ظرف تخلیه شده با دو الکترود است که به داخل آن وارد می شود مخلوط گاز، متشکل از نئون و آرگون به راحتی یونیزه شده با مقدار کمی هالوژن - کلر یا برم.
یک ولتاژ بالا به الکترودها اعمال می شود که به خودی خود باعث ایجاد پدیده تخلیه نمی شود (شکل را ببینید).

شمارنده در این حالت باقی می ماند تا زمانی که یک مرکز یونیزاسیون در محیط گازی آن ظاهر شود - دنباله ای از یون ها و الکترون ها که توسط یک ذره یونیزه کننده که از خارج می رسد ایجاد می شود.
الکترون های اولیه که در میدان الکتریکی شتاب می گیرند، مولکول های دیگر را «در طول مسیر» یونیزه می کنند. محیط گاز، الکترون ها و یون های بیشتری تولید می کند. 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. تخلیه در محیط گاز کنتور رخ می دهد، قابل مشاهده (در صورت شفاف بودن ظرف) حتی با چشم غیر مسلح.

فرآیند معکوس - بازگشت محیط گازی به حالت اولیه - تحت تأثیر هالوژن موجود در آن رخ می دهد که باعث ایجاد نوترکیبی شدید بارها می شود. اما این روند بسیار کندتر است. مدت زمان مورد نیاز برای بازگرداندن حساسیت به تشعشع شمارنده و در واقع تعیین کننده عملکرد آن - به اصطلاح زمان "مرده" - یک ویژگی مهم گذرنامه شمارنده است.

هالوژن- قسمت مصرفی محیط گاز کنتور. اما این بخش آنقدر بزرگ است که در حالت شمارش پس‌زمینه قرن‌ها دوام می‌آورد (مدت زمان کار هالوژن، برای مثال، شمارنده SBM20 حداقل 2 10 10 پالس است).

کنتورهای این نوع را کنتورهای خود خاموش کننده هالوژن می نامند. با کمترین ولتاژ تغذیه، پارامترهای سیگنال خروجی عالی و سرعت نسبتاً بالا مشخص شده‌اند و ثابت کرده‌اند که به‌ویژه برای استفاده به‌عنوان حسگر پرتوهای یونیزان راحت هستند. لوازم خانگیکنترل تشعشع

شمارنده های گایگر قادر به پاسخگویی به بیشترین میزان هستند انواع متفاوتتابش یونیزان - α، β، γ، ماوراء بنفش، اشعه ایکس، نوترون. اما حساسیت طیفی واقعی متر به طراحی آن بستگی دارد.
اغلب مترهایی وجود دارد که یک استوانه استوانه ای از آن ساخته شده است از فولاد ضد زنگضخامت 0.05 .... 0.06 میلی متر. استوانه در چنین شمارنده ای نیز کاتد آن است. حساسیت طیفی چنین شمارنده‌ای با دیواره نازک توسط تابش γ- و سخت بتا محدود می‌شود.

شمارنده‌های دارای استوانه شیشه‌ای فقط به تابش γ حساس هستند (شیشه با ضخامت ۱ میلی‌متر سدی تقریباً غیرقابل عبور برای تابش β است). کاتد در چنین شمارنده ها یک لایه رسانای نازک است که روی سطح داخلی شیشه قرار گرفته است. شمارنده ای با استوانه فلزی با دیواره ضخیم (بیش از 0.2 میلی متر) نیز تقریباً به طور کامل حساسیت خود را نسبت به تابش β از دست می دهد.

در شمارشگرهای گایگر که برای تشخیص تابش بتا نرم طراحی شده‌اند، پنجره‌های مخصوصی از میکای بسیار نازک ساخته شده‌اند.
پنجره شمارنده اشعه ایکس از بریلیم و پنجره شمارنده اشعه ماوراء بنفش از شیشه کوارتز ساخته شده است.

بور به شمارنده نوترون وارد می‌شود، پس از برهمکنش شار نوترون به ذرات α به راحتی قابل تشخیص تبدیل می‌شود.
تابش فوتون - فرابنفش، اشعه ایکس، تابش γ - 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.

