Счетчик гейгера что это

Счетчик Гейгера, или иначе — счётчик Гейгера-Мюллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчета количества попавших в него ионизирующих частиц. Внешне счётчик представляет собой ососбый газонаполненный конденсатор, который пробивается при прохождении ионизирующей частицы сквозь объём газа. Счётчик изобретён в 1908 году Гансом Гейгером и затем усовершенствован Мюллером.

Дополнительная схема обеспечивает счётчик Гейгера питанием (обычно как минимум 300 V), и обеспечивает, в случае необходимости, нейтрализацию разряда и считывает количество разрядов в счётчике.

Чувствительность счетчика Гейгера определяется составом газа, его объемом, а также материалом и толщиной его стенок. Широкое использование счётчика Гейгера в быту объясняется высокойточностью, возможностью записи всех видов излучения, относительной простотой в использовании и низкой стоимостью установки.
Купить счетчик Гейгера вы можете в нашем интернет-магазине по выгодной цене.

Счетчик ГейгераПринцип действия счетчика Гейгера:

Классический цилиндрический счётчик Гейгера представляет собой трубку из металла, или металлизированную внутри стеклянную трубку, и тонкую металлическую проволоку, вытянутую вдоль оси цилиндра. Нить в данном случае является анодом, а трубка — катодом. Трубка заполнена разреженным газом, причём в большинстве случаев для заполнения используют благородные газы — например неон или аргон. Между катодом и анодом создаётся напряжение порядка 400V.

Работа счётчика Гейгера основана на т.н. ударной ионизации. y-кванты, которые излучает радиоактивный изотоп, попадают на стенки счётчика и «выбивают» из него электроны. Электроны, движущиеся в газе, в свою очередь сталкиваются с атомами газа, «выбивают» электроны из атомов и производят положительно заряженные ионы и свободно движущиеся электроны. Электрическое поле, существующее между катодом и анодом, ускоряет электроны до таких энергий, при которых происходит ударная ионизация. Начинается сильный поток ионов, и ток через счётчик Гейгера резко возрастает.

При этом на резисторе R образуется импульс напряжения, которое подаётся на регистрирующее устройство счётчика. Для записи следующего значения, необходимо остановить поток ионов. Это делается автоматически. В момент возникновения импульса тока на резисторе R возникает большое падение напряжения, в результате напряжение между катодом и анодом резко уменьшается — настолько, что разряд полностью прекращается, и счётчик снова готов к работе.

Одной из наиболее значимых характеристик счетчика Гейгера является его эффективность. Эффективность счётчика напрямую зависит от толщины стенок прибора, их материалов и энергии Y излучения. У наиболее эффективных счетчиков Гейгера стенки сделаны из материала с высоким атомным номером Z, так как он увеличивает производство вторичных электронов. Помимо этого, стенки счётчика должны быть довольно толстыми. Другим недостатком классического счётчика Гейгера в том, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и точно определять их энергию. Такие недостатки отсутствуют в современных сцинтилляционных счетчиках.

Счётчик Гейгера. Как он устроен? Ядерная физика, урок 8

Современные аналоги счетчика Гейгера — приборы-дозиметры компактны, легки в обращении и точно определяют уровень ионизирующего излучения за считанные секунды. Пример такого прибора — дозиметр Соэкс.

Немного из истории радиации

В 1895 году были открыты рентгеновские лучи. Год спустя была открыта радиоактивность урана, тоже в связи с рентгеновскими лучами. Ученые поняли, что они столкнулись с совершенно новыми, невиданными до сих пор явлениями природы. Интересно, что феномен радиации замечался несколькими годами раньше, но ему не придали значение, хотя ожоги от рентгеновских лучей получал еще Никола Тесла и другие работники эдисоновской лаборатории. Вред здоровью приписывали чему угодно, но не лучам, с которыми живое никогда не сталкивалось в таких дозах. В самом начале XX века стали появляться статьи о вредном действии радиации на животных. Этому тоже не придавали значения до нашумевшей истории с «радиевыми девушками» – работницами фабрики, выпускавшей светящиеся часы. Они всего лишь смачивали кисточки кончиком языка. Ужасная участь некоторых из них даже не публиковалась, по этическим соображениям, и осталась испытанием только для крепких нервов врачей.

