Счётчик Гейгера
Счётчик Ге́йгера, счётчик Ге́йгера — Мю́ллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.
История
Принцип предложен в 1908 году Хансом Гейгером; в 1928 , работая под руководством Гейгера, реализовал на практике несколько версий прибора, конструктивно отличающихся в зависимости от типа излучения, которое регистрировал счётчик.
Устройство
Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В). При необходимости обеспечивает гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.
Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).
В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счётчики с рабочим напряжением 390 В:
- «СБМ-20» или «СТС-5» (по размерам — чуть толще карандаша), «СБМ-21» (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого β- и γ-излучений). Похожий по размеру и параметрам на СБМ-20 - СИ-19Г.
- «СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого β-излучения).
- «СБТ-10», со слюдяным окном в торце, чувствительный к мягкому бета-излучению, но, например, никель-63 "не видит". Очень схожий, но с уменьшенной площадью слюдяного окна, счётчик, называется СБТ-11
- СБТ-9, похож на половинку от СИ-19Г, но имеет очень маленькое и очень тонкое слюдяное окно в торце, что позволяет с определённым успехом регистрировать даже альфа-излучение.
- СИ-3БГ - с очень большим пределом измерения, до 200 р/ч, практически непригоден для измерения бета-излучения, практически всегда применяется только в приборах военного назначения
Широкое применение счётчика Гейгера — Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.
Счётчики на низкоэнергетическое рентгеновское излучение обладают бериллиевым окном.
Принцип работы
Цилиндрический счётчик Гейгера — Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создаётся напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров, материала электродов и газовой среды внутри счётчика. В большинстве случаев широко распространённые отечественные счётчики Гейгера, требуют напряжения 400 В.
Работа счётчика основана на ударной ионизации. Гамма-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из них электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряжённости поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счётчик резко возрастает. Этим счётчик Гейгера отличается от пропорционального счётчика, где напряжённость поля недостаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после пролёта первичной лавины. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подаётся в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счётчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счётчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счётчике добавляют немного галогена (брома или иода) или органического соединения с относительно большой молекулярной массой (обычно какого-либо спирта) — эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами, давая в результате ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, они интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение разряда — эти два фактора приводят к быстрому и самопроизвольному гашению разряда даже с небольшим анодным сопротивлением. Такие счётчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счётчик имеет определённый (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счётчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счёта даже в отсутствие облучения, а затем в счётчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счётчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно больше (1010 импульсов и выше).
Счётная характеристика (зависимость скорости счёта от напряжения на счётчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счёта очень слабо зависит от напряжения на счётчике. Протяжённость такого плато достигает для низковольтных счётчиков 80—100 В, а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.
Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика (≈10−4 с). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.
Важной характеристикой счётчика является его эффективность. Не все γ-фотоны, попавшие на счётчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия γ-лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объёма.
Эффективность регистрации частиц счётчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счётчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счётчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счётчике делают тонкое (2—7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10—15 мкм для мягкого бета-излучения) окно из слюды, алюминиевой или бериллиевой фольги или полимерной плёнки. Эффективность счётчика для рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины стенок счётчика, их материала и энергии излучения. Так как γ-излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность γ-счётчиков мала и составляет всего 1—2 %. Наибольшей эффективностью обладают счётчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z, так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счётчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счётчика выбирается из условия её равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объём счётчика, и возникновения импульса тока не произойдёт. Это приводит к характерной зависимости скорости счёта от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жёсткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счётчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счётчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жёсткостью» частично исправляют с помощью дополнительного экрана (например, стального или свинцового), который поглощает мягкое гамма-излучение вблизи максимума чувствительности и вместе с тем несколько повышает эффективность регистрации жёстких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счёта от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съёмным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счётчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.
Нейтроны напрямую газоразрядными счётчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или трифторида бора либо введение бора в состав материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций.
Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера — Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.
При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счётчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите от ионизирующего излучения скорость счёта никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счётчика является жёсткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счётчиком Гейгера практически равна 100 %. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счётчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон даёт спонтанная эмиссия электронов из катода счётчика.
Примечание
| Русский | English |
|---|---|
| счётчик Гейгера | Geiger sensor |
| трубка Гейгера | Geiger tube |
| радиометр | Geiger counter |
| дозиметр | dosimeter |
По историческим причинам сложилось несоответствие между русским и английским вариантами этого и последующих терминов в таблице.
См. также
- Ионизационная камера
- Датчик прямого заряда
- Регистрация ионизирующих излучений
В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Счётчик Гейгера, Что такое Счётчик Гейгера? Что означает Счётчик Гейгера?
