نمای ذرات در شمارنده گایگر. روشها و ابزارهای فنی برای ثبت تشعشعات

شمارشگر گایگر

شمارنده گایگر SI-8B (اتحادیه شوروی) با پنجره میکا برای اندازه گیری تابش β نرم. پنجره شفاف است، در زیر آن می توانید یک الکترود سیم مارپیچ را ببینید، الکترود دیگر بدنه دستگاه است.

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

شمارشگرهای گایگر به دو دسته غیر خود خاموش شونده 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.

توجه داشته باشید

لازم به ذکر است که به دلایل تاریخی، بین نسخه روسی و انگلیسی این و اصطلاحات بعدی اختلاف وجود دارد:

همچنین ببینید

• شمارنده عروق کرونر
• http://www.u-tube.ru/pages/video/38781 اصل عملیات

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید که "شمارگر گایگر" در فرهنگ های دیگر چیست:

شمارنده گایگر مولر- Geigerio ir Miulerio skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. شمارنده گایگر مولر; لوله شمارنده گایگر مولر vok. گایگر مولر Zählrohr، n; GM Zählrohr، n rus. شمارنده گایگر مولر، m pranc. compteur de Geiger Müller, m; لوله … Fizikos terminų žodynas

بیت شمارنده گایگر-مولر- - موضوعات صنعت نفت و گاز EN تجزیه و تحلیل ارتفاع پالس الکترونیکی ... راهنمای مترجم فنی

- ... ویکیپدیا

- (شمارگر گایگر-مولر)، آشکارساز تخلیه گاز که با عبور بار از حجم آن فعال می شود. h c. بزرگی سیگنال (پالس فعلی) به انرژی hc بستگی ندارد (دستگاه در حالت خود تخلیه عمل می کند). جی اس. در سال 1908 در آلمان اختراع شد... دایره المعارف فیزیکی

دستگاه تخلیه گاز برای تشخیص تشعشعات یونیزان (ذرات a – و b، کوانتای g، کوانتای نور و اشعه ایکس، ذرات پرتو کیهانی و غیره). شمارنده گایگر مولر یک لوله شیشه ای با مهر و موم شده است ... دایره المعارف فناوری

شمارشگر گایگر- شمارشگر گایگر شمارشگر گایگر، آشکارساز ذرات تخلیه گاز. هنگامی که یک ذره یا گرم کوانتوم وارد حجم خود می شود، تحریک می شود. در سال 1908 توسط فیزیکدان آلمانی H.Geiger اختراع شد و توسط وی به همراه فیزیکدان آلمانی W. Muller بهبود یافت. گایگر...... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

شمارشگر گایگر، آشکارساز ذرات تخلیه گاز. هنگامی که یک ذره یا گرم کوانتوم وارد حجم خود می شود، تحریک می شود. در سال 1908 توسط فیزیکدان آلمانی H.Geiger اختراع شد و توسط او به همراه فیزیکدان آلمانی W. Muller بهبود یافت. شمارنده گایگر اعمال شد... ... دایره المعارف مدرن

دستگاه تخلیه گاز برای تشخیص و تحقیق انواع مختلفرادیواکتیو و سایر تشعشعات یونیزان: ذرات α و β، پرتوهای γ، کوانتوم های نور و اشعه ایکس، ذرات پر انرژی در پرتوهای کیهانی (به پرتوهای کیهانی مراجعه کنید) و ... دایره المعارف بزرگ شوروی

- [به نام آلمانی. فیزیکدانان H. Geiger (H. Geiger; 1882 1945) و W. Muller (W. Muller; 1905 79)] آشکارساز تخلیه گاز پرتوهای رادیواکتیو و سایر تشعشعات یونیزان (ذرات a و بتا، کوانتوم ها، کوانتوم های نور و اشعه ایکس، ذرات کیهانی... فرهنگ لغت بزرگ دایره المعارفی پلی تکنیک

شمارنده وسیله ای برای شمارش چیزی است. شمارنده (الکترونیک) وسیله ای برای شمارش تعداد رخدادهای متعاقب هم (مثلاً پالس ها) با استفاده از جمع پیوسته یا برای تعیین میزان تجمع ... ... ویکی پدیا

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 آن، شمارنده های متعددی ایجاد کرد که ذرات یونیزه کننده را ثبت می کردند. این دستگاه ها برای تحقیقات بیشتر در مورد تشعشعات مورد نیاز بودند. فیزیک، که علم آزمایش است، بدون اندازه گیری ساختارها نمی تواند وجود داشته باشد. تنها چند تشعشع کشف شد: γ، β، α. وظیفه گایگر اندازه گیری انواع تشعشعات با ابزارهای حساس بود.

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

کمی در مورد تشعشعات یونیزان

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

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

• γ - فوتون؛
• α - هسته اتم هلیوم؛
• 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، تشعشعات به مدت چند روز ساطع می شود.

طراحی و اصل عملکرد یک شمارنده گایگر

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. اندیکاتور تا زمانی که در وضعیت خود باشد در این حالت باقی خواهد ماند محیط گازیک مرکز یونیزاسیون ظاهر نمی شود. یک منهای از منبع برق به لوله وصل شده است، و یک مثبت به سیم متصل می شود که از طریق یک مقاومت سطح بالا هدایت می شود. ما در مورد منبع ثابت ده ها صد ولت صحبت می کنیم.

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

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

انواع شمارنده های گایگر

بر اساس طراحی، شمارنده های گایگر در دو نوع هستند: تخت و کلاسیک.

کلاسیک

ساخته شده از فلز نازک راه راه. به دلیل موج دار شدن، لوله سفت و مقاوم می شود نفوذ خارجی، که از تغییر شکل آن جلوگیری می کند. انتهای لوله مجهز به عایق های شیشه ای یا پلاستیکی است که حاوی درپوش هایی برای خروجی دستگاه ها می باشد.

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

تخت

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

پارامترهای شمارنده گایگر و حالت های عملیاتی

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

شما همچنین باید به پارامترهای زیر توجه کنید:

محل کار، قسمت پنجره ورودی

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

ولتاژ بهره برداری

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

عرض کار

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

شیب

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

درجه حرارت

دما مهم است زیرا اغلب از متر استفاده می شود شرایط دشوار. مثلا در راکتورها. مترهای کاربری عمومی: -50 تا +70 سانتیگراد.