Лиза Мейтнер

В 1939 году физик Лиза Мейтнер, которая вместе с Отто Ганом и Фрицем Штрассманом относится людям, впервые в мире поделившим ядро урана, неосторожно сболтнула о возможности цепной реакции, и с этого момента началась цепная реакция идей о создании бомбы, именно бомбы, а вовсе не «мирного атома», на который кровожадные политики XX века, понятно, не дали бы ни гроша. Те, кто был «в теме», уже знали, к чему это приведет и началась гонка атомных вооружений.

Как появился счетчик Гейгера — Мюллера

Эрнест Резерфорд и Ханс Гейгер

Немецкий физик Ганс Гейгер, работавший в лаборатории Эрнста Резерфорда, в 1908 году предложил принцип работы счетчика «заряженных частиц» как дальнейшее развитие уже известной ионизационной камеры, которая представляла собой электрический конденсатор, наполненный газом при небольшом давлении. Она применялась еще Пьером Кюри с 1895 года для изучения электрических свойств газов. У Гейгера возникла идея использовать ее для обнаружения ионизирующих излучений как раз потому, что эти излучения оказывали прямое воздействие на степень ионизации газа.

В 1928 году Вальтер Мюллер, под началом Гейгера, создает несколько типов счетчиков радиации, предназначенных для регистрации различных ионизирующих частиц. Создание счетчиков было очень острой необходимостью, без которой невозможно было продолжать исследование радиоактивных материалов, поскольку физика, как экспериментальная наука, немыслима без измерительных приборов. Гейгер и Мюллер целенаправленно работали над созданием счетчиков, чувствительных к каждому из открытых к тому видов излучений: α, β и γ (нейтроны открыли только в 1932 году).

Счетчик Гейгера-Мюллера оказался простым, надежным, дешевым и практичным датчиком радиации. Хотя он не является самым точным инструментом для исследования отдельных видов частиц или излучений, однако на редкость подходит в качестве прибора для общего измерения интенсивности ионизирующих излучений. А в сочетании с другими детекторами используется физиками и для точнейших измерений при экспериментах.

Ионизирующие излучения

Чтобы лучше понять работу счетчика Гейгера-Мюллера, полезно иметь представление об ионизирующих излучениях вообще. По определению, к ним относится то, что может вызвать ионизацию вещества, находящегося в нормальном состоянии. Для этого необходима определенная энергия. Например, радиоволны или даже ультрафиолетовый свет не относятся к ионизирующим излучениям. Граница начинается с «жесткого ультрафиолета», он же «мягкий рентген». Этот вид является фотонным видом излучения. Фотоны большой энергии принято называть гамма-квантами.

Впервые разделил ионизирующие излучения на три вида Эрнст Резерфорд. Это было сделано на экспериментальной установке при помощи магнитного поля в вакууме. Впоследствии выяснилось, что это:

α – ядра атомов гелия
β – электроны с высокой энергией
γ – гамма-кванты (фотоны)

Позже были открыты нейтроны. Альфа-частицы легко задерживаются даже обычной бумагой, бета-частицы имеют немного большую проникающую способность, а гамма-лучи – самую высокую. Наиболее опасны нейтроны (на расстоянии до многих десятков метров в воздухе!). Из-за их электрической нейтральности они не взаимодействуют с электронными оболочками молекул вещества. Но попав в атомное ядро, вероятность чего достаточно высока, приводят к его нестабильности и распаду, с образованием, как правило, радиоактивных изотопов. А уже те, в свою очередь, распадаясь, сами образуют весь «букет» ионизирующих излучений. Хуже всего то, что облученный предмет или живой организм сам становится источником радиации на протяжении многих часов и суток.

Устройство счетчика Гейгера-Мюллера и принцип его работы

Устройство счетчика Гейгера-Мюллера СБМ-20

Газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера, как правило, выполняется в виде герметичной трубки, стеклянной или металлической, из которой откачан воздух, а вместо него добавлен инертный газ (неон или аргон или их смесь) под небольшим давлением, с примесью галогенов или спирта. По оси трубки натянута тонкая проволока, а коаксиально с ней расположен металлический цилиндр. И трубка и проволока являются электродами: трубка – катод, а проволока – анод. К катоду подключают минус от источника постоянного напряжения, а к аноду – через большое постоянное сопротивление – плюс от источника постоянного напряжения. Электрически получается делитель напряжения, в средней точке которого (место соединения сопротивления и анода счетчика) напряжение практически равно напряжению на источнике. Обычно это несколько сотен вольт.