هر ذره ای که توسط شمارنده گایگر شناسایی می شود، یک پالس جریان کوتاه (کسری از میلی ثانیه) را در آن تحریک می کند. تعداد پالس هایی که در واحد زمان رخ می دهند - نرخ شمارش شمارنده گایگر - به سطح تابش یونیزان و ولتاژ روی الکترودهای آن بستگی دارد. یک نمودار معمولی از نرخ شمارش در مقابل ولتاژ منبع تغذیه توان U در شکل نشان داده شده است. آ.

اینجا:
Uns - شمارش ولتاژ شروع؛
Umin و Umax مرزهای پایین و بالایی بخش کاری هستند که اصطلاحاً فلات نامیده می شود که در آن سرعت شمارش تقریباً مستقل از ولتاژ تغذیه کنتور است.
ولتاژ عملیاتی Up معمولا در وسط این قسمت انتخاب می شود.
با N(Up) مطابقت دارد - نرخ شمارش در این حالت.

در شکل b وابستگی N(Upit) را برای شمارنده SBM20 واقع در میدان تابش یونیزان، تقریباً 1000 برابر بیشتر از سطح تشعشعات پس زمینه طبیعی نشان می دهد.

وابستگی نرخ شمارش به سطح قرار گرفتن در معرض تشعشع شمارنده مهمترین ویژگی آن است.
نمودار این وابستگی تقریباً خطی است، و بنابراین حساسیت تابشی شمارنده اغلب بر حسب پالس/μR (پالس در هر میکرورونتژن؛ این بعد از نسبت نرخ شمارش - پالس/ثانیه - به سطح تابش ناشی می شود) بیان می شود. - μR/s). در شکل شکل 4 نموداری از این وابستگی را برای شمارنده SBM20 نشان می دهد.
در مواردی که نشان داده نشده است (متاسفانه غیر معمول نیست)، حساسیت تابشی شمارنده باید متفاوت قضاوت شود، که این نیز 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.

یکی بیشتر مشخصه مهمشمارنده 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 1 نشان داده شده است. 5
"سوار با سختی" به وضوح بر دقت اندازه گیری های انجام شده تأثیر می گذارد.

بدون بحث در مورد این که آیا یک رادیومتر خانگی به دقت اندازه گیری بالایی نیاز دارد، ما به این نکته توجه می کنیم دستگاه های مشابهآنهایی که به صورت صنعتی تولید می شوند با آماتورها فقط در تصحیح سختی شمارشگر گایگر تفاوت دارند. برای انجام این کار، آنها یک "پیراهن" را روی آن قرار می دهند - یک فیلتر غیرفعال. این فیلتر باید اولاً تشعشعات خارجی (در درجه اول (تابش β) را «قطع» کند و ثانیاً با مشخصه سختی تقریباً معکوس خود نسبت به شمارنده، «ضربه همراه با صلبیت» خود شمارنده را جبران کند. دزیمترهای صنعتی نیز فعالیت خود به خودی شمارنده گایگر را در نظر می گیرند.

این واقعیت که شمارنده گایگر یک دستگاه بهمن است نیز دارای معایبی است - با واکنش چنین دستگاهی نمی توان علت اصلی تحریک آن را قضاوت کرد. پالس‌های خروجی تولید شده توسط شمارنده گایگر تحت تأثیر ذرات α، الکترون‌ها، کوانتوم‌های γ (در شمارنده‌ای که به همه این نوع تابش‌ها واکنش نشان می‌دهند) تفاوتی ندارند.
خود ذرات و انرژی آنها در بهمن های دوقلویی که تولید می کنند کاملاً ناپدید می شوند.

در اصل، حساسیت تابشی یک شمارنده گایگر را می توان با تغییر ولتاژ تغذیه از ولتاژ شروع شمارش تا رسیدن به یک فلات تنظیم کرد: Upit €. اما این رژیم بسیار ناپایدار است و در هر مورد جدی نمی توان به آن تکیه کرد.