منبع کار

منبع مشخص شده است تعداد کلتمام پالس‌ها تا لحظه‌ای که خوانش‌های ابزار نادرست می‌شوند ثبت می‌شوند. اگر دستگاه حاوی مواد آلی برای خود خاموش شدن باشد، تعداد پالس ها یک میلیارد خواهد بود. محاسبه منبع فقط در حالت ولتاژ کاری مناسب است. هنگام ذخیره سازی دستگاه، سرعت جریان متوقف می شود.

زمان بهبودی

این مدت 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، تولید کنندگان صفحه نمایش لید را نصب می کنند.

آیا پیشخوان دارای پس زمینه است؟

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

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

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

دستگاه مورد استفاده:

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

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

آیا می توان با دستان خود یک شمارنده گایگر ساخت؟

ساختن خود متر 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 خودآموخته با استعداد یاد گرفته اند که جایگزینی برای شمارنده بسازند که قادر به اندازه گیری اشعه گاما و بتا با استفاده از آن است. لامپ فلورسنتو لامپ های رشته ای آنها همچنین از ترانسفورماتورهای تجهیزات شکسته، لوله گایگر، تایمر، خازن، بردهای مختلف و مقاومت استفاده می کنند.

نتیجه

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

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

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

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

نحوه کار شمارنده های گایگر

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

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

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

قابلیت های شمارنده گایگر، حساسیت، تابش ثبت شده

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

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

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

به خصوص برای اندازه گیری این پارامتر در مشخصات فنیمقدار «حساسیت شمارنده میکروثانیه imp» (پالس در میکروثانیه) نشان داده شده است. هر چه این تکانه ها بیشتر باشد، حساسیت بیشتر می شود.

اندازه گیری تابش با شمارنده گایگر، مدار دزیمتر

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

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

سیورت محبوب ترین واحد اندازه گیری تابش است. همه هنجارها به آن مربوط می شوند. rem واحدی برای تعیین اثر تشعشع بر اجسام بیولوژیکی است.

مقایسه شمارشگر گایگر تخلیه گاز با سنسور تشعشع نیمه هادی

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

اندازه گیری تابش آلفا، بتا و گاما

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

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

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

دزیمتر شخصی با شمارنده گایگر

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

یک جهت امیدوارکننده، اتصال دزیمتر خانگی به تلفن هوشمند است. چنین دستگاه هایی توسط سازندگان خارجی تولید می شوند. آنها دارای قابلیت های فنی غنی هستند. تاکنون به دلیل حجم کم تولید، قیمت تمام شده این دستگاه ها بسیار بالا بوده است.

دزیمترهای خانگی، چرا به آنها نیاز است؟

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

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

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

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

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

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

شمارنده گایگر مولر

D برای تعیین سطح تابش، از دستگاه خاصی استفاده می شود -. و برای چنین وسایل خانگی و اکثر دستگاه های حرفه ای مانیتورینگ تشعشع از عنصر حسگر استفاده می شود شمارشگر گایگر . این قسمت از رادیومتر به شما امکان می دهد تا سطح تابش را به طور دقیق تعیین کنید.

تاریخچه شمارنده گایگر

که در اولین دستگاه، وسیله ای برای تعیین میزان پوسیدگی مواد رادیواکتیو، در سال 1908 متولد شد و توسط آلمانی ها اختراع شد. هانس گایگر فیزیکدان . بیست سال بعد، همراه با یک فیزیکدان دیگر والتر مولر این دستگاه بهبود یافت و به افتخار این دو دانشمند نامگذاری شد.

که در در دوره توسعه و شکل گیری فیزیک هسته ای در اتحاد جماهیر شوروی سابق، دستگاه های مربوطه نیز ایجاد شد که به طور گسترده در نیروهای مسلح استفاده می شد. نیروگاه های هسته ای، و در گروه های ویژه کنترل تشعشعات دفاع غیرنظامی. با شروع دهه هفتاد قرن گذشته، چنین دزیمترها شامل شمارنده ای بر اساس اصول گایگر بود، یعنی SBM-20 . این شمارنده دقیقا مانند آنالوگ دیگر خود است STS-5 ، تا به امروز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین بخشی از وسایل مدرننظارت بر تشعشع .

عکس. 1. شمارنده تخلیه گاز STS-5.

شکل 2. متر تخلیه گاز SBM-20.

اصل عملیات شمارنده گایگر-مولر

و ایده ثبت ذرات رادیواکتیو ارائه شده توسط گایگر نسبتا ساده است. این بر اساس اصل ظهور تکانه های الکتریکی در یک محیط گاز بی اثر تحت تأثیر یک ذره رادیواکتیو بسیار باردار یا کوانتومی از نوسانات الکترومغناطیسی است. برای پرداختن به جزئیات بیشتر در مورد مکانیسم عملکرد شمارنده، اجازه دهید کمی به طراحی آن و فرآیندهایی که در آن هنگام عبور یک ذره رادیواکتیو از عنصر حساس دستگاه رخ می دهد، بپردازیم.

آر دستگاه ضبط یک سیلندر یا ظرف مهر و موم شده است که با گاز بی اثر پر شده است، می تواند نئون، آرگون و غیره باشد. چنین ظرفی می تواند از فلز یا شیشه ساخته شود، و گاز موجود در آن تحت فشار کم است، این به طور خاص برای ساده کردن فرآیند ثبت یک ذره باردار انجام می شود. در داخل ظرف دو الکترود (کاتد و آند) وجود دارد که ولتاژ بالا به آنها اعمال می شود. جریان مستقیماز طریق یک مقاومت بار ویژه.

شکل 3. دستگاه و نمودار مدار برای روشن کردن شمارنده گایگر.