Когда сквозь трубку пролетает ионизирующая частица, атомы инертного газа, и так находящиеся в электрическом поле большой напряженности, испытывают столкновения с этой частицей. Энергии, отданной частицей при столкновении, хватает для отрыва электронов от атомов газа. Образующиеся вторичные электроны сами способны образовать новые столкновения и, таким образом, получается целая лавина электронов и ионов. Под действием электрического поля, электроны ускоряются в направлении анода, а положительно заряженные ионы газа – к катоду трубки. Таким образом, возникает электрический ток. Но так как энергия частицы уже израсходована на столкновения, полностью или частично (частица пролетела сквозь трубку), то кончается и запас ионизированных атомов газа, что является желательным и обеспечивается кое-какими дополнительными мерами, о которых мы поговорим при разборе параметров счетчиков.

При попадании в счетчик Гейгера-Мюллера заряженной частицы, за счет возникающего тока падает сопротивление трубки, а вместе с ним и напряжение в средней точке делителя напряжения, о которой шла речь выше. Затем сопротивление трубки вследствие возрастания ее сопротивления восстанавливается, и напряжение опять становится прежним. Таким образом, мы получаем отрицательный импульс напряжения. Считая импульсы, мы можем оценить число пролетевших частиц. Особенно велика напряженность электрического поля вблизи анода из-за его малых размеров, что делает счетчик более чувствительным.

Из чего состоит счетчик Гейгера?

Счетчик Гейгера

Дозиметр радиации Гейгера включает в себя счетчик, который позволяет производить подсчет радиации. Конденсатор точно фиксирует вредное для человека излучение.

И хотя этот прибор дает точные и быстрые результаты, устройство счетчика Гейгера не является сложным.

Счетчик представляет собой контейнер с инертным газом. В зависимости от модели могут использоваться разные вещества и элементы. Но чаще всего используется аргон или неон, которые закачиваются в баллоны, но иногда можно встретить и их смесь. Газ в баллоне находится под минимальным давлением для того, чтобы между катодом и анодом не возникало электрических импульсов.

Счетчик Гейгера фотЪ

В приборе можно выделить трубку и специальную натянутую нить, которая натянута по оси цилиндра. Именно они выступают катодом и анодом. Анод может быть как проволокой, так и металлическим соединением. Сейчас иногда его покрывают специальным покрытием, которое улучшает точность результатов фильтруя излучение.

Приборы могут быть как профессиональные, так и бытовые и это влияет на их устройство. Профессиональные измерители могут содержать дополнительные компоненты.

Закажите бесплатно консультацию эколога

От какой радиации нужен счетчик Гейгера?

Для того, чтобы измерение радиации счетчиком Гейгера следует знать о видах радиации. Все зависит от состава излучения, то есть из каких частиц оно состоит и насколько далеко источник. Именно виды частиц влияют на то, какие последствия вызовет излучение у человека. Альфа-частицы считаются наиболее безопасными для человека, но даже они при длительном воздействии способны вызывать заболевания, опухоли и необратимые изменения в организме. В это же время наиболее опасным видом излучений является излучение, в котором принимают участие бета-частицы. Так как это опасное излучение именно его чаще всего фиксирует счетчик Гейгера.

Бета-частицы могут быть как природного происхождения, так и результатом деятельности человека. Если в природе их можно встретить при извержении вулканов, то мы чаще всего сталкиваемся с ними из-за работы АЭС или химических лабораторий. Высокая концентрация таких элементов необратимо влияет на состояние человека. Бета-излучения становятся причиной онкологических заболеваний, опухолей, поражения костного мозга и слизистых оболочек. До конца еще не изучено какое влияние радиация может оказывать на организм в зависимости от ее концентрации и времени воздействия. Но количество жертв Чернобыля, Фукусимы и Нагасаки показывает, что действительно возможен как летальный исход, так и различные мутации и заболевания, сопровождающие человека всю дальнейшую жизнь. Так дети, которые родились на зараженных территориях уже рождались с большими отклонениями или вовсе не выживали.

Поэтому так важно проверять количество радиации и соответствие ее нормам. Человек не видит этого излучения и зачастую может не замечать его воздействия вплоть до появления серьезных заболеваний. Быть предупрежденным гораздо лучше, нежели стать жертвой опасного излучения. Ведь существуют современные способы уменьшения излучения и защиты от него.