تنظیم حساسیت پایدار فقط در یک سه الکترود امکان پذیر است شمارشگر گایگر، که در آن پیکربندی و حجم فضایی که در آن امکان چشمک زدن بهمن وجود دارد به ولتاژ روی الکترود کنترل بستگی دارد. در شکل 6، a نمودار اتصال چنین شمارنده ای را نشان می دهد و در شکل. 6، b - وابستگی حساسیت تابش آن به ولتاژ در الکترود کنترل.

برنج. 8. روشن کردن شمارنده گایگر سه الکترودی (a); وابستگی حساسیت تابشی آن به ولتاژ در الکترود کنترل (b)

با این حال، شمارنده های گایگر سه الکترودی بطور گستردهدریافت نکرده اند. دلیل آن ژنراتور Uynp است. الکترونیکی که حساسیت تابشی واقعی یک شمارنده گایگر دو الکترودی را در نظر می گیرد ساده تر از این منبع ولتاژ بالا است.

در دستگاه های دزیمتری خانگی، سرعت شمارنده گایگر به هیچ وجه یک عامل محدود کننده نیست (فرد قبل از نیاز به این سرعت باید منبع تشعشع را تشخیص دهد). بنابراین، همانطور که معمولاً در کتاب های مرجع توصیه می شود، نیازی به روشن کردن شمارنده گایگر چند آندی نیست (شکل).
ثابت زمانی هنگام ترکیب مستقیم حتی هر ده آند متر SBT10، چند بخشی ترین آندهای داخلی، همچنان به اندازه کافی کوچک باقی می ماند (R n Ca = 15 10 6 10 5 10 -12 = 0.75 ms) به طوری که عملاً هیچ تأثیری بر نتیجه اندازه گیری حتی در میدان هایی که هزار بار بالاتر از سطح تشعشعات پس زمینه طبیعی هستند، وجود ندارد.

آیا شمارشگرهای گایگر قادر به پاسخ دادن به پرتوهای α - یکی از خطرناک ترین برای انسان ها هستند؟

اجازه دهید توانایی شمارنده‌های دارای پنجره‌های میکا را ارزیابی کنیم (ممکن است سایرین در نظر گرفته نشوند) برای پاسخ به تابش α از همان پلوتونیوم-239 (Ea = 5.16 MeV). محدوده ذرات α آن در هوا حدود 3.5 سانتی متر با چگالی 2.8 گرم بر سانتی متر مکعب است (حدود 2200 برابر چگالی هوا) و ضخامت 10 میکرون (10 -3 سانتی متر) معادل است. یک "کوسن" هوا با ضخامت 2200 10 - 3 = 2.2 سانتی متر، یعنی یک شمارنده با یک پنجره میکا به ضخامت 10 میکرون، اگر به آن نزدیک شود، می تواند تشعشعات پلوتونیوم-239 را تشخیص دهد. در هر صورت، "شکاف" بین امیتر و شمارنده باید کمتر از 3.5 - 2.2 = 1.3 سانتی متر باشد.

از میکامترهای تولید داخل، SBT7 و SBT11 تقریباً این ضخامت را دارند. میکا در شمارنده SBT9 حتی نازکتر است (4...5 میکرون)، اما به دلیل پنجره کوچک(0.2 سانتی متر مربع) حساسیت α آن بسیار کم است. اما - و این مهم است! - مانند بسیاری دیگر برابر با صفر نیست.

با استفاده از پیشخوان مدرنگایگر می تواند سطح تشعشعات را اندازه گیری کند مصالح ساختمانی, قطعه زمینیا آپارتمان و همچنین غذا. تقریباً صد در صد احتمال وجود یک ذره باردار را نشان می دهد، زیرا فقط یک جفت الکترون-یون برای تشخیص آن کافی است.

فناوری که بر اساس آن دزیمتر مدرن مبتنی بر شمارنده گایگر مولر ایجاد شده است به شما امکان می دهد در مدت زمان بسیار کوتاهی نتایج بسیار دقیقی به دست آورید. اندازه گیری بیش از 60 ثانیه طول نمی کشد و تمام اطلاعات به صورت گرافیکی و عددی بر روی صفحه دزیمتر نمایش داده می شود.