Schyotchik Ge jgera schyotchik Ge jgera Myu llera gazorazryadnyj pribor dlya avtomaticheskogo podschyota chisla popavshih v nego ioniziruyushih chastic Schyotchik Gejgera SI 8B SSSR so slyudyanym okoshkom dlya izmereniya myagkogo b izlucheniya Okno prozrachno pod nim mozhno videt spiralnyj provolochnyj elektrod drugim elektrodom yavlyaetsya korpus priboraRadiometr chuvstvitelnyj element schyotchik Gejgera raspolozhen v vynosnom bloke na perednem planeIstoriyaPrincip predlozhen v 1908 godu Hansom Gejgerom v 1928 rabotaya pod rukovodstvom Gejgera realizoval na praktike neskolko versij pribora konstruktivno otlichayushihsya v zavisimosti ot tipa izlucheniya kotoroe registriroval schyotchik UstrojstvoPredstavlyaet soboj gazonapolnennyj kondensator kotoryj probivaetsya pri prolyote ioniziruyushej chasticy cherez obyom gaza Dopolnitelnaya elektronnaya shema obespechivaet schyotchik pitaniem kak pravilo ne menee 300 V Pri neobhodimosti obespechivaet gashenie razryada i podschityvaet kolichestvo razryadov cherez schyotchik Schyotchiki Gejgera razdelyayutsya na nesamogasyashiesya i samogasyashiesya ne trebuyushie vneshnej shemy prekrasheniya razryada V bytovyh dozimetrah i radiometrah proizvodstva SSSR i Rossii obychno primenyayutsya schyotchiki s rabochim napryazheniem 390 V SBM 20 ili STS 5 po razmeram chut tolshe karandasha SBM 21 kak sigaretnyj filtr oba so stalnym korpusom prigodnyj dlya zhyostkogo b i g izluchenij Pohozhij po razmeru i parametram na SBM 20 SI 19G SI 8B so slyudyanym oknom v korpuse prigoden dlya izmereniya myagkogo b izlucheniya SBT 10 so slyudyanym oknom v torce chuvstvitelnyj k myagkomu beta izlucheniyu no naprimer nikel 63 ne vidit Ochen shozhij no s umenshennoj ploshadyu slyudyanogo okna schyotchik nazyvaetsya SBT 11 SBT 9 pohozh na polovinku ot SI 19G no imeet ochen malenkoe i ochen tonkoe slyudyanoe okno v torce chto pozvolyaet s opredelyonnym uspehom registrirovat dazhe alfa izluchenie SI 3BG s ochen bolshim predelom izmereniya do 200 r ch prakticheski neprigoden dlya izmereniya beta izlucheniya prakticheski vsegda primenyaetsya tolko v priborah voennogo naznacheniya Shirokoe primenenie schyotchika Gejgera Myullera obyasnyaetsya vysokoj chuvstvitelnostyu vozmozhnostyu registrirovat raznogo roda izlucheniya sravnitelnoj prostotoj i desheviznoj ustanovki Schyotchiki na nizkoenergeticheskoe rentgenovskoe izluchenie obladayut berillievym oknom Princip rabotyShema schyotchika Gejgera i ego podklyuchenie Cilindricheskij schyotchik Gejgera Myullera sostoit iz metallicheskoj trubki ili metallizirovannoj iznutri steklyannoj trubki i tonkoj metallicheskoj niti natyanutoj po osi cilindra Nit sluzhit anodom trubka katodom Trubka zapolnyaetsya razrezhennym gazom v bolshinstve sluchaev ispolzuyut blagorodnye gazy argon i neon Mezhdu katodom i anodom sozdayotsya napryazhenie ot soten do tysyach volt v zavisimosti ot geometricheskih razmerov materiala elektrodov i gazovoj sredy vnutri schyotchika V bolshinstve sluchaev shiroko rasprostranyonnye otechestvennye schyotchiki Gejgera trebuyut napryazheniya 400 V Rabota schyotchika osnovana na udarnoj ionizacii Gamma kvanty ispuskaemye radioaktivnym izotopom popadaya na stenki schyotchika vybivayut iz nih elektrony Elektrony dvigayas v gaze i stalkivayas s atomami gaza vybivayut iz atomov elektrony i sozdayut polozhitelnye iony i svobodnye elektrony Elektricheskoe pole mezhdu katodom i anodom uskoryaet elektrony do energij pri kotoryh nachinaetsya udarnaya ionizaciya Voznikaet lavina ionov privodyashaya k razmnozheniyu pervichnyh nositelej Pri dostatochno bolshoj napryazhyonnosti polya energii etih ionov stanovitsya dostatochnoj chtoby porozhdat vtorichnye laviny sposobnye podderzhivat samostoyatelnyj razryad v rezultate chego tok cherez schyotchik rezko vozrastaet Etim schyotchik Gejgera otlichaetsya ot proporcionalnogo schyotchika gde napryazhyonnost polya nedostatochna dlya vozniknoveniya vtorichnyh lavin i razryad prekrashaetsya posle prolyota pervichnoj laviny Pri etom na soprotivlenii R obrazuetsya impuls napryazheniya kotoryj podayotsya v registriruyushee ustrojstvo Chtoby schyotchik smog registrirovat sleduyushuyu popavshuyu v nego chasticu lavinnyj razryad nuzhno pogasit Eto proishodit avtomaticheski V moment poyavleniya impulsa toka na soprotivlenii R voznikaet bolshoe padenie napryazheniya poetomu napryazhenie mezhdu anodom i katodom rezko umenshaetsya nastolko chto razryad prekrashaetsya i schyotchik snova gotov k rabote Dlya uskoreniya gasheniya mogut ispolzovatsya specialnye shemy prinuditelno snizhayushie napryazhenie na schyotchike chto pozvolyaet takzhe umenshit anodnoe soprotivlenie i uvelichit uroven signala Odnako chashe v gazovuyu smes v schyotchike dobavlyayut nemnogo galogena broma ili ioda ili organicheskogo soedineniya s otnositelno bolshoj molekulyarnoj massoj obychno kakogo libo spirta eti molekuly vzaimodejstvuyut s polozhitelnymi ionami davaya v rezultate iony s bolshej massoj i menshej podvizhnostyu Krome togo oni intensivno pogloshayut ultrafioletovoe izluchenie razryada eti dva faktora privodyat k bystromu i samoproizvolnomu gasheniyu razryada dazhe s nebolshim anodnym soprotivleniem Takie schyotchiki nazyvayutsya samogasyashimisya V sluchae primeneniya v kachestve gasyashej dobavki spirta pri kazhdom impulse nekotoroe ego kolichestvo razrushaetsya poetomu gasyashaya dobavka rashoduetsya i schyotchik imeet opredelyonnyj hot i dostatochno bolshoj resurs po kolichestvu zaregistrirovannyh chastic Pri ego ischerpanii schyotchik nachinaet goret nachinaet samoproizvolno vozrastat skorost schyota dazhe v otsutstvie oblucheniya a zatem v schyotchike voznikaet nepreryvnyj razryad V galogennyh schyotchikah raspavshiesya molekuly galogena vnov soedinyayutsya poetomu ih resurs znachitelno bolshe 1010 impulsov i vyshe Schyotnaya harakteristika zavisimost skorosti schyota ot napryazheniya na schyotchike imeet horosho vyrazhennoe plato v predelah kotorogo skorost schyota ochen slabo zavisit ot napryazheniya na schyotchike Protyazhyonnost takogo plato dostigaet dlya nizkovoltnyh schyotchikov 80 100 V a dlya vysokovoltnyh neskolkih soten volt Dlitelnost signala so schyotchika Gejgera sravnitelno velika 10 4 s Imenno takoe vremya trebuetsya chtoby medlennye polozhitelnye iony zapolnivshie prostranstvo vblizi niti anoda posle prolyota chasticy i prohozhdeniya elektronnoj laviny ushli k katodu i vosstanovilas chuvstvitelnost detektora Vazhnoj harakteristikoj schyotchika yavlyaetsya ego effektivnost Ne vse g fotony popavshie na schyotchik dadut vtorichnye elektrony i budut zaregistrirovany tak kak akty vzaimodejstviya g luchej s veshestvom sravnitelno redki i chast vtorichnyh elektronov pogloshaetsya v stenkah pribora ne dostignuv gazovogo obyoma Effektivnost registracii chastic schyotchikom Gejgera razlichna v zavisimosti ot ih prirody Zaryazhennye chasticy naprimer alfa i beta luchi vyzyvayut razryad v schyotchike pochti vsegda odnako chast ih teryaetsya v materiale stenok schyotchika Osobenno eto aktualno dlya alfa chastic i myagkogo beta izlucheniya Dlya ih registracii v schyotchike delayut tonkoe 2 7 mkm dlya registracii alfa izlucheniya i 10 15 mkm dlya myagkogo beta izlucheniya okno iz slyudy alyuminievoj ili berillievoj folgi ili polimernoj plyonki Effektivnost schyotchika dlya rentgenovskogo i gamma izlucheniya zavisit ot tolshiny stenok schyotchika ih materiala i energii izlucheniya Tak kak g izluchenie slabo vzaimodejstvuet s veshestvom to obychno effektivnost g schyotchikov mala i sostavlyaet vsego 1 2 Naibolshej effektivnostyu obladayut schyotchiki stenki kotoryh sdelany iz materiala s bolshim atomnym nomerom Z tak kak pri etom uvelichivaetsya obrazovanie vtorichnyh elektronov Krome togo stenki schyotchika dolzhny byt dostatochno tolstymi Tolshina stenki schyotchika vybiraetsya iz usloviya eyo ravenstva dline svobodnogo probega vtorichnyh elektronov v materiale stenki Pri bolshoj tolshine stenki vtorichnye elektrony ne projdut v rabochij obyom schyotchika i vozniknoveniya impulsa toka ne proizojdyot Eto privodit k harakternoj zavisimosti skorosti schyota ot energii gamma kvanta tak nazyvaemyj hod s zhyostkostyu s yavno vyrazhennym maksimumom kotoryj u bolshinstva schyotchikov Gejgera raspolozhen v oblasti myagkogo gamma izlucheniya Pri ispolzovanii schyotchikov Gejgera v dozimetricheskoj apparature hod s zhyostkostyu chastichno ispravlyayut s pomoshyu dopolnitelnogo ekrana naprimer stalnogo ili svincovogo kotoryj pogloshaet myagkoe gamma izluchenie vblizi maksimuma chuvstvitelnosti i vmeste s tem neskolko povyshaet effektivnost registracii zhyostkih gamma kvantov iz za generacii vtorichnyh elektronov i komptonovskogo izlucheniya v materiale ekrana V rezultate etogo zavisimost skorosti schyota ot moshnosti dozy v znachitelnoj stepeni vyravnivaetsya Etot ekran chasto delayut syomnym dlya vozmozhnosti razdelnogo opredeleniya beta i gamma izlucheniya Naprotiv dlya registracii rentgenovskogo izlucheniya primenyayut schyotchiki s tonkim oknom napodobie ispolzuemogo v detektorah dlya alfa i myagkogo beta izlucheniya Nejtrony napryamuyu gazorazryadnymi schyotchikami ne detektiruyutsya Ispolzovanie v kachestve gazovoj sredy geliya 3 ili triftorida bora libo vvedenie bora v sostav materiala stenok pozvolyaet registrirovat nejtrony po zaryazhennym produktam yadernyh reakcij Pomimo nizkoj i silno zavisyashej ot energii effektivnosti nedostatkom schyotchika Gejgera Myullera yavlyaetsya to chto on ne dayot vozmozhnost identificirovat chasticy i opredelyat ih energiyu Eti nedostatki otsutstvuyut v scintillyacionnyh schyotchikah Pri izmerenii slabyh potokov ioniziruyushego izlucheniya schyotchikom Gejgera neobhodimo uchityvat ego sobstvennyj fon Dazhe v tolstoj svincovoj zashite ot ioniziruyushego izlucheniya skorost schyota nikogda ne stanovitsya ravnoj nulyu Odnoj iz prichin etoj spontannoj aktivnosti schyotchika yavlyaetsya zhyostkaya komponenta kosmicheskogo izlucheniya pronikayushaya bez sushestvennogo oslableniya dazhe cherez desyatki santimetrov svinca i sostoyashaya v osnovnom iz myuonov Cherez kazhdyj kvadratnyj santimetr u poverhnosti Zemli proletaet v srednem okolo 1 myuona v minutu pri etom effektivnost registracii ih schyotchikom Gejgera prakticheski ravna 100 Drugoj istochnik fona eto radioaktivnoe zagryaznenie materialov samogo schyotchika Krome togo znachitelnyj vklad v sobstvennyj fon dayot spontannaya emissiya elektronov iz katoda schyotchika PrimechanieRusskij Englishschyotchik Gejgera Geiger sensortrubka Gejgera Geiger tuberadiometr Geiger counterdozimetr dosimeter Po istoricheskim prichinam slozhilos nesootvetstvie mezhdu russkim i anglijskim variantami etogo i posleduyushih terminov v tablice Sm takzheIonizacionnaya kamera Datchik pryamogo zaryada Registraciya ioniziruyushih izluchenijV state ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 20 oktyabrya 2024