Отсюда и хорошо видно, для чего нужен счетчик Гейгера. Только благодаря этому прибору можно провести быстрый и качественный мониторинг местности на наличие ионизирующих частиц. Благодаря тому, что сейчас выпускаются разные модели уже можно встретить как профессиональные приборы, так и бытовые. Бытовые приборы позволяют быстро и качественно проводить измерения радиационного фона в домашних условиях.

Виды счётчиков Гейгера

По конструкции счетчики Гейгера бывают 2 видов: плоский и классический.

Классический

Сделан из тонкого гофрированного металла. За счет гофрирования трубка приобретает жесткость и устойчивость к внешнему воздействию, что препятствует ее деформации. Торцы трубки оснащены стеклянными или пластмассовыми изоляторами, в которых находятся колпачки для вывода к приборам.

На поверхность трубки нанесен лак (кроме выводов). Классический счетчик считается универсальным измерительным детектором для всех известных видов излучений. Особенно для γ и β.

Плоский

Чувствительные измерители для фиксации мягкого бета-излучения имеют другую конструкцию. Из-за малого количества бета-частиц, их корпус имеет плоскую форму. Есть окошко из слюды, слабо задерживающее β. Датчик БЕТА-2 – название одного из таких приборов. Свойства других плоских счетчиков зависят от материала.

Параметры и режимы работы счетчика Гейгера

Чтобы рассчитать чувствительность счетчика, оцените отношение количества микрорентген от образца к числу сигналов от этого излучения. Прибор не измеряет энергию частицы, поэтому не дает абсолютно точной оценки. Калибровка устройств происходит по образцам изотопных источников.

Также нужно смотреть на следующие параметры:

Рабочая зона, площадь входного окна

Характеристика площади индикатора, через которую проходят микрочастицы, зависит от его размеров. Чем шире площадь, тем большее число частиц будет поймано.

Рабочее напряжение

Напряжение должно соответствовать средним характеристикам. Сама характеристика работы — это плоская часть зависимости количества фиксированных импульсов от напряжения. Ее второе название – плато. В этом месте работа прибора достигает пиковой активности и именуется верхним пределом измерений. Значение – 400 Вольт.

Рабочая ширина

Рабочая ширина — разница между напряжением выхода на плоскость и напряжением искрового разряда. Значение – 100 Вольт.

Наклон

Величина измеряется в виде процента от количества импульсов на 1 вольт. Он показывает погрешность измерения (статистическую) в подсчете импульсов. Значение – 0,15 %.

Температура

Температура важна, поскольку счётчик часто приходится применять в сложных условиях. Например, в реакторах. Счетчики общего использования: от -50 до +70 С по Цельсию.

Рабочий ресурс

Ресурс характеризуется общим числом всех импульсов, зафиксированных до момента, когда показания прибора становятся некорректными. Если в устройстве есть органика для самогашения, количество импульсов составит один миллиард. Ресурс уместно подсчитывать только в состоянии рабочего напряжения. При хранении прибора расход останавливается.

Время восстановления

Это промежуток времени, за который устройство проводит электричество после реагирования на ионизирующую частицу. Существует верхний предел для частоты импульсов, ограничивающий интервал измерений. Значение – 10 микросекунд.

Из-за времени восстановления (его ещё называют мертвое время) прибор может подвести в решающий момент. Для предотвращения зашкаливания производители устанавливают свинцовые экраны.

Есть ли у счетчика фон

Фон измеряется в толстостенной свинцовой камере. Обычное значение – не более 2 импульсов за минуту.

Счетчики Гейгера. Принцип работы

Счётчик Гейгера — газоразрядный прибор для счета числа прошедших через него ионизирующих частиц. Представляет собой газонаполненный конденсатор, пробивающийся при появлении ионизирующей частицы в объёме газа. Счетчики Гейгера — достаточно популярные детекторы (датчики) ионизирующего излучения. До сих пор им, изобретенным в самом начале нашего века для нужд зарождающейся ядерной физики, нет, как это ни странно, сколько-нибудь полноценной замены.

Конструкция счетчика Гейгера достаточно проста. В герметичный баллон с двумя электродами введена газовая смесь, состоящая из легко ионизируемых неона и аргона. Материал баллона может быть различным — стеклянным, металлическим и др.