راه اندازی دستگاه

این دستگاه توانایی تنظیم مقدار آستانه را دارد، هنگامی که از آن فراتر رفت، یک سیگنال صوتی برای هشدار به شما از خطر صادر می شود. یکی از مقادیر آستانه مشخص شده را در قسمت تنظیمات مربوطه انتخاب کنید. بوق را نیز می توان خاموش کرد. قبل از انجام اندازه گیری ها، توصیه می شود دستگاه را به صورت جداگانه پیکربندی کنید، روشنایی صفحه نمایش، پارامترها را انتخاب کنید سیگنال صوتیو باتری ها

روش اندازه گیری

حالت "Measurement" را انتخاب کنید و دستگاه شروع به ارزیابی وضعیت رادیواکتیو می کند. پس از تقریبا 60 ثانیه، نتیجه اندازه گیری بر روی صفحه نمایش آن ظاهر می شود و پس از آن چرخه تجزیه و تحلیل بعدی آغاز می شود. برای به دست آوردن یک نتیجه دقیق، توصیه می شود حداقل 5 چرخه اندازه گیری انجام شود. افزایش تعداد مشاهدات خوانش های قابل اعتمادتری را فراهم می کند.

برای اندازه گیری تابش پس زمینه اجسام، مانند مصالح ساختمانی یا محصولات غذایی، باید حالت "Measurement" را در فاصله چند متری از جسم روشن کنید، سپس دستگاه را به جسم بیاورید و پس زمینه را تا حد امکان به آن نزدیک کنید. قرائت دستگاه را با داده های بدست آمده در فاصله چند متری از جسم مقایسه کنید. تفاوت بین این خوانش ها، پس زمینه تابش اضافی جسم مورد مطالعه است.

اگر نتایج اندازه گیری از مشخصه پس زمینه طبیعی ناحیه ای که در آن قرار دارید فراتر رود، این نشان دهنده آلودگی اشعه ای شی مورد مطالعه است. برای ارزیابی آلودگی سیال، توصیه می شود که در بالای سطح باز آن اندازه گیری شود. برای محافظت از دستگاه در برابر رطوبت، باید آن را پیچیده کنید فیلم پلاستیکی، اما نه بیشتر از یک لایه. اگر دزیمتر مدت زمان طولانیدر دمای کمتر از 0 درجه سانتیگراد بود، قبل از اندازه گیری باید در دمای آن نگهداری شود دمای اتاقدر عرض 2 ساعت

با توجه به پیامدهای زیست محیطی فعالیت های انسانی مرتبط با انرژی هسته ایو همچنین توسط صنایع (از جمله ارتش) که از مواد رادیواکتیو به عنوان جزء یا پایه محصولات خود استفاده می کنند، مطالعه مبانی ایمنی تشعشع و دزیمتری تشعشع امروزه تبدیل به یک موضوع نسبتاً فوری شده است. بعلاوه منابع طبیعیپرتوهای یونیزان، هر ساله مکان های آلوده به تشعشعات در نتیجه فعالیت های انسانی بیشتر و بیشتر می شود. بنابراین برای حفظ سلامتی خود و عزیزانتان باید میزان آلودگی یک منطقه یا اشیاء و مواد غذایی خاص را بدانید. یک دزیمتر می تواند به این امر 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، ذرات بنیادی یا قطعات شکافت اتمی است که می تواند ماده را یونیزه کند. به چند نوع تقسیم می شود. تابش آلفاجریانی از ذرات آلفا است - هسته های هلیوم-4 که ​​در طی واپاشی رادیواکتیو تولید می شوند را می توان به راحتی توسط یک ورق کاغذ متوقف کرد، بنابراین آنها عمدتاً زمانی که وارد بدن می شوند خطر ایجاد می کنند. تابش بتا- این جریانی از الکترون است که در حین 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 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 فلزی شده و نازک است نخ فلزی، در امتداد محور این سیلندر کشیده شده است، خود سیلندر با گاز کمیاب پر شده است. اصل کار بر اساس یونیزاسیون ضربه است. هنگامی که تابش یونیزان به دیواره های شمارنده برخورد می کند، الکترون ها از آن خارج می شوند، 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 به فیلترهای تابش بتا مجهز شده اند، در این حالت دزیمتر فقط تابش گاما را ثبت می کند، اما کاملاً دقیق.