پ هنگامی که شمارنده در یک محیط گاز بی اثر فعال می شود، به دلیل مقاومت بالای محیط، هیچ تخلیه ای روی الکترودها ایجاد نمی شود، اما اگر یک ذره رادیواکتیو یا کوانتومی از نوسانات الکترومغناطیسی وارد محفظه عنصر حساس شود، وضعیت تغییر می کند. دستگاه در این حالت، ذره‌ای که باری با انرژی کافی دارد، تعداد معینی الکترون را از محیط بی‌واسطه خارج می‌کند، یعنی. از عناصر محفظه یا از نظر فیزیکی خود الکترودها. چنین الکترون هایی، زمانی که در یک محیط گاز بی اثر قرار می گیرند، تحت تأثیر ولتاژ بالا بین کاتد و آند، شروع به حرکت به سمت آند می کنند و مولکول های این گاز را در طول مسیر یونیزه می کنند. در نتیجه، الکترون‌های ثانویه را از مولکول‌های گاز حذف می‌کنند و این فرآیند در مقیاس هندسی رشد می‌کند تا زمانی که شکست بین الکترودها رخ دهد. در حالت دشارژ مدار برای مدت زمان بسیار کوتاهی بسته می شود و این باعث جهش جریان در مقاومت بار می شود و همین جهش است که امکان ثبت عبور یک ذره یا کوانتوم از محفظه ضبط را فراهم می کند.

تی این مکانیسم ثبت یک ذره را ممکن می سازد، اما در محیطی که تشعشعات یونیزان کاملاً شدید است، بازگشت سریع محفظه ثبت به موقعیت اولیه، تا بتوانیم تعیین کنیم ذرات رادیواکتیو جدید . این امر به دو روش مختلف به دست می آید. اولین مورد این است که برای مدت کوتاهی ولتاژ را به الکترودها متوقف کنید، در این حالت، یونیزاسیون گاز بی اثر به طور ناگهانی متوقف می شود و روشن کردن مجدد محفظه آزمایش به شما امکان می دهد از همان ابتدا ضبط را شروع کنید. این نوع شمارنده نامیده می شود دزیمترهای غیر خود خاموش شونده . نوع دوم دستگاه، یعنی دزیمترهای خود خاموش شونده، اصل عملکرد آنها افزودن مواد افزودنی خاص بر اساس عناصر مختلف، به عنوان مثال، برم، ید، کلر یا الکل به محیط گاز بی اثر است. در این صورت وجود آنها به طور خودکار منجر به خاتمه ترشح می شود. با این ساختار محفظه آزمایش، گاهی از مقاومت های چند ده مگا اهم به عنوان یک مقاومت بار استفاده می شود. این امر باعث می شود تا اختلاف پتانسیل در انتهای کاتد و آند در حین تخلیه به شدت کاهش یابد، که فرآیند هدایت جریان را متوقف می کند و محفظه به حالت اولیه خود باز می گردد. شایان ذکر است که ولتاژ روی الکترودهای کمتر از 300 ولت به طور خودکار حفظ تخلیه را متوقف می کند.

مکانیسم کامل توصیف شده امکان ثبت تعداد زیادی ذرات رادیواکتیو را در مدت زمان کوتاهی فراهم می کند.

انواع تشعشعات رادیواکتیو

اچ برای درک اینکه دقیقا چه چیزی در حال ثبت است شمارنده های گایگر-مولر ، ارزش این را دارد که در مورد انواع آن صحبت کنیم. لازم به ذکر است که مترهای تخلیه گاز که بخشی از اکثریت هستند دزیمترهای مدرن، فقط قادر به ثبت تعداد ذرات باردار رادیواکتیو یا کوانتوم هستند، اما نمی توانند ویژگی های انرژی یا نوع تابش آنها را تعیین کنند. برای این منظور، دزیمترها چند منظوره تر ساخته می شوند و برای مقایسه صحیح آنها باید قابلیت های آنها با دقت بیشتری درک شود.

پ در مورد مفاهیم مدرن فیزیک هسته ای تابش - تشعشعرا می توان به دو نوع تقسیم کرد، اولی در شکل میدان الکترومغناطیسی ، دوم در فرم جریان ذرات (تابش جسمی). نوع اول شامل شار ذرات گاما یا تابش اشعه ایکس . ویژگی اصلی آنها توانایی انتشار به شکل موج در فواصل بسیار طولانی است، در حالی که آنها به راحتی از اجسام مختلف عبور می کنند و به راحتی می توانند در طیف گسترده ای از مواد نفوذ کنند. به عنوان مثال، اگر شخصی نیاز به پنهان شدن از جریان پرتوهای گاما داشته باشد، به دلیل انفجار هسته ای، سپس با پناه بردن به زیرزمین خانه یا پناهگاه بمب به شرط هواگیری نسبتاً تنها تا 50 درصد از خود در برابر این نوع تشعشعات محافظت می کند.

شکل 4. کوانتوم های پرتو ایکس و گاما.

تی این نوع تابش در طبیعت پالسی است و با انتشار در آن مشخص می شود محیطبه شکل فوتون یا کوانتوم، یعنی. انفجارهای کوتاه تابش الکترومغناطیسی چنین تشعشعی می تواند ویژگی های انرژی و فرکانس متفاوتی داشته باشد، برای مثال، تابش اشعه ایکس هزاران بار کمتر از پرتوهای گاما دارد. از همین رو پرتوهای گاما به طور قابل توجهی خطرناک تر هستند برای بدن انسان و تاثیر آنها بسیار مخرب تر است.

و تشعشع بر اساس اصل کورپوسکولار ذرات آلفا و بتا (جسم) است. آنها در نتیجه یک واکنش هسته ای به وجود می آیند که در آن برخی ایزوتوپ های رادیواکتیو به برخی دیگر تبدیل می شوند و مقدار عظیمی انرژی آزاد می کنند. در این مورد، ذرات بتا جریانی از الکترون ها را نشان می دهند و ذرات آلفا به طور قابل توجهی تشکیلات بزرگتر و پایدارتری هستند که از دو نوترون و دو پروتون متصل به یکدیگر تشکیل شده اند. در واقع هسته اتم هلیوم دارای این ساختار است، بنابراین می توان ادعا کرد که جریان ذرات آلفا جریانی از هسته های هلیوم است.