Обычно счетчики воспринимают излучение всей своей поверхностью, но существуют и такие, у которых для этого в баллоне предусмотрено специальное «окно». Повсеместное применение счетчика Гейгера-Мюллера в схемах дозиметров объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать различное излучение, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Схема подключения счетчика Гейгера

К электродам подводят высокое напряжение U ( см рис.), которое само по себе не вызывает каких-либо разрядных явлений. В таком состоянии счетчик будет пребывать до тех пор, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации — след из ионов и электронов, порождаемый пришедшей извне ионизирующей частицей. Первичные электроны, ускоряясь в электрическом поле, ионизируют «по дороге» другие молекулы газовой среды, порождая все новые и новые электроны и ионы. Развиваясь лавинообразно, этот процесс заканчивается образованием в пространстве между электродами электронно-ионного облака, значительно увеличивающего его проводимость. В газовой среде счетчика возникает разряд, видимый (если баллон прозрачный) даже простым глазом.

Обратный процесс — востановление газовой среды в ее первоначальное состояние в так называемых галогеновых счетчиках — происходит само собой. В ход вступают галогены (обычно хлор или бром), в малом количестве содержащиеся в газовой среде, которые способствуют интенсивной рекомбинации зарядов. Но этот процесс протекает достаточно медленно. Время, необходимое для восстановления радиационной чувствительности счетчика Гейгера и фактически определяющий его быстродействие — «мертвое» время — является главной его паспортной характеристикой.

Такие счетчики обозначаются как галогеновые самогасящиеся. Отличаясь очень низким напряжением питания, хорошими параметрами выходного сигнала и достаточно высоким быстродействием, они оказались востребованными в качестве датчиков ионизирующего излучения в бытовых приборах радиационного контроля.

Счетчики Гейгера способны обнаруживать самые разные виды ионизирующего излучения — a, b, g, ультрафиолетовое, рентгеновское, нейтронное. Но действительная спектральная чувствительность счетчика очень зависит от его конструкции. Так, входное окно счетчика, чувствительного к a- и мягкому b-излучению, должно быть достаточно тонким; для этого обычно используют слюду толщиной 3…10 мкм. Баллон счетчика, реагирующего на жесткое b- и g-излучение, имеет обычно форму цилиндра с толщиной стенки 0,05….0,06 мм (он служит и катодом счетчика). Окно рентгеновского счетчика изготавливают из бериллия, а ультрафиолетового — из кварцевого стекла.

Зависимость скорости счета от напряжения питания в счетчике Гейгера

В счетчик нейтронов вводят бор, при взаимодействии с которым поток нейтронов преобразуется в легко регистрируемые a- частицы. Фотонное излучение — ультрафиолетовое, рентгеновское, g-излучение — счетчики Гейгера воспринимают опосредованно — через фотоэффект, комптон-эффект, эффект рождения пар; в каждом случае происходит преобразование взаимодействующего с веществом катода излучения в поток электронов.

Каждая фиксируемая счетчиком частица образует в его выходной цепи короткий импульс. Число импульсов, появляющихся в единицу времени, — скорость счета счетчика Гейгера — зависит от уровня ионизирующей радиации и напряжения на его электродах. Стандартный график зависимости скорости счета от напряжения питания Uпит показан на рисунке выше. Здесь Uнс — напряжение начала счета; Uнг и Uвг — нижняя и верхняя граница рабочего участка, так называемого плато, на котором скорость счета почти не зависит от напряжения питания счетчика. Рабочее напряжение Uр обычно избирают в середине этого участка. Ему соответствует Nр — скорость счета в этом режиме.

Зависимость скорости счета от степени радиационного облучения счетчика — основная его характеристика. График этой зависимости имеет почти линейный характер и поэтому зачастую радиационную чувствительность счетчика показывают через имп/мкР (импульсов на микрорентген; эта размерность следует из отношения скорости счета — имп/с — к уровню радиации — мкР/с).

В тех случаях, когда она не указана, определять о радиационной чувствительности счетчика приходится по другому его тоже крайне важному параметру — собственному фону. Так называют скорость счета, фактором которой являются две составляющие: внешняя — естественный радиационный фон, и внутренняя — излучение радионуклидов, оказавшихся в самой конструкции счетчика, а также спонтанная электронная эмиссия его катода.

Зависимость скорости счета от энергии гамма-квантов («ход с жесткостью») в счетчике Гейгера

Еще одной существенной характеристикой счетчика Гейгера является зависимость его радиационной чувствительности от энергии («жесткости») ионизирующих частиц. В какой мере эта зависимость существенна, представляет график на рисунке. «Ход с жесткостью» будет сказываться, очевидно, на точность осуществляемых измерений.