هنگام اندازه گیری دوز تشعشع، عوامل متعددی وجود دارد که ممکن است مهم باشند. حتی در غیاب کامل منابع 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، گسیل خود به خودی الکترون ها از کاتد شمارنده، و تابش کیهانی. همه اینها تعداد معینی از تکانه های "اضافی" را در واحد زمان می دهد.

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

مدار را روی تخته نان جمع می کنم:

مدار شامل قطعات کمیاب (البته به جز خود شمارنده) نیست و حاوی عناصر قابل برنامه ریزی (میکروکنترلر) نیست 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. مثل این نسخه کلاسیک. 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. سریع ترین راه برای یافتن یک چوک مناسب، سوختگی است لامپ کم مصرف. چنین خفه کننده ای در مدار 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 تنها یک پالس جریان را به بلندگو می گذراند. صدای کلیک می شنویم.

در مورد من، دو به عنوان منبع تغذیه استفاده می شود باطری های قابل شارژاز تلفن های قدیمی (دو، از آن زمان تغذیه لازمباید بیش از 5.5 ولت باشد تا مدار به دلیل پایه عنصر اعمال شده شروع شود).

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 قابل قبولتا 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

فهرست عناصر رادیویی

شمارشگر گایگر (Geiger-Muller) یک دستگاه تخلیه گاز برای شمارش خودکار تعداد ذرات یونیزه کننده وارد شده به آن است. این یک خازن پر از گاز است که وقتی یک ذره یونیزه کننده از یک حجم گاز عبور می کند، می شکند. شمارنده در سال 1908 توسط هانس گایگر اختراع شد و توسط مولر بهبود یافت. رایج ترین آشکارساز (حسگر) پرتوهای یونیزان است. تا به حال، آن که در همان آغاز قرن گذشته برای نیازهای فیزیک هسته ای نوپای اختراع شده بود، به اندازه کافی عجیب، هیچ جایگزین کاملی نداشته است.

یک مدار الکترونیکی اضافی برق کنتور (معمولاً حداقل 300 ولت) را تأمین می کند، در صورت لزوم لغو تخلیه را فراهم می کند و تعداد تخلیه ها را از طریق کنتور شمارش می کند.

شمارنده های گایگر به دو دسته غیرخود خاموش کننده و خود خاموش شونده (بدون نیاز به مدار پایان تخلیه خارجی) تقسیم می شوند.

حساسیت کنتور با ترکیب گاز، حجم آن و همچنین مواد و ضخامت دیواره های آن تعیین می شود.

اغلب، متر در دستگاه هایی با ولتاژ کاری حدود 400 ولت استفاده می شود، مانند:

1. "SBM-20" (در اندازه کمی ضخیم تر از یک مداد).

2. "SBM-21" (هر دو با بدنه فولادی، مناسب برای اندازه گیری تابش بتا و گاما).

3. "SI-8B" (با پنجره میکا در بدنه، مناسب برای اندازه گیری تابش بتا).

یک شمارنده استوانه ای گایگر مولر از یک لوله فلزی یا یک لوله شیشه ای متالیز شده از داخل و یک نخ فلزی نازک در امتداد محور استوانه تشکیل شده است. نخ به عنوان آند و لوله به عنوان کاتد عمل می کند. لوله با گاز کمیاب پر شده است، در بیشتر موارد از گازهای نجیب - آرگون و نئون استفاده می شود. ولتاژی در حدود 400 ولت بین کاتد و آند ایجاد می شود.