طبقه بندی زیر پذیرفته شده است ذرات آلفا کمترین قابلیت نفوذ را دارند تا از خود در برابر آنها محافظت کنند، ذرات بتا توانایی نفوذ بیشتری دارند محافظ فلزی با ضخامت چند میلی متر (به عنوان مثال، ورق آلومینیوم). عملاً هیچ حفاظتی در برابر کوانتاهای گاما وجود ندارد و آنها در فواصل قابل توجهی منتشر می شوند و با دور شدن از مرکز یا منبع زمین لرزه محو می شوند و از قوانین انتشار امواج الکترومغناطیسی پیروی می کنند.

شکل 5. ذرات رادیواکتیو از نوع آلفا و بتا.

به مقدار انرژی که هر سه نوع تابش دارند نیز متفاوت است و شار ذرات آلفا بیشترین آنها را دارد. مثلا، انرژی ذرات آلفا هفت هزار برابر بیشتر از انرژی ذرات بتا است ، یعنی قدرت نفوذ انواع مختلفتابش با توانایی نفوذ آنها نسبت معکوس دارد.

D برای بدن انسان خطرناک ترین نوع تشعشعات رادیواکتیو در نظر گرفته می شود کوانتوم گاما ، به دلیل قدرت نفوذ بالا و سپس به ترتیب کاهش ذرات بتا و ذرات آلفا. بنابراین، تعیین ذرات آلفا بسیار دشوار است، حتی اگر تشخیص آن با یک شمارنده معمولی غیرممکن باشد گایگر مولر، از آنجایی که برای آنها تقریباً هر جسمی مانع است، نه شیشه یا ظرف فلزی. تشخیص ذرات بتا با چنین شمارنده ای امکان پذیر است، اما تنها در صورتی که انرژی آنها برای عبور از مواد ظرف شمارنده کافی باشد.

برای ذرات بتای کم انرژی، شمارنده معمولی گایگر-مولر بی اثر است.

در باره وضعیت مشابه تشعشعات گاما است. برای این کار یک صفحه نمایش مخصوص (از فولاد متراکم یا سرب) در شمارنده ها تعبیه شده است که باعث کاهش انرژی پرتوهای گاما و در نتیجه فعال شدن تخلیه در محفظه شمارنده می شود.

ویژگی های اساسی و تفاوت های شمارنده های گایگر-مولر

با همچنین ارزش برجسته کردن برخی از آنها را دارد ویژگی های اساسیو تفاوت بین دزیمترهای مختلف مجهز شده است شمارنده های تخلیه گاز گایگر مولر. برای انجام این کار، باید برخی از آنها را با هم مقایسه کنید.

رایج ترین شمارنده های گایگر-مولر مجهز به استوانه اییا سنسورهای انتهایی. استوانه ای شبیه به یک استوانه مستطیلی به شکل لوله با شعاع کوچک است. محفظه یونیزاسیون انتهایی شکلی گرد یا مستطیلی دارد اندازه های کوچک، اما با سطح کار انتهایی قابل توجهی. گاهی اوقات انواع اتاق های انتهایی با یک لوله استوانه ای دراز با یک پنجره ورودی کوچک در سمت انتهایی وجود دارد. پیکربندی های مختلف شمارنده ها، یعنی خود دوربین ها، قادر به ثبت هستند انواع متفاوتتابش، یا ترکیبی از آنها (به عنوان مثال، ترکیبی از پرتوهای گاما و بتا، یا کل طیف آلفا، بتا و گاما). این به لطف طراحی ویژه محفظه متر و همچنین موادی که از آن ساخته شده است امکان پذیر می شود.

E یکی دیگر از اجزای مهم برای استفاده در نظر گرفته شده از متر است ناحیه عنصر حسگر ورودی و منطقه کار . به عبارت دیگر، این بخشی است که از طریق آن ذرات رادیواکتیو مورد علاقه ما وارد شده و ثبت می شوند. هر چه این منطقه بزرگتر باشد، شمارنده بیشترقادر به گرفتن ذرات خواهد بود و حساسیت آن به تشعشع قوی تر خواهد بود. اطلاعات گذرنامه مساحت سطح کار را معمولاً در سانتی متر مربع نشان می دهد.

E شاخص مهم دیگری که در مشخصات دزیمتر نشان داده شده است بزرگی نویز (برحسب پالس در ثانیه اندازه گیری می شود). به عبارت دیگر، این شاخص را می توان ارزش پیشینه خود نامید. می توان آن را در محیط آزمایشگاهی با قرار دادن دستگاه در یک اتاق یا محفظه کاملاً محافظت شده، معمولاً با دیواره های سربی ضخیم و ثبت سطح تشعشعاتی که خود دستگاه ساطع می کند، تعیین کرد. واضح است که اگر چنین سطحی به اندازه کافی قابل توجه باشد، این صداهای القا شده مستقیماً بر خطاهای اندازه گیری تأثیر می گذارد.

هر حرفه ای و تشعشع دارای ویژگی هایی مانند حساسیت به تشعشع است که همچنین بر حسب پالس در ثانیه (Imp/s) یا بر حسب پالس در میکرو رونتژن (imp/μR) اندازه گیری می شود. این پارامتر، یا بهتر است بگوییم استفاده از آن، مستقیماً به منبع تشعشعات یونیزان که شمارنده روی آن تنظیم می شود و اندازه گیری های بعدی در برابر آن انجام می شود، بستگی دارد. اغلب، تنظیم با استفاده از منابعی انجام می شود که شامل مواد رادیواکتیو مانند رادیوم - 226، کبالت - 60، سزیم - 137، کربن - 14 و دیگران است.

E شاخص دیگری که ارزش مقایسه دزیمترها را دارد این است کارایی تشخیص تشعشع یونی یا ذرات رادیواکتیو وجود این معیار به این دلیل است که تمامی ذرات رادیواکتیو عبوری از عنصر حساس دزیمتر ثبت نمی شوند. این می تواند در شرایطی اتفاق بیفتد که کوانتوم تابش گاما باعث یونیزاسیون در محفظه شمارنده نشده باشد یا تعداد ذرات عبور داده شده و باعث یونیزاسیون و تخلیه آنقدر زیاد باشد که دستگاه به اندازه کافی آنها را شمارش نکند و به دلایل دیگر. . برای تعیین دقیق این ویژگی یک دزیمتر خاص، با استفاده از منابع رادیواکتیو خاص، به عنوان مثال، پلوتونیوم-239 (برای ذرات آلفا)، یا تالیم - 204، استرانسیم - 90، ایتریم - 90 (گسترش کننده بتا)، و همچنین آزمایش می شود. سایر مواد رادیواکتیو

با معیار بعدی که باید روی آن تمرکز کرد این است محدوده انرژی های ثبت شده . هر ذره رادیواکتیو یا کوانتوم تابش دارای ویژگی انرژی متفاوتی است. بنابراین، دزیمترها برای اندازه گیری نه تنها نوع خاصی از تابش، بلکه همچنین ویژگی انرژی متناظر آنها طراحی شده اند. این شاخص بر حسب مگاالکترون ولت یا کیلوالکترون ولت (MeV, KeV) اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، اگر ذرات بتا انرژی کافی نداشته باشند، نمی توانند الکترون را در محفظه شمارنده از بین ببرند و بنابراین شناسایی نخواهند شد، یا فقط ذرات آلفا با انرژی بالا قادر به شکستن مواد خواهند بود. از محفظه شمارنده گایگر-مولر و حذف الکترون.

و بر اساس همه موارد فوق، تولید کنندگان مدرندزیمترهای تشعشع طیف گسترده ای از دستگاه ها را برای اهداف مختلف و صنایع خاص تولید می کنند. بنابراین، ارزش در نظر گرفتن انواع خاصی از شمارنده های گایگر را دارد.

گزینه های مختلفشمارنده های گایگر-مولر

پ اولین نسخه دزیمترها دستگاه هایی هستند که برای ثبت و تشخیص فوتون های گاما و تابش بتای با فرکانس بالا (سخت) طراحی شده اند. تقریباً تمام نمونه‌های تولید شده قبلی و مدرن، هم خانگی، به عنوان مثال: و هم دزیمترهای تابش حرفه‌ای، به عنوان مثال:، برای این محدوده اندازه‌گیری طراحی شده‌اند. چنین تشعشعی انرژی کافی و قدرت نفوذ بالایی دارد تا دوربین شمارنده گایگر بتواند آنها را ثبت کند. چنین ذرات و فوتون هایی به راحتی به دیواره های شمارنده نفوذ کرده و باعث فرآیند یونیزاسیون می شوند و این به راحتی توسط دستگاه مربوطه ثبت می شود. پر کردن الکترونیکیدزیمتر

D شمارنده های محبوب مانند SBM-20 دارا بودن سنسور به شکل لوله بادکنکی استوانه ای با کاتد سیم کواکسیال و آند. علاوه بر این، دیواره های لوله حسگر هم به عنوان کاتد و هم به عنوان محفظه عمل می کنند و از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند. این شمارنده دارای مشخصات زیر است:

• مساحت منطقه کار عنصر حساس 8 سانتی متر مربع است.
• حساسیت تشعشع به تابش گاما حدود 280 پالس در ثانیه یا 70 پالس در μR است (آزمایش برای سزیم - 137 در 4 μR / ثانیه انجام شد).
• پس زمینه خود دزیمتر حدود 1 پالس در ثانیه است.
• این حسگر برای ثبت تشعشعات گاما با انرژی در محدوده 0.05 MeV تا 3 MeV و ذرات بتا با انرژی 0.3 MeV در حد پایین طراحی شده است.

شکل 6. دستگاه شمارنده گایگر SBM-20.

U از این پیشخوانتغییرات مختلفی وجود داشت، به عنوان مثال، SBM-20-1 یا SBM-20U که دارند ویژگی های مشابه، اما در طراحی اساسی عناصر تماس و مدار اندازه گیری متفاوت است. سایر تغییرات این شمارنده گایگر مولر، و اینها SBM-10، SI29BG، SBM-19، SBM-21، SI24BG نیز پارامترهای مشابهی دارند، بسیاری از آنها در دزیمترهای تشعشع خانگی یافت می شوند که امروزه در فروشگاه ها یافت می شوند. .

با گروه بعدی دزیمترهای تشعشع برای ثبت طراحی شده اند فوتون های گاما و اشعه ایکس . اگر در مورد دقت چنین وسایلی صحبت کنیم، باید فهمید که تابش فوتون و گاما کوانتومی از تابش الکترومغناطیسی هستند که با سرعت نور (حدود 300000 کیلومتر بر ثانیه) حرکت می کنند، بنابراین ثبت چنین جسمی کار نسبتاً دشواری به نظر می رسد. وظیفه.

بازده عملیاتی چنین شمارنده های گایگر حدود یک درصد است.

اچ برای افزایش آن، افزایش سطح کاتد مورد نیاز است. در واقع، پرتوهای گاما به لطف الکترون هایی که از بین می برند و متعاقباً در یونیزاسیون گاز بی اثر شرکت می کنند، به طور غیرمستقیم ثبت می شوند. برای ترویج هر چه مؤثرتر این پدیده، مواد و ضخامت دیواره های محفظه پیشخوان و همچنین ابعاد، ضخامت و مواد کاتد به طور ویژه انتخاب شده است. در اینجا، ضخامت و چگالی زیاد مواد می تواند حساسیت محفظه ضبط را کاهش دهد و بسیار کوچک باعث می شود تا اشعه بتا با فرکانس بالا به راحتی وارد محفظه شود و همچنین میزان صدای تشعشع طبیعی دستگاه را افزایش می دهد. دقت تعیین کوانتوم گاما را از بین می برد. به طور طبیعی، نسبت های دقیق توسط تولید کنندگان انتخاب می شود. در واقع بر اساس این اصل دزیمترها بر اساس آن ساخته می شوند شمارنده های گایگر-مولر برای تعیین مستقیم تابش گاما بر روی زمین، در حالی که چنین دستگاهی امکان تعیین هر نوع دیگر از تابش و قرار گرفتن در معرض رادیواکتیو را حذف می کند، که امکان تعیین دقیق آلودگی تشعشع و میزان تأثیر منفی بر روی انسان را تنها با پرتو گاما ممکن می سازد.

که در در دزیمترهای خانگی که مجهز به سنسورهای استوانه ای هستند، انواع زیر نصب می شود: SI22G، SI21G، SI34G، گاما 1-1، گاما - 4، گاما - 5، گاما - 7ts، گاما - 8، گاما - 11 و بسیاری دیگر. . علاوه بر این، در برخی از انواع، یک فیلتر ویژه بر روی پنجره ورودی، انتهایی و حساس نصب می شود که به طور خاص برای قطع ذرات آلفا و بتا عمل می کند و علاوه بر این، ناحیه کاتد را برای تعیین کارآمدتر پرتوهای گاما افزایش می دهد. چنین حسگرهایی عبارتند از Beta - 1M، Beta - 2M، Beta - 5M، Gamma - 6، Beta - 6M و دیگران.

اچ برای درک واضح تر اصل عملکرد آنها، ارزش نگاهی دقیق تر به یکی از این شمارنده ها را دارد. به عنوان مثال، شمارنده انتهایی با سنسور بتا - 2M ، که دارای پنجره کاری گرد در حدود 14 سانتی متر مربع می باشد. در این مورد، حساسیت تابشی به کبالت-60 حدود 240 پالس/μR است. این نوع کنتور دارای صدای خود بسیار کم است ، که بیش از 1 پالس در ثانیه نیست. این امر به دلیل وجود محفظه سربی با دیواره ضخیم امکان پذیر است که به نوبه خود برای ثبت تشعشعات فوتون با انرژی در محدوده 0.05 MeV تا 3 MeV طراحی شده است.

شکل 7. پایان شمارنده گاما Beta-2M.

برای تعیین تابش گاما، استفاده از شمارنده‌هایی برای پالس‌های گاما بتا کاملاً امکان‌پذیر است که برای ثبت ذرات بتا سخت (فرکانس بالا و پرانرژی) و کوانتوم‌های گاما طراحی شده‌اند. به عنوان مثال، مدل SBM - 20. اگر در این مدل دزیمتر می خواهید ثبت ذرات بتا را حذف کنید، برای انجام این کار کافی است یک صفحه نمایش یا یک محافظ از هر نوع دیگری نصب کنید. مواد فلزی(صفحه نمایش سرب موثرتر است). این رایج ترین روشی است که اکثر توسعه دهندگان هنگام ایجاد شمارنده های گاما و اشعه ایکس از آن استفاده می کنند.

ثبت تابش بتا "نرم".

به همانطور که قبلاً اشاره کردیم، ثبت تابش بتای نرم (تابش با ویژگی های انرژی کم و فرکانس نسبتاً کم) کار نسبتاً دشواری است. برای این کار لازم است از امکان نفوذ راحت تر به اتاق ثبت اطمینان حاصل شود. برای این منظور، یک پنجره نازک مخصوص کار معمولاً از میکا یا فیلم پلیمری ساخته می شود که عملاً هیچ مانعی برای نفوذ پرتوهای بتا از این نوع به داخل محفظه یونیزاسیون ایجاد نمی کند. در این حالت خود بدنه حسگر می تواند به عنوان کاتد عمل کند و آند سیستمی از الکترودهای خطی است که به طور مساوی توزیع شده و بر روی عایق ها نصب می شوند. پنجره ثبت نام در نسخه نهایی ساخته شده است و در این حالت فقط یک لایه نازک میکا مانع ذرات بتا می شود. در دزیمترهایی با چنین شمارنده‌هایی، تابش گاما به عنوان یک کاربرد و در واقع به عنوان یک ویژگی اضافی ثبت می‌شود. و اگر می خواهید از ثبت اشعه گاما خلاص شوید، لازم است سطح کاتد را به حداقل برسانید.

شکل 8. دستگاه شمارنده گایگر نصب شده در انتهای آن.

با شایان ذکر است که شمارنده هایی برای تعیین ذرات بتا نرم مدت ها پیش ایجاد شد و در نیمه دوم قرن گذشته با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت. در میان آنها، رایج ترین سنسورهایی مانند SBT10 و SI8B ، که دارای پنجره های میکا کاری با دیواره نازک بود. نسخه مدرن تر این دستگاه بتا-5دارای مساحت پنجره کاری حدود 37 متر مربع در سانتی متر، مستطیلی شکلاز مواد میکا برای چنین اندازه هایی از عنصر حساس، دستگاه می تواند حدود 500 پالس / μR را ثبت کند، اگر با کبالت - 60 اندازه گیری شود. در عین حال، راندمان تشخیص ذرات تا 80 درصد است. سایر شاخص های این دستگاه به شرح زیر است: نویز خود 2.2 پالس در ثانیه، محدوده تشخیص انرژی از 0.05 تا 3 MeV است، در حالی که آستانه پایین برای تعیین تابش بتای نرم 0.1 MeV است.

شکل 9. پایان شمارنده بتا گاما بتا-5.

و طبیعتاً قابل ذکر است شمارنده های گایگر-مولر، قادر به تشخیص ذرات آلفا است. اگر ثبت تابش بتای نرم کار نسبتاً دشواری به نظر می رسد، پس تشخیص ذره آلفا، حتی ذره ای با شاخص های انرژی بالا، کار دشوارتری است. این مشکل تنها با کاهش مناسب ضخامت پنجره کار به ضخامتی که برای عبور یک ذره آلفا به محفظه ضبط حسگر کافی باشد و همچنین با نزدیک کردن تقریباً کامل پنجره ورودی به سنسور قابل حل است. منبع تابش ذرات آلفا این فاصله باید 1 میلی متر باشد. واضح است که چنین دستگاهی به طور خودکار انواع دیگر تشعشعات و با راندمان نسبتاً بالا را تشخیص می دهد. این یک جنبه مثبت و منفی دارد:

مثبت - چنین دستگاهی می تواند برای گسترده ترین طیف تجزیه و تحلیل تشعشعات رادیواکتیو استفاده شود

منفی - به دلیل افزایش حساسیت، مقدار قابل توجهی نویز ایجاد می شود که تجزیه و تحلیل داده های ثبت دریافتی را پیچیده می کند.