То, что счетчик Гейгера является лавинным прибором, имеет и свои минусы — по реакции такого прибора нельзя судить о первопричине его возбуждения. Выходные импульсы, генерируемые счетчиком Гейгера под действием a-частиц, электронов, g-квантов, ничем не отличаются. Сами частицы, их энергии полностью исчезают в порождаемых ими лавинах-близнецах.

В таблице приведены сведения о самогасящихся галогеновых счетчиках Гейгера отечественного производства, наиболее подходящих для бытовых приборов радиационного контроля.

1234567
СБМ194001002310*5019х1951
СБМ20400100178*5011х1081
СБТ9380800,1740*4012х742
СБТ10А390802,2333*5(83х67х37)2
СБТ11390800,750*10(55х29х23,5)3
СИ8Б390802350-5002082х312
СИ14Б40020023003084х262
СИ22Г3901001,3540*5019х2204
СИ23БГ4001002200-400*19х1951
  • 1 — рабочее напряжение, В;
  • 2 — плато — область малой зависимости скорости счета от напряжения питания, В;
  • 3 — собственный фон счетчика, имп/с, не более;
  • 4 — радиационная чувствительность счетчика, имп/мкР (* — по кобальту-60);
  • 5 — амплитуда выходного импульса, В, не менее;
  • 6 — габариты, мм — диаметр х длина (длина х ширина х высота);
  • 7.1 — жесткое b — и g — излучение;
  • 7.2 — то же и мягкое b — излучение;
  • 7.3 — то же и a — излучение;
  • 7.4 — g — излучение.

Как измерить радиацию с помощью счетчика Гейгера

Сегодня вновь всплыла в умах многих людей проблема радиации. Новости, которые мы слышим в средствах массовой информации, побуждают нас проводить дополнительные проверки в местах, где мы живем и работаем.

Последние экстренные новости тревожат общественность, и резкое повышение радиоактивности может произойти в любой момент.

С каждым днем приборы измеряющие радиацию — традиционные трубки Гейгера-Мюллера становятся все более редкими и ценными.

Давайте рассмотрим основные проблемы с обнаружением радиоактивности, чтобы лучше понять, что такое ядерное излучение и как его эффективно измерить.

Счетчик Гейгера

Измерение радиации с помощью счетчика Гейгера

На протяжении всей истории произошло много ядерных аварий, в результате которых живые существа подвергались воздействию ядерной радиации. Однако они ежедневно подвергаются естественному излучению как из космоса, так и из-за минералов Земли.

В настоящее время используются различные методы обнаружения и измерения радиации, основанные на различных газовых, световых, люминесцентных и других эффектах.

Счетчик Гейгера-Мюллера, также известный как «счетчик Гейгера», является одним из самых известных методов для измерения радиации.

Это детектор, который может измерять очень слабые количества радиоактивности и основан на эффекте ионизации газа, способный обнаруживать альфа- и бета-частицы и, как правило, электрически заряженные частицы.

Счетчик Гейгера-Мюллера — это устройство, способное обнаруживать и подсчитывать заряженные частицы, проходящие через него.

Счетчик Гейгера состоит из прочной металлической трубки (катода), герметично закрытой на концах. Он содержит разреженный газ при пониженном давлении примерно 0,1 атмосферы. Обычно используется смесь паров аргона и спирта.

Устройство и принцип работы трубки Гейгера

Устройство и принцип работы трубки Гейгера

Вольфрамовая проволока (анод) натянута и электрически изолирована внутри. Электрический потенциал анода положителен и немного ниже потенциала заряда по отношению к трубке.

Когда радиоактивная частица попадает в трубку через слюдяное окно, она ионизирует внутренний газ, вызывая кратковременный электрический разряд между проводом и корпусом и создавая шум во внешнем звуковом блоке. В этом случае детектор производит подсчет.

При отсутствии радиоактивного источника трубка регистрирует только отсчеты из-за радиоактивности окружающей среды, в которой она расположена. Этот разряд сигнализируется внешней цепью, подключенной к трубке.

Чтобы иметь возможность правильно оценить счет, необходимо провести два измерения: одно в отсутствие радиоактивного источника и одно в присутствии радиации. Затем в том же месте нужно вычислить разницу между двумя показателями.

Используя другие разновидности газа, можно обнаружить другие типы частиц.

В трубке Гейгера, сильное электрическое поле вызывает вторичные ионизации от основных, создавая дальнейшие «лавинные» ионизации. Кроме того, электроны могут подвергаться процессу возбуждения, вызывая излучение видимого и ультрафиолетового света.