شمارنده بر اساس یونیزاسیون ضربه کار می کند. کوانتای گاما که توسط یک ایزوتوپ رادیواکتیو ساطع می شود و به دیواره های شمارنده برخورد می کند، الکترون ها را از آن خارج می کند. الکترون‌هایی که در گاز حرکت می‌کنند و با اتم‌های گاز برخورد می‌کنند، الکترون‌ها را از اتم‌ها خارج می‌کنند و یون‌های مثبت و الکترون‌های آزاد ایجاد می‌کنند. میدان الکتریکی بین 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 و جریان از طریق شمارنده به شدت افزایش می یابد. در این حالت، یک پالس ولتاژ در سراسر مقاومت تشکیل می شود که به دستگاه ضبط تغذیه می شود. برای اینکه شمارنده ذره بعدی را که به آن برخورد می کند ثبت کند، تخلیه بهمن باید خاموش شود. این به طور خودکار اتفاق می افتد. در لحظه ای که پالس جریان ظاهر می شود، افت ولتاژ زیادی در مقاومت رخ می دهد، بنابراین ولتاژ بین آند و کاتد به شدت کاهش می یابد - تا آنجا که تخلیه متوقف می شود و متر دوباره برای استفاده آماده می شود.

یکی از ویژگی های مهم کنتور کارایی آن است. همه فوتون‌های گاما که به شمارنده برخورد می‌کنند، الکترون‌های ثانویه نمی‌دهند و ثبت می‌شوند، زیرا اعمال برهمکنش پرتوهای گاما با ماده نسبتاً نادر است و برخی از الکترون‌های ثانویه بدون رسیدن به حجم گاز در دیواره‌های دستگاه جذب می‌شوند.

کارایی شمارنده به ضخامت دیواره های شمارنده، مواد آنها و انرژی تابش گاما بستگی دارد. کارآمدترین آنها شمارنده‌هایی هستند که دیواره‌های آن‌ها از ماده‌ای با عدد اتمی Z بالا ساخته شده‌اند، زیرا این امر تشکیل الکترون‌های ثانویه را افزایش می‌دهد.

توجه داشته باشید. عدد اتمی، Z Ї عدد اتمی است عنصر شیمیایی V جدول تناوبیعناصر توسط D.I. Mendeleev. عدد اتمی برابر با تعداد پروتون های هسته اتم است که به نوبه خود برابر با تعداد الکترون های لایه الکترونی اتم خنثی مربوطه است. بار هسته برابر با Ze است که e یک بار الکتریکی ابتدایی مثبت است که از نظر مقدار مطلق برابر با بار الکترون است.

علاوه بر این، دیواره های متر باید به اندازه کافی ضخیم باشند. ضخامت دیواره شمارنده از شرایطی انتخاب می شود که با میانگین مسیر آزاد الکترون های ثانویه در مواد دیوار برابر باشد. اگر ضخامت دیواره زیاد باشد، الکترون‌های ثانویه به حجم کار شمارنده نمی‌روند و یک پالس جریان ایجاد نمی‌شود. SG دارای اشکالاتی است که با واکنش چنین وسیله ای نمی توان در مورد علت اصلی تحریک آن قضاوت کرد. پالس های خروجی تولید شده توسط SG تحت تأثیر ذرات آلفا، الکترون ها و کوانتوم های گاما تفاوتی ندارند.

بیایید برخی از داده های گذرنامه را با استفاده از متر 20 SBM به عنوان مثال ارائه دهیم.

· ولتاژ کاری نامی 400 ولت.

· طول فلات مشخصه شمارش Ї کمتر از 100 ولت نباشد.

· تغییر در حساسیت شمارنده در طول کل منبع تجاوز نمی کند.

· پس زمینه خود Ї بیش از 1 پالس در ثانیه.

· دامنه پالس Ї کمتر از 50 ولت نیست.

· محدوده توان های ثبت شده Ї (0.001…10) میکرور در ثانیه.

· حساسیت به تشعشع Ї 460 پالس در ثانیه.

برنج. 1.1 Ї وابستگی سرعت شمارش به ولتاژ تغذیه

برنج. 1.2 Ї وابستگی نرخ شمارش به سطح تشعشع