به علاوه بر این، یک پنجره بسیار نازک کار میکا، اگرچه قابلیت های پیشخوان را افزایش می دهد، اما به ضرر استحکام مکانیکی و سفتی محفظه یونیزاسیون است، به خصوص که خود پنجره دارای سطح کار نسبتاً بزرگی است. برای مقایسه، در شمارنده های SBT10 و SI8B که در بالا ذکر کردیم، با مساحت پنجره کاری حدود 30 متر مربع بر سانتی متر، ضخامت لایه میکا 13 - 17 میکرومتر و با ضخامت لازم برای ثبت ذرات آلفا است. 4-5 میکرومتر، پنجره ورودیشما فقط نمی توانید بیش از 0.2 متر مربع در سانتی متر بسازید، ما در مورد متر SBT9 صحبت می کنیم.

در باره با این حال، ضخامت بزرگ پنجره کار ثبت را می توان با نزدیکی جسم رادیواکتیو جبران کرد و بالعکس، با ضخامت نسبتاً کوچک پنجره میکا، ثبت یک ذره آلفا در فاصله بیشتر از 1 - امکان پذیر می شود. 2 میلی متر. شایان ذکر است: با ضخامت پنجره تا 15 میکرون، نزدیک شدن به منبع تابش آلفا باید کمتر از 2 میلی متر باشد، در حالی که منبع ذرات آلفا یک ساطع کننده پلوتونیوم-239 با تابش است. انرژی 5 مگا ولت ادامه می دهیم، با ضخامت پنجره ورودی تا 10 میکرون، امکان ثبت ذرات آلفا تا فاصله 13 میلی متر وجود دارد، اگر پنجره میکا تا ضخامت 5 میکرون بسازیم، تابش آلفا در آن ثبت می شود. فاصله 24 میلی متر و غیره پارامتر مهم دیگری که مستقیماً بر توانایی تشخیص ذرات آلفا تأثیر می گذارد، نشانگر انرژی آنها است. اگر انرژی یک ذره آلفا بیش از 5 مگا ولت باشد، فاصله ثبت برای ضخامت پنجره کار از هر نوع به ترتیب افزایش می‌یابد و اگر انرژی کمتر باشد، فاصله باید تا حد امکان کاهش یابد. ثبت تابش آلفای نرم

E نکته مهم دیگری که امکان افزایش حساسیت یک شمارنده آلفا را فراهم می کند، کاهش قابلیت ثبت برای تشعشعات گاما است. برای این کار کافی است ابعاد هندسی کاتد را به حداقل برسانیم و فوتون های گاما بدون ایجاد یونیزاسیون از محفظه ضبط عبور می کنند. این اندازه گیری امکان کاهش تأثیر پرتوهای گاما بر یونیزاسیون را تا هزاران و حتی ده ها هزار بار فراهم می کند. دیگر نمی توان تأثیر تشعشعات بتا بر محفظه ضبط را از بین برد، اما یک راه نسبتاً ساده برای خروج از این وضعیت وجود دارد. ابتدا تشعشعات آلفا و بتا از نوع کل ثبت می شود، سپس فیلتری از آن نصب می شود کاغذ ضخیمو اندازه گیری دوم انجام می شود که فقط ذرات بتا را ثبت می کند. مقدار تابش آلفا در این مورد به عنوان تفاوت بین تابش کل و یک شاخص محاسبه جداگانه برای تابش بتا محاسبه می شود.

مثلا ، ارزش ارائه ویژگی ها را دارد پیشخوان مدرنبتا-1، که به شما امکان می دهد تابش آلفا، بتا، گاما را ثبت کنید. این شاخص ها هستند:

• مساحت منطقه کاری عنصر حساس 7 متر مربع در سانتی متر است.
• ضخامت لایه میکا 12 میکرون است (فاصله تشخیص موثر ذرات آلفا برای پلوتونیوم 239، حدود 9 میلی متر است. برای کبالت - 60، حساسیت تابشی در مرتبه 144 پالس / μR به دست می آید).
• راندمان اندازه گیری تابش برای ذرات آلفا - 20٪ (برای پلوتونیوم - 239)، ذرات بتا - 45٪ (برای تالیوم -204) و گاما کوانتا - 60٪ (برای ترکیب استرانسیوم - 90، ایتریم - 90).
• پس زمینه خود دزیمتر حدود 0.6 پالس در ثانیه است.
• این سنسور برای ثبت تشعشعات گاما با انرژی در محدوده 0.05 MeV تا 3 MeV و ذرات بتا با انرژی بیش از 0.1 MeV در حد پایین و ذرات آلفا با انرژی 5 MeV یا بیشتر طراحی شده است.

شکل 10. شمارنده آلفا-بتا-گاما بتا-1 نصب شده انتهایی.

به البته طیف نسبتاً وسیعی از کنتورها نیز وجود دارد که برای استفاده خاص و حرفه ای تر در نظر گرفته شده است. چنین دستگاه هایی دارای شماره هستند تنظیمات اضافیو آپشن ها (برق، مکانیک، رادیومتریک، آب و هوا و ...) که شامل بسیاری از اصطلاحات و قابلیت های خاص می باشد. با این حال، ما روی آنها تمرکز نخواهیم کرد. پس از همه، برای درک اصول اساسیاقدامات شمارنده های گایگر-مولر ، مدل هایی که در بالا توضیح داده شد کاملاً کافی هستند.

که در همچنین لازم به ذکر است که زیر کلاس های خاصی وجود دارد گایگر شمارنده می کند ، که به طور ویژه برای تعیین طراحی شده اند انواع مختلفتشعشعات دیگر مثلا برای تعیین مقدار اشعه ماوراء بنفش، برای ثبت و تعیین نوترون های آهسته که بر اساس اصل تخلیه تاج عمل می کنند و گزینه های دیگری که مستقیماً به این موضوع مرتبط نیستند و در نظر گرفته نمی شوند.

شمارشگر گایگر- یک دستگاه تخلیه گاز برای شمارش تعداد ذرات یونیزه کننده عبوری از آن. این خازن پر از گاز است که با ظاهر شدن یک ذره یونیزه کننده در حجم گاز می شکند. شمارشگرهای گایگر آشکارسازهای (حسگرها) پرتوهای یونیزان بسیار محبوب هستند. تا به حال، که در همان ابتدای قرن ما برای نیازهای فیزیک هسته ای نوپای اختراع شده است، به اندازه کافی عجیب، هیچ جایگزین کاملی وجود ندارد.

طراحی یک شمارنده گایگر بسیار ساده است. مخلوط گازی متشکل از نئون و آرگون که به راحتی یونیزه می شوند به یک ظرف مهر و موم شده با دو الکترود وارد می شود. مواد سیلندر می تواند متفاوت باشد - شیشه، فلز و غیره.

به طور معمول، شمارنده ها تشعشع را در کل سطح خود درک می کنند، اما مواردی نیز وجود دارند که برای این منظور "پنجره" ویژه ای در سیلندر دارند. استفاده گسترده از شمارنده گایگر مولر با حساسیت بالا، توانایی تشخیص تشعشعات مختلف، سادگی نسبی و هزینه کم نصب توضیح داده شده است.

نمودار اتصال شمارنده گایگر

یک U ولتاژ بالا به الکترودها اعمال می شود (شکل را ببینید) که به خودی خود باعث ایجاد پدیده تخلیه نمی شود. 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 ذره ای یونیزه کننده که از خارج می رسد ایجاد می شود. الکترون های اولیه که در میدان الکتریکی شتاب می گیرند، مولکول های دیگر محیط گازی را «در طول مسیر» یونیزه می کنند و الکترون ها و یون های جدید بیشتری تولید می کنند. این فرآیند که مانند بهمن در حال توسعه است، با تشکیل یک ابر الکترونی یونی در فضای بین الکترودها به پایان می رسد و رسانایی آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. تخلیه در محیط گاز کنتور، قابل مشاهده (در صورت شفاف بودن ظرف) حتی با چشم غیر مسلح رخ می دهد.

فرآیند معکوس - بازگرداندن محیط گاز به حالت اولیه در به اصطلاح هالوژن متر - به خودی خود اتفاق می افتد. هالوژن ها (معمولاً کلر یا برم)، که در مقادیر کم در محیط گاز وجود دارند، وارد بازی شده و به نوترکیبی بار شدید کمک می کنند. اما این روند بسیار کند است. زمان مورد نیاز برای بازگرداندن حساسیت تابشی یک شمارنده گایگر و آنچه در واقع عملکرد آن را تعیین می کند - زمان "مرده" - ویژگی اصلی پاسپورت آن است.

چنین کنتورهایی به عنوان کنتورهای خود خاموش کننده هالوژن تعیین می شوند. دارای ولتاژ تغذیه بسیار پایین، پارامترهای خوبسیگنال خروجی و سرعت کافی بالا، مشخص شد که آنها به عنوان سنسورهای پرتو یونیزان در دستگاه های نظارت بر تشعشع خانگی مورد تقاضا هستند.

شمارشگرهای گایگر بیشترین توانایی را دارند انواع متفاوتتابش یونیزان - a، b، g، فرابنفش، اشعه ایکس، نوترون. اما حساسیت طیفی واقعی متر بسیار به طراحی آن بستگی دارد. بنابراین، پنجره ورودی یک شمارنده حساس به تابش a- و نرم b باید کاملاً نازک باشد. برای این منظور معمولا از میکا با ضخامت 3...10 میکرون استفاده می شود. استوانه شمارنده که به تابش سخت b- و g 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 بریلیوم و پنجره شمارنده اشعه ماوراء بنفش از شیشه کوارتز ساخته شده است.

وابستگی سرعت شمارش به ولتاژ تغذیه در شمارنده گایگر

بور به شمارشگر نوترون وارد می شود، پس از برهمکنش شار نوترون به ذرات a- که به راحتی ثبت می شوند، تبدیل می شود. تابش فوتون - فرابنفش، اشعه ایکس، تابش g - 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 شناسایی می شود در مدار خروجی خود شکل می گیرد نبض کوتاه. تعداد پالس هایی که در واحد زمان ظاهر می شوند - نرخ شمارش شمارنده گایگر - به سطح تابش یونیزان و ولتاژ روی الکترودهای آن بستگی دارد. نمودار استاندارد نرخ شمارش در مقابل ولتاژ تغذیه Upit در شکل بالا نشان داده شده است. در اینجا Uns ولتاژ شروع شمارش است. Ung و Uvg مرزهای پایین و بالایی بخش کاری هستند که اصطلاحاً فلات نامیده می شود که در آن سرعت شمارش تقریباً مستقل از ولتاژ منبع تغذیه است. ولتاژ کار Uр معمولاً در وسط این قسمت انتخاب می شود. با Np - نرخ شمارش در این حالت مطابقت دارد.

وابستگی نرخ شمارش به درجه قرار گرفتن در معرض تشعشع شمارنده مشخصه اصلی 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 نشان داده می شود. سطح - μR/s).

در مواردی که نشان داده نشده است، حساسیت تابش شمارنده باید به طور متفاوتی تعیین شود پارامتر مهم- پس زمینه خود این نام برای سرعت شمارش است که عامل آن دو جزء است: 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.

وابستگی نرخ شمارش به انرژی گاما کوانتا ("سکته با سفتی") در شمارنده گایگر

یکی دیگر از ویژگی های ضروری شمارنده گایگر، وابستگی حساسیت تابشی آن به انرژی ("سختی") ذرات یونیزه است. میزان معنی دار بودن این وابستگی توسط نمودار در شکل نشان داده شده است. "سوار با سختی" به وضوح بر دقت اندازه گیری های انجام شده تأثیر می گذارد.

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. پالس های خروجی تولید شده توسط شمارنده گایگر تحت تأثیر ذرات a، الکترون ها و کوانتوم های g تفاوتی ندارند. خود ذرات و انرژی آنها در بهمن های دوقلویی که تولید می کنند کاملاً ناپدید می شوند.

جدول اطلاعاتی در مورد شمارنده های هالوژن گایگر خود خاموش کننده تولید داخلی، مناسب ترین برای لوازم خانگیکنترل تشعشع

• 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، imp/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 - سخت b - و g - تابش.
• 7.2 - همان و نرم ب - تابش;
• 7.3 - همان و الف - تشعشع.
• 7.4 - گرم - تشعشع.