Трубки Гейгера

В зависимости от количества отсчетов, сделанных в единицу времени, можно понять, сколько заряженных частиц проходит через трубку и интенсивность излучения.

Если количество ионизированных частиц невелико, что указывает на небольшую радиоактивность, можно произвести в уме подсчет количества распадов в минуту. Но если излучение высокое, высокая частота счета может не помочь этой ручной операции.

Часто лучше просматривать количество поступающих импульсов на аналоговом или цифровом дисплее.

В этих устройствах необходимо анализировать частоту повторения поступающих импульсов, которая пропорциональна интенсивности излучения, существующего в области трубки Гейгера.

Можно использовать простой диодный измеритель для визуализации частоты импульсов аналоговым методом.

Схема Гейгера

Когда в цепь поступает положительный импульс, С1 заряжается до максимального напряжения на диоде. Поскольку между импульсами на входе 0 В, конденсатор C1 быстро разряжается через диод D2 на конденсаторе C2 в ожидании следующего импульса. C2 медленно разряжается на R.

Чем быстрее последовательность импульсов, тем быстрее C2 получает эффекты разряда C1, и его разность потенциалов увеличивается.

Показания вольтметра пропорциональны скорости импульсов. Конденсатор С2 ведет себя как резервуар, в котором постоянная утечка через R, но он постоянно подпитывается внешними радиоактивными импульсами через С1.

Электронные компоненты не критичны и могут быть заменены другими аналогами. Можно варьировать номинал конденсаторов и сопротивление для изменения динамических характеристик схемы.

Счетчик Гейгера только сигнализирует о прохождении излучения благодаря электрическому импульсу, но не может различить тип излучения.

Эффекты радиации

Реакция схемы на поступающие импульсы

Отклик схемы в зависимости от частоты входящих импульсов

В зависимости от того, являются ли они «альфа», «бета» или «гамма» лучами, требуются разные виды защиты, от простого листа бумаги до алюминиевых листов или свинцовых экранов толщиной в несколько метров.

Радиация очень вредна для живых существ, естественного или искусственного происхождения, потому что клетки полностью видоизменяются, перестают функционировать, работают ненормально или даже мутируют.

Например, радон, природный радиоактивный газ, очень опасен, а его присутствие может вызвать рак легких.

Клетка, пораженная радиоактивным элементом, может быть немедленно уничтожена другими клетками вокруг нее, восстанавливая нормальную клеточную активность.

Однако в менее удачных случаях больная клетка умудряется размножаться, создавая миллионы модифицированных клеток, которые плохо работают и производят опухоли по всему телу, медленно окружая тело до смерти. Если излучение очень высокой интенсивности, опухоль возникает в течение нескольких минут.

К сожалению, ионизирующее излучение бесшумно, не имеет ни запаха, ни цвета, ни вкуса. Можно обнаружить, что человек подвергся воздействию радиоактивного поля слишком поздно.

Счетчик Гейгера, с другой стороны, позволяет проводить профилактику, обнаруживая излучение объекта или места.

Единицы измерения радиоактивности

В следующем кратком списке показаны некоторые из основных единиц измерения радиоактивности. Они являются частью международной системы:

  • Зиверт (Зв): степень повреждения ;
  • Грей (Гр): мера поглощенной дозы ;
  • Беккерель (Бк): мера активности радионуклидов ;
  • Рад: мера поглощенной дозы радиации ;
  • Бэр: мера эквивалентной дозы облучения.

Зиверт — единица измерения эквивалентной энергетической дозы воздействия и повреждения организма, вызванного радиацией.

Поскольку 1 Зв является очень большой величиной и может вызвать у человека очень серьезное заболевание, используются единицы, кратные миллизивертам (мЗв, или одна тысячная зиверта) и микрозивертам (мкЗв, или одна миллионная зиверта).

Чтобы понять масштабы сравнения, примите во внимание, что годовая естественная радиация в среднем равна 2,4 мЗв, рентгеновское излучение равно примерно 1 мЗв, компьютерная томография равна примерно 4 мЗв, а лучевая терапия равна 30Зв.

Измерение радиации с помощью счетчика Гейгера

Измерение радиации с помощью счетчика Гейгера

В следующем списке показано количество радиации, вызванное ежедневными эпизодами нормальной жизни:

  • 1 мкЗв: употребление банана, богатого калием ;
  • 5 мкЗв: рентгенография одной рукой ;
  • 20 мкЗв: рентген грудной клетки ;
  • 3 мЗв: маммография ;
  • 4 мЗв: КТ всего тела ;
  • 50–100 мЗв: изменения биохимического состава крови ;
  • 100 мЗв: минимальная доза, связанная с повышенным риском развития рака ;
  • 400 мЗв: разовая доза, способная вызвать радиационное отравление ;
  • 500 мЗв: через несколько часов вас будет тошнить ;
  • 700 мЗв: рвота ;
  • 750 мЗв: выпадение волос за две недели ;
  • 1 Зв: кровоизлияния ;
  • 4 Зв: смерть через несколько дней ;
  • 50 Зв: доза радиации, полученная за 10 минут пребывания возле Чернобыльского реактора после взрыва.

Приложение для Android

В Google Play и Mac App Store есть десятки приложений, предназначенных для наблюдения за локальной и глобальной радиацией.

Для некоторых из них требуется датчик радиации, подключенный непосредственно к смартфону. Другие подключаются напрямую к различным серверам, расположенным по всему миру, настроенным для измерения радиоактивности.

Заслуживает внимания приложение «Radiation Scan Pro», доступное для Android. С помощью этого приложения вы можете проверить наличие радиоактивного излучения в вашем городе и просмотреть множество точек, представляющих общий интерес.

Результаты предоставляются в режиме реального времени. Через карту Google вы можете увидеть действующие атомные электростанции и их данные.

Приложение Radiation Scan Pro для Android

Приложение Radiation Scan Pro для Android

Это приложение не измеряет радиацию через датчик, подключенный к телефону, а рассчитывает ее с помощью специальных алгоритмов триангуляции, которые анализируют данные, поступающие с ближайших станций обнаружения радиоактивных излучений.

Встроенные системы и системы разработки

Имея доступные сегодня электронные устройства, довольно просто построить систему для измерения и анализа радиации.

В Интернете можно найти тысячи различных решений, которые предполагают использование различных ИТ и электронных платформ. Некоторые предоставляют программное обеспечение для использования с Arduino, Raspberry Pi или Theremino. Другие состоят из электронных схем, созданных специально.

В любом случае все решения объединяет наличие подходящего датчика первичного излучения, обычно представленного трубкой Гейгера.

Проводить испытания с такими приборами очень просто, так как каждый день люди прикасаются к множеству радиоактивных предметов, таких как сигареты, пемза, некоторые предметы для вечеринок, походные лампы и некоторые виды гончарных изделий.

Радиоактивность можно измерять как в полевых условиях, так и в лаборатории. Портативные приборы более чувствительны и позволяют выполнять измерения уровня радиации в окружающей среде.

Однако когда дело доходит до количественного определения радиоактивного уровня пищи или воды, необходимо взять определенные образцы, которые затем исследуются в лаборатории с использованием более чувствительных инструментов. Широко используемым для обнаружения радиации методом высокого разрешения является Гамма-спектрометрия.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Счетчик Гейгера

Эта коробочка, которая издает тревожное попискивание, знакома всем нам по кинотриллерам. Называется она счетчиком Гейгера — детектором радиоактивных излучений, и придумал ее человек, который стоял у истоков ядерной физики.

медная трубка Гейгера—Мюллера конструкции 1932 года

Эта медная трубка Гейгера—Мюллера конструкции 1932 года была использована для открытия нейтрона

В 1908 году Ханс Гейгер при научном руководстве Эрнеста Резерфорда сконструировал первый детектор радиоактивных излучений. Вначале он был способен регистрировать только альфа-частицы, но к 1928 году Гейгер вместе со своим помощником Вальтером Мюллером расширил возможности прибора, после чего стала возможна регистрация всех трех видов высокоэнергетического излучения.

Полное название этого прибора «трубка Гейгера—Мюллера», поскольку это действительно герметичная трубка, заполненная газом при низком давлении. Внутри трубки два электрода под высоким напряжением, и только высокое сопротивление газа не дает току проходить между электродами. Когда высокоэнергетические частицы оказываются в трубке, они ионизируют газ (т.е. электрически заряжают его молекулы), и импульс электричества проскакивает между электродами. Мерой потока излучения служит частота импульсов, причем импульсы проходят через динамик, вызывая щелчок, а множество щелчков сливаются в знакомый нам зловещий стрекот.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий