روشها و ابزارهای فنی ثبت تشعشعات. روشهای یونیزاسیون دزیمتری کنتور گاز شمارنده گایگر مولر: اصل عملکرد و هدف

در سال 1908، هانس گایگر، فیزیکدان آلمانی، در آزمایشگاه های شیمیایی متعلق به ارنست رادرفورد کار می کرد. در همان مکان، از آنها خواسته شد تا یک شمارنده ذرات باردار را که یک محفظه یونیزه بود، آزمایش کنند. محفظه یک کندانسور الکتریکی بود که زیر آن با گاز پر شده بود فشار بالا. حتی پیر کوری در عمل از این وسیله استفاده کرد و الکتریسیته در گازها را مطالعه 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 آزمایشات است، نمی تواند بدون اندازه گیری ساختارها 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

می توان مستقیماً به توضیحات آشکارساز رفت، اما اگر اطلاعات کمی در مورد پرتوهای یونیزان داشته باشید، عملکرد آن غیرقابل درک به نظر می رسد. در طول تابش، 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 تعریف می شود. این گونه فوتون نامیده می شود و خود فوتون ها γ-کوانتا هستند.

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

• γ - فوتون؛
• α هسته اتم هلیوم است.
• β یک الکترون پر انرژی است.

شما می توانید با یک ورق کاغذ از خود در برابر ذرات α محافظت کنید. β به عمق بیشتری نفوذ می کند. توانایی نفوذ γ بالاترین میزان است. نوترون‌ها که بعداً دانشمندان در مورد آن‌ها فهمیدند، 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 سقوط می کنند، تخریب آن را تحریک می کنند، به همین دلیل ایزوتوپ های رادیواکتیو تشکیل می شوند. در حال فروپاشی، ایزوتوپ ها تشعشعات یونیزه ایجاد می کنند. از یک شخص، حیوان، گیاه یا جسم غیر آلی که تشعشع دریافت کرده است، تا چند روز تشعشع می شود.

دستگاه و اصل کار شمارنده گایگر

این دستگاه از یک لوله فلزی یا شیشه ای تشکیل شده است که یک گاز نجیب (مخلوط آرگون-نئون یا مواد خالص) به داخل آن پمپ می شود. هوا در لوله وجود ندارد. گاز تحت فشار اضافه می شود و با الکل و هالوژن مخلوط می شود. یک سیم در سراسر لوله کشیده شده است. به موازات آن یک استوانه آهنی قرار دارد.

سیم را آند و لوله را کاتد می نامند. آنها با هم الکترود هستند. یک ولتاژ بالا به الکترودها اعمال می شود که به خودی خود باعث پدیده تخلیه نمی شود. این نشانگر تا زمانی که یک مرکز یونیزاسیون در محیط گازی آن ظاهر شود در این حالت باقی می ماند. یک منهای از منبع برق به لوله وصل می شود و یک علامت 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 جدا 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. میدان الکتریکی بر سرعت الکترون ها به سمت آند تأثیر می گذارد. در طی این فرآیند جریان الکتریکی تولید می شود.

در یک برخورد، انرژی ذرات از بین می رود، 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، که بلافاصله ولتاژ نقطه میانی تقسیم را کاهش می دهد. سپس مقاومت دوباره افزایش می یابد - این مستلزم بازیابی ولتاژ است. تکانه 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

با طراحی، شمارنده های گایگر در 2 نوع هستند: تخت و کلاسیک.

کلاسیک

ساخته شده از فلز نازک موجدار. به دلیل موج دار شدن، لوله استحکام و مقاومت در برابر تأثیرات خارجی به دست می آورد که از تغییر شکل آن جلوگیری می کند. انتهای لوله مجهز به عایق های شیشه ای یا پلاستیکی است که در آنها درپوش هایی برای خروجی دستگاه ها وجود دارد.

سطح لوله لاک زده شده است (به جز سرب). شمارنده کلاسیک به عنوان 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 تثبیت تشعشعات نرم بتا طراحی متفاوتی دارند. به دلیل تعداد کم ذرات بتا، بدن آنها حالتی صاف دارد. پنجره ای از میکا وجود دارد که کمی β را حفظ می کند. سنسور BETA-2 نام یکی از این دستگاه ها است. خواص سایر مترهای مسطح به مواد بستگی دارد.

پارامترها و حالت های عملکرد شمارنده گایگر

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:

منطقه کار، منطقه پنجره ورودی

مشخصه ناحیه شاخصی که ریزذرات از آن عبور می کنند به اندازه آن بستگی دارد. هر چه منطقه وسیع تر باشد، بیشترذرات گرفتار خواهند شد.

ولتاژ کاری

ولتاژ باید با مشخصات متوسط ​​مطابقت داشته باشد. مشخصه عملکرد خود بخش مسطح وابستگی تعداد پالس های ثابت به ولتاژ است. نام دوم آن فلات است. در این مرحله عملکرد 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 به هواپیما و ولتاژ تخلیه جرقه. 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 بسیار مهم است زیرا اغلب باید در شرایط سخت از متر استفاده شود. مثلا در راکتورها. شمارنده ها استفاده عمومی: -50 تا +70 درجه سانتیگراد.

منبع کاری

این منبع با تعداد کل پالس های ثبت شده تا لحظه ای که خوانش ابزار نادرست می شود مشخص می شود. اگر دستگاه دارای مواد آلی برای خود خاموش شدن باشد، تعداد پالس ها یک میلیارد خواهد بود. محاسبه منبع فقط در حالت ولتاژ کاری مناسب است. هنگامی که دستگاه ذخیره می شود، جریان متوقف می شود.

زمان بهبودی

این مدت زمانی است که یک دستگاه پس از واکنش به ذرات یونیزه کننده، جریان الکتریسیته را هدایت می کند. یک حد بالایی در فرکانس پالس وجود دارد که فاصله اندازه گیری را محدود می کند. مقدار 10 میکروثانیه است.

با توجه به زمان بازیابی (که زمان مرده نیز نامیده می شود)، دستگاه ممکن است در یک لحظه تعیین کننده از کار بیفتد. برای جلوگیری از بیش از حد، سازندگان سپرهای سربی را نصب می کنند.

آیا پیشخوان پیش زمینه دارد؟

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 کجا از دزیمتر تشعشع استفاده می کند؟

در مقیاس صنعتی، تغییرات زیادی در شمارنده های گایگر مولر تولید می شود. تولید آنها در دوران اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد و اکنون ادامه دارد، اما در حال حاضر 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 می خرند. تمامی سازها دارای شمارنده گایگر هستند. چنین دزیمترهایی مجهز به یک یا دو لوله هستند.

آیا می توان با دستان خود یک شمارنده گایگر ساخت؟

ساختن یک شمارنده برای خودتان دشوار است. شما به یک سنسور تشعشع نیاز دارید و 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.

استادان خودآموخته با استعداد یاد گرفته اند که چگونه یک جایگزین شمارنده بسازند که همچنین قادر به اندازه گیری تابش گاما و بتا با استفاده از لامپ فلورسنت و لامپ رشته ای است. آنها همچنین از ترانسفورماتورهای تجهیزات شکسته، لوله گایگر، تایمر، خازن، تابلوهای مختلف، مقاومت ها

نتیجه

هنگام تشخیص تشعشع، لازم است پیشینه خود متر را در نظر بگیرید. حتی با ضخامت مناسب محافظ سرب، نرخ ثبت مجدد تنظیم نمی شود. این پدیده توضیحی دارد: دلیل این فعالیت تابش کیهانی است که از ضخامت سرب نفوذ می کند. میون‌ها در هر دقیقه روی سطح زمین هجوم می‌آورند که توسط شمارنده با احتمال 100% ثبت می‌شوند.

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.

شمارشگر گایگر- دستگاه تخلیه گاز برای شمارش ذرات یونیزه کننده ای که از آن عبور کرده اند. 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، آنها که در همان ابتدای قرن ما برای نیازهای فیزیک هسته ای نوپای اختراع شده بودند، به اندازه کافی عجیب، هیچ جایگزین کاملی نداشتند.

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

معمولا مترها تابش را با کل سطح خود درک می کنند، اما مواردی نیز وجود دارند که برای این کار "پنجره" خاصی در سیلندر دارند. استفاده گسترده از شمارنده گایگر مولر با حساسیت بالا، توانایی ثبت تشعشعات مختلف و سادگی نسبی و هزینه پایین نصب توضیح داده شده است.

نمودار سیم کشی 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 - اثری از یون ها و الکترون ها که توسط ذره ای یونیزه کننده که از بیرون آمده است 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 یک بهمن در حال توسعه است، با تشکیل یک ابر الکترونی یونی در فضای بین الکترودها به پایان می رسد که رسانایی آن را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. در محیط گازی پیشخوان تخلیه ای ایجاد می شود که حتی با یک چشم ساده (در صورت شفاف بودن ظرف) قابل مشاهده است.

فرآیند معکوس، بازیابی محیط گازی در آن است حالت اصلیدر به اصطلاح هالوژن متر - این به خودی خود اتفاق می افتد. هالوژن ها (معمولاً کلر یا برم) که به مقدار کمی در محیط گازی موجود است، وارد بازی می شوند که به نوترکیب شدید بارها کمک می کند. اما این روند نسبتا کند است. زمان مورد نیاز برای بازگرداندن حساسیت تابشی شمارنده گایگر و در واقع تعیین سرعت آن - زمان "مرده" - مشخصه اصلی پاسپورت آن است.

چنین کنتورهایی به عنوان کنتورهای خود خاموش کننده هالوژن تعیین می شوند. خیلی متفاوت ولتاژ پایینغذا، پارامترهای خوبسیگنال خروجی و سرعت کافی بالا، مشخص شد که آنها به عنوان حسگرهای تابش یونیزان در دستگاه های نظارت بر تشعشعات خانگی مورد تقاضا هستند.

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

وابستگی نرخ شمارش به ولتاژ تغذیه در شمارنده گایگر

بور به شمارشگر نوترون وارد می شود، پس از برهمکنش شار نوترون به ذرات a به راحتی قابل تشخیص 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 تولید جفت. در هر مورد، تابش در تعامل با مواد کاتد به جریانی از الکترون ها تبدیل می شود.

هر ذره ای که توسط شمارنده شناسایی می شود یک پالس کوتاه در مدار خروجی خود ایجاد می کند. تعداد پالس هایی که در واحد زمان ظاهر می شوند - نرخ شمارش شمارنده گایگر - به سطح تابش یونیزان و ولتاژ 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 حد پایین و بالایی منطقه کاری هستند که اصطلاحاً فلات نامیده می شود که در آن نرخ شمارش تقریباً مستقل از ولتاژ منبع تغذیه کنتور است. ولتاژ عملیاتی Ur معمولاً در وسط این بخش انتخاب می شود. با Nr، 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 خطی است و بنابراین اغلب حساسیت تابشی شمارنده بر حسب پالس / μR (پالس در هر میکرو رونتگن؛ این بعد از نسبت نرخ شمارش - پالس / ثانیه - به تابش نشان داده می شود. سطح - μR / s).

در مواردی که نشان داده نشده است، لازم است حساسیت تابش شمارنده را با توجه به پارامتر بسیار مهم دیگر آن - پس زمینه خود، تعیین کنید. این نام نرخ شمارش است که فاکتور آن دو جزء است: خارجی - پس زمینه تابش طبیعی و داخلی - تابش پرتوزا که در طراحی شمارنده به دام افتاده اند 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 کننده است. میزان معنی دار بودن این وابستگی توسط نمودار در شکل نشان داده شده است. "سفر 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 اشکالاتی است - نمی توان علت اصلی تحریک آن را با واکنش چنین دستگاهی قضاوت کرد. پالس های خروجی تولید شده توسط شمارنده گایگر تحت تأثیر ذرات a، الکترون ها، g-quanta تفاوتی ندارند. خود ذرات، انرژی آنها به طور کامل در بهمن های دوقلویی که تولید می کنند 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 - ناحیه وابستگی کم نرخ شمارش به ولتاژ تغذیه، V.
• 3 - پس زمینه خود شمارنده، imp/s، نه بیشتر.
• 4 - حساسیت تابشی شمارنده، پالس/μR (* - برای کبالت-60).
• 5 - دامنه پالس خروجی، V، نه کمتر.
• 6 - ابعاد، میلی متر - قطر x طول (طول x عرض x ارتفاع)؛
• 7.1 - سخت b - و g - تابش.
• 7.2 - همان و نرم ب - تابش;
• 7.3 - همان و الف - تشعشع.
• 7.4 - گرم - تشعشع.

در سال 1908 توسط فیزیکدان آلمانی هانس ویلهلم گایگر اختراع شد، دستگاهی که می تواند تعیین کند امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل این امر حساسیت بالای دستگاه، توانایی آن در ثبت انواع تشعشعات است. سهولت کار و هزینه کم خرید شمارنده گایگر را برای هر شخصی که تصمیم دارد به طور مستقل سطح تابش را در هر زمان و در هر مکان اندازه گیری کند، امکان پذیر می کند. این دستگاه چیست و چگونه کار می کند؟

اصل عملکرد شمارنده گایگر

طراحی آن کاملا ساده است. مخلوط گازی متشکل از نئون و آرگون به یک ظرف مهر و موم شده با دو الکترود پمپ می شود که به راحتی یونیزه می شود. به الکترودها (در حد 400 ولت) عرضه می شود که به خودی خود هیچ پدیده تخلیه ای را تا لحظه ای که فرآیند یونیزاسیون در محیط گازی دستگاه شروع می شود ایجاد نمی کند. ظهور ذرات از خارج منجر به این واقعیت می شود که الکترون های اولیه که در میدان مربوطه شتاب می گیرند، شروع به یونیزه کردن سایر مولکول های محیط گازی می کنند. در نتیجه، تحت تأثیر میدان الکتریکییک بهمن مانند ایجاد الکترون ها و یون های جدید وجود دارد که رسانایی ابر الکترون-یون را به شدت افزایش می دهد. تخلیه در محیط گازی شمارنده گایگر رخ می دهد. تعداد پالس هایی که در یک بازه زمانی خاص رخ می دهند با تعداد ذرات شناسایی شده رابطه مستقیم دارد. این، به طور کلی، اصل عملکرد شمارنده گایگر است.

فرآیند معکوس که در نتیجه آن محیط گازی به آن باز می گردد حالت اولیه، به خودی خود اتفاق می افتد. تحت تأثیر هالوژن ها (معمولاً از برم یا کلر استفاده می شود) یک نوترکیب شدید بارها در این محیط رخ می دهد. این روند بسیار کندتر است و بنابراین زمان لازم برای بازگرداندن حساسیت شمارنده گایگر یکی از ویژگی های گذرنامه بسیار مهم دستگاه است.

با وجود این واقعیت که اصل کار شمارنده گایگر بسیار ساده است، می تواند به بیشترین تشعشعات یونیزان پاسخ دهد. انواع مختلف. این α-، β-، γ-، و همچنین اشعه ایکس، نوترون و همه چیز به طراحی دستگاه بستگی دارد. بنابراین پنجره ورودی یک شمارنده گایگر با قابلیت ثبت تابش α- و نرم β از میکا با ضخامت 3 تا 10 میکرون ساخته شده است. برای تشخیص، از بریلیم و فرابنفش - از کوارتز ساخته شده است.

شمارنده گایگر کجا استفاده می شود؟

اصل عملکرد شمارنده گایگر اساس کار اکثر دزیمترهای مدرن است. این دستگاه های کوچک و نسبتا کم هزینه کاملاً حساس هستند و می توانند نتایج را در واحدهای خوانا نمایش دهند. سهولت استفاده از این دستگاه ها حتی برای کسانی که درک بسیار دور از دزیمتری دارند، امکان کار با این دستگاه ها را فراهم می کند.

دزیمترها با توجه به قابلیت ها و دقت اندازه گیری، حرفه ای و خانگی هستند. با کمک آنها می توان به موقع و به طور موثر منبع موجود تابش یونیزه را هم در مناطق باز و هم در داخل خانه تعیین کرد.

این دستگاه ها که از اصل عملکرد شمارنده گایگر در کار خود استفاده می کنند، می توانند با استفاده از سیگنال های بصری و صوتی یا ارتعاشی سیگنال به موقع خطر را ارائه دهند. بنابراین، همیشه می توانید غذا، لباس، مبلمان، تجهیزات، مصالح ساختمانی و غیره را از نظر عدم وجود تشعشعات مضر برای بدن انسان بررسی کنید.

چه بخواهیم و چه نخواهیم تشعشعات محکم وارد زندگی ما شده و قرار نیست از آن خارج شوند. ما باید یاد بگیریم که با این پدیده مفید و خطرناک زندگی کنیم. تشعشعات خود را به صورت تشعشعات نامرئی و نامحسوس نشان می دهند و تشخیص آنها بدون ابزار خاص غیرممکن است.

کمی از تاریخچه تشعشعات

اشعه ایکس در سال 1895 کشف شد. یک سال بعد، رادیواکتیویته اورانیوم نیز در ارتباط با اشعه ایکس کشف شد. دانشمندان متوجه شدند که با پدیده‌های کاملاً جدیدی از طبیعت مواجه شده‌اند که تاکنون دیده نشده بود. جالب اینجاست که پدیده تابش چندین سال قبل مورد توجه قرار گرفته بود، اما اهمیتی به آن داده نشد، اگرچه نیکولا تسلا و سایر کارگران آزمایشگاه ادیسون سوختگی ناشی از اشعه ایکس را دریافت کردند. آسیب به سلامتی به هر چیزی نسبت داده می شد، اما نه به اشعه هایی که موجود زنده هرگز در چنین دوزهایی با آن مواجه نشده بود. در همان آغاز قرن بیستم، مقالاتی در مورد اثرات مضر تشعشعات بر حیوانات شروع شد. تا زمانی که داستان پر شور "دختران رادیوم" - کارگران کارخانه ای که ساعت های درخشان تولید می کرد - به این موضوع اهمیتی داده نشد. فقط با نوک زبان برس ها را خیس می کنند. سرنوشت وحشتناک برخی از آنها به دلایل اخلاقی حتی منتشر نشد و تنها آزمایشی برای اعصاب قوی پزشکان باقی ماند.

در سال 1939، فیزیکدان لیزا مایتنر، که همراه با اتو هان و فریتز استراسمن، به افرادی اشاره می کند که برای اولین بار در جهان هسته اورانیوم را تقسیم کردند، ناخواسته احتمال وقوع یک واکنش زنجیره ای را تار کرد و از همان لحظه یک واکنش زنجیره ای ایده ها در مورد ایجاد یک بمب آغاز شد، یعنی یک بمب، و نه "اتم صلح آمیز"، که البته سیاستمداران تشنه به خون قرن بیستم، یک ریال هم نمی دادند. کسانی که «آگاه بودند» از قبل می دانستند که این به چه چیزی منجر می شود و مسابقه تسلیحات هسته ای آغاز شد.

شمارنده گایگر مولر چگونه به وجود آمد؟

فیزیکدان آلمانی هانس گایگر، که در آزمایشگاه ارنست رادرفورد کار می کرد، در سال 1908 اصل کار شمارنده «ذره باردار» را به عنوان پیشنهاد کرد. پیشرفتهای بعدیقبلاً محفظه یونیزاسیون شناخته شده بود خازن الکتریکیپر از گاز با فشار کم از سال 1895 توسط پیر کوری برای مطالعه خواص الکتریکی گازها استفاده شده است. گایگر این ایده را داشت که از آن برای تشخیص تشعشعات یونیزان استفاده کند، زیرا این تشعشعات تأثیر مستقیمی بر درجه یونیزاسیون گاز داشتند.

در سال 1928، والتر مولر، به سرپرستی گایگر، انواع مختلفی از شمارشگرهای تشعشع را ایجاد کرد که برای ثبت ذرات مختلف یونیزان طراحی شده بودند. ایجاد شمارنده یک نیاز بسیار فوری بود که بدون آن ادامه مطالعه مواد رادیواکتیو غیرممکن بود، زیرا فیزیک به عنوان یک علم تجربی بدون ابزار اندازه گیری غیرممکن است. گایگر و مولر به طور هدفمند روی ایجاد شمارنده های حساس به هر یک از انواع تشعشعات کشف شده به آن کار کردند: α، β و γ (نوترون ها فقط در سال 1932 کشف شدند).

شمارنده گایگر مولر ثابت کرد که یک حسگر تشعشعی ساده، قابل اعتماد، ارزان و کاربردی است. اگرچه دقیق ترین ابزار برای مطالعه انواع خاصی از ذرات یا تابش نیست، اما به عنوان ابزاری برای اندازه گیری کلی شدت تابش یونیزان بسیار مناسب است. و در ترکیب با آشکارسازهای دیگر، توسط فیزیکدانان برای دقیق ترین اندازه گیری ها در آزمایش ها نیز استفاده می شود.

تابش یونیزه کننده

برای درک بهتر عملکرد شمارنده گایگر مولر، داشتن درک کلی از تشعشعات یونیزان مفید است. طبق تعریف، آنها شامل هر چیزی هستند که می تواند باعث یونیزه شدن یک ماده در حالت عادی آن شود. این به مقدار مشخصی انرژی نیاز دارد. به عنوان مثال، امواج رادیویی یا حتی نور ماوراء بنفش پرتوهای یونیزه نیستند. مرز با "اشعه ماوراء بنفش سخت"، با نام "اشعه ایکس نرم" شروع می شود. این نوع یک نوع تابش فوتونی است. فوتون های پرانرژی را معمولاً کوانتا گاما می نامند.

ارنست رادرفورد اولین کسی بود که پرتوهای یونیزان را به سه نوع تقسیم کرد. این در یک راه اندازی آزمایشی با استفاده از انجام شد میدان مغناطیسیدر خلاء بعداً معلوم شد که این:

α - هسته اتم های هلیوم
β - الکترون های با انرژی بالا
γ - گاما کوانتا (فوتون)

بعدها نوترون ها کشف شدند. ذرات آلفا حتی توسط کاغذ معمولی به راحتی حفظ می شوند، ذرات بتا قدرت نفوذ کمی بیشتری دارند و پرتوهای گاما بیشترین قدرت را دارند. خطرناک ترین نوترون ها (در فاصله چند ده متری در هوا!). به دلیل خنثی بودن الکتریکی، آنها با لایه های الکترونی مولکول های ماده برهمکنش ندارند. اما هنگامی که در هسته اتم قرار می گیرند، که احتمال آن بسیار زیاد است، با تشکیل، به عنوان یک قاعده، ایزوتوپ های رادیواکتیو، منجر به بی ثباتی و فروپاشی آن می شوند. و در حال حاضر آنهایی که به نوبه خود در حال پوسیدن هستند، خود کل "دسته" پرتوهای یونیزان را تشکیل می دهند. بدتر از همه این است که جسم تحت تابش یا موجود زنده خود منبع تابش برای ساعت ها و روزها می شود.

دستگاه شمارنده گایگر مولر و اصل عملکرد آن

یک شمارنده تخلیه گاز گایگر-مولر، به طور معمول، به شکل یک لوله، شیشه یا فلز مهر و موم شده ساخته می شود که هوا از آن تخلیه می شود و به جای آن یک گاز بی اثر (نئون یا آرگون یا مخلوطی از آنها) اضافه می شود. تحت فشار کم، با مخلوطی از هالوژن یا الکل. یک سیم نازک در امتداد محور لوله کشیده شده است و یک استوانه فلزی به صورت هم محور با آن قرار دارد. لوله و سیم هر دو الکترود هستند: لوله کاتد و سیم آند است. منهای از منبع به کاتد متصل است ولتاژ ثابت، و به آند - از طریق یک بزرگ مقاومت ثابت- به علاوه از منبع ولتاژ ثابت. از نظر الکتریکی، یک تقسیم کننده ولتاژ به دست می آید که در نقطه وسط آن (محل اتصال مقاومت و آند شمارنده) ولتاژ تقریباً برابر با ولتاژ در منبع است. معمولاً چند صد ولت است.

هنگامی که یک ذره یونیزه کننده از طریق لوله عبور می کند، اتم های گاز بی اثر، که از قبل در میدان الکتریکی با شدت بالا قرار دارند، با این ذره برخورد می کنند. انرژی داده شده توسط ذره در هنگام برخورد برای جدا کردن الکترون ها از اتم های گاز کافی است. الکترون‌های ثانویه به‌دست‌آمده، خود قادر به ایجاد برخوردهای جدید هستند و بنابراین، یک بهمن کامل از الکترون‌ها و یون‌ها به دست می‌آید. تحت تأثیر میدان الکتریکی، الکترون ها به سمت آند شتاب می گیرند و یون های گاز با بار مثبت - به سمت کاتد لوله. بنابراین، یک جریان الکتریکی رخ می دهد. اما از آنجایی که انرژی ذره قبلاً به طور کامل یا جزئی صرف برخوردها شده است (ذره از طریق لوله عبور کرده است) تأمین اتم های گاز یونیزه نیز به پایان می رسد که مطلوب است و با اقدامات اضافی تضمین می شود. در هنگام تجزیه و تحلیل پارامترهای شمارنده بحث خواهد شد.

هنگامی که یک ذره باردار وارد شمارنده گایگر مولر می شود، مقاومت لوله به دلیل جریان ایجاد شده کاهش می یابد و همراه با آن ولتاژ در نقطه میانی تقسیم کننده ولتاژ، که در بالا مورد بحث قرار گرفت، کاهش می یابد. سپس مقاومت لوله به دلیل افزایش مقاومت آن بازیابی می شود و ولتاژ مجدداً یکسان می شود. بنابراین، یک پالس ولتاژ منفی دریافت می کنیم. با شمارش لحظه می توان تعداد ذرات عبوری را تخمین زد. شدت میدان الکتریکی در نزدیکی آند به دلیل اندازه کوچک آن بسیار زیاد است که شمارنده را حساس تر می کند.

طرح های شمارنده گایگر مولر

شمارنده های مدرن Geiger-Muller در دو نسخه اصلی موجود هستند: "کلاسیک" و تخت. پیشخوان کلاسیک از یک لوله فلزی با دیواره نازک با راه راه ساخته شده است. سطح راه راه پیشخوان لوله را سفت، مقاوم در برابر فشار اتمسفر خارجی می کند و اجازه نمی دهد که تحت تأثیر آن فرو بریزد. در انتهای لوله عایق های آب بندی ساخته شده از شیشه یا پلاستیک ترموست وجود دارد. آنها همچنین حاوی ترمینال-درپوش برای اتصال به مدار ابزار هستند. این لوله با یک لاک عایق بادوام مشخص و پوشیده شده است، البته جدا از نتایج آن. قطبیت لیدها نیز مشخص شده است. این یک شمارنده جهانی برای انواع پرتوهای یونیزان، به ویژه برای بتا و گاما است.

شمارنده های حساس به تابش بتا نرم متفاوت ساخته می شوند. با توجه به دامنه کوتاه ذرات β، آنها باید مسطح ساخته شوند، با یک پنجره میکا، که تابش بتا را به تاخیر می اندازد، یکی از گزینه های چنین شمارنده ای سنسور تشعشع است. BETA-2. تمام خواص دیگر کنتورها با موادی که از آنها ساخته شده اند تعیین می شود.

شمارنده هایی که برای ثبت تشعشعات گاما طراحی شده اند حاوی کاتدی هستند که از فلزات با تعداد بار زیاد ساخته شده است یا با چنین فلزاتی پوشیده شده اند. این گاز به شدت توسط فوتون های گاما یونیزه می شود. اما از سوی دیگر، فوتون‌های گاما می‌توانند الکترون‌های ثانویه زیادی را از کاتد خارج کنند، در صورتی که به درستی انتخاب شوند. شمارنده های گایگر مولر برای ذرات بتا با پنجره های نازک برای نفوذپذیری بهتر ذرات ساخته شده اند، زیرا آنها الکترون های معمولی هستند که به تازگی انرژی زیادی دریافت کرده اند. آنها به خوبی با ماده تعامل می کنند و به سرعت این انرژی را از دست می دهند.

در مورد ذرات آلفا، وضعیت از این هم بدتر است. بنابراین، با وجود انرژی بسیار مناسب، از مرتبه چند مگا الکترون ولت، ذرات آلفا به شدت با مولکول‌هایی که در راه هستند، برهمکنش می‌کنند و به سرعت انرژی خود را از دست می‌دهند. اگر ماده با یک جنگل و یک الکترون با یک گلوله مقایسه شود، ذرات آلفا باید با مخزنی که در جنگل می ترکد مقایسه شوند. با این حال، یک شمارنده معمولی به خوبی به تابش α پاسخ می دهد، اما فقط در فاصله ای تا چند سانتی متر.

برای ارزیابی عینی سطح تابش یونیزان دزیمترهادر متر برای استفاده عمومی، آنها اغلب مجهز به دو شمارنده که به صورت موازی کار می کنند. یکی به تابش α و β حساس تر است و دومی به پرتوهای γ. چنین طرحی برای استفاده از دو شمارنده در دزیمتر اجرا می شود RADEX RD1008و در دزیمتر-رادیومتر RADEX MKS-1009که شمارنده در آن نصب شده است BETA-2و BETA-2M. گاهی اوقات یک میله یا صفحه ساخته شده از آلیاژ حاوی ترکیبی از کادمیوم بین شمارنده ها قرار می گیرد. هنگامی که نوترون ها به چنین میله ای برخورد می کنند، تابش γ رخ می دهد که ثبت می شود. این کار برای شناسایی تشعشعات نوترونی انجام می شود که شمارنده های ساده گایگر عملاً نسبت به آن حساس نیستند. راه دیگر پوشاندن بدن (کاتد) با ناخالصی هایی است که قادر به ایجاد حساسیت به نوترون ها هستند.

هالوژن ها (کلر، برم) با گاز مخلوط می شوند تا به سرعت تخلیه را خاموش کنند. بخارات الکل نیز به همین منظور عمل می کنند، اگرچه الکل در این مورد کوتاه مدت است (این به طور کلی یکی از ویژگی های الکل است) و شمارنده "هشیار" دائما شروع به "زنگ زدن" می کند، یعنی نمی تواند در حالت تجویز شده کار کند. این اتفاق در جایی بعد از ثبت پالس 1e9 (میلیارد) می افتد که چندان زیاد نیست. متر هالوژن بسیار بادوام تر هستند.

پارامترها و حالت های عملکرد شمارنده های گایگر

حساسیت شمارنده های گایگر

حساسیت شمارنده با نسبت تعداد ریز رونتژن ها از یک منبع نمونه به تعداد پالس های ناشی از این تابش تخمین زده می شود. از آنجایی که شمارنده های گایگر برای اندازه گیری انرژی ذرات طراحی نشده اند، تخمین دقیق آن دشوار است. شمارنده ها بر اساس منابع ایزوتوپی استاندارد کالیبره شده اند. لازم به ذکر است که پارامتر داده شدهدر انواع متفاوتشمارنده ها می توانند بسیار متفاوت باشند، در زیر پارامترهای رایج ترین شمارنده های گایگر-مولر آورده شده است:

شمارنده گایگر مولر بتا 2- 160 ÷ 240 Imps / µR

شمارنده گایگر مولر بتا 1- 96 ÷ 144 Imps / µR

شمارنده گایگر مولر SBM-20- 60 ÷ 75 پالس / µR

شمارنده گایگر مولر SBM-21- 6.5 ÷ 9.5 imps/μR

شمارنده گایگر مولر SBM-10- 9.6 ÷ 10.8 imps/μR

قسمت پنجره ورودی یا محل کار

ناحیه ای از سنسور تشعشع که از طریق آن ذرات رادیواکتیو پرواز می کنند. این ویژگیارتباط مستقیم با ابعاد سنسور دارد. هر چه مساحت بزرگتر باشد، شمارنده گایگر-مولر ذرات بیشتری را می گیرد. معمولاً این پارامتر در سانتی متر مربع نشان داده می شود.

شمارنده گایگر مولر بتا 2- 13.8 سانتی متر مربع

شمارنده گایگر مولر بتا 1- 7 سانتی متر 2

این ولتاژ تقریباً با وسط مشخصه عملیاتی مطابقت دارد. مشخصه عملیاتی بخشی مسطح از وابستگی تعداد پالس های ثبت شده به ولتاژ است، بنابراین به آن "فلات" نیز می گویند. در این مرحله به بالاترین سرعت عملیاتی (حد بالای اندازه گیری) می رسد. مقدار معمولی 400 ولت.

عرض مشخصه عملیاتی کنتور.

این تفاوت بین ولتاژ شکست جرقه و ولتاژ خروجی در قسمت صاف مشخصه است. مقدار معمولی 100 ولت است.

شیب مشخصه عملیاتی پیشخوان.

شیب به صورت درصدی از پالس ها در هر ولت اندازه گیری می شود. این خطای آماری اندازه گیری ها (شمارش تعداد پالس ها) را مشخص می کند. مقدار معمولی 0.15٪ است.

دمای کارکرد مجاز کنتور.

برای مترهای عمومی -50 ... +70 درجه سانتیگراد. این یک پارامتر بسیار مهم است اگر متر در اتاقک ها، کانال ها و سایر مکان های تجهیزات پیچیده کار کند: شتاب دهنده ها، راکتورها و غیره.

منبع کار پیشخوان.

تعداد کل پالس هایی که شمارنده قبل از لحظه ای که قرائت های آن شروع به نادرست شدن می کند، ثبت می کند. برای دستگاه‌های دارای افزودنی‌های آلی، خود خاموش‌شوندگی معمولاً 1e9 (ده تا توان نهم یا یک میلیارد) است. منبع تنها در صورتی در نظر گرفته می شود که ولتاژ عملیاتی به متر اعمال شود. اگر شمارنده به سادگی ذخیره شود، این منبع مصرف نمی شود.

زمان مرده پیشخوان

این زمان (زمان بازیابی) است که در طی آن متر پس از راه اندازی توسط یک ذره عبوری جریان را هدایت می کند. وجود چنین زمانی به این معنی است که یک حد بالایی برای فرکانس پالس وجود دارد و این محدوده اندازه گیری را محدود می کند. یک مقدار معمولی 1e-4 ثانیه، یعنی ده میکروثانیه است.

لازم به ذکر است که به دلیل زمان مرده، سنسور ممکن است در خطرناک ترین لحظه "خارج از مقیاس" باشد و ساکت باشد (به عنوان مثال، یک واکنش زنجیره ای خود به خود در تولید). چنین مواردی وجود داشته است و برای مبارزه با آنها از صفحه نمایش سربی استفاده می شود که بخشی از سنسورهای سیستم های هشدار اضطراری را پوشش می دهد.

پس زمینه شمارنده سفارشی.

اندازه گیری در محفظه های سربی با دیواره های ضخیم برای ارزیابی کیفیت متر. مقدار معمولی 1 ... 2 پالس در دقیقه.

کاربرد عملی شمارنده های گایگر

صنعت شوروی و اکنون روسیه انواع بسیاری از شمارنده های گایگر مولر را تولید می کند. در اینجا برخی از مارک های رایج وجود دارد: STS-6، SBM-20، SI-1G، SI21G، SI22G، SI34G، شمارنده های سری گاما، شمارنده های پایانی سری " بتاو بسیاری دیگر وجود دارد. همه آنها برای کنترل و اندازه گیری تشعشعات مورد استفاده قرار می گیرند: در تاسیسات صنعت هسته ای، در موسسات علمی و آموزشی، در دفاع مدنی، پزشکی و حتی زندگی روزمره. پس از حادثه چرنوبیل، دزیمترهای خانگی، که قبلاً حتی با نام برای مردم ناشناخته بود ، بسیار محبوب شده اند. بسیاری از مارک های دزیمتر خانگی ظاهر شده اند. همه آنها از شمارنده گایگر مولر به عنوان سنسور تشعشع استفاده می کنند. در دزیمترهای خانگی یک تا دو تیوب یا انتهای شمار تعبیه می شود.

واحدهای اندازه گیری کمیت تابش

برای مدت طولانی، واحد اندازه گیری P (رونتگن) رایج بود. با این حال، هنگام انتقال به سیستم SI، واحدهای دیگری ظاهر می شوند. رونتگن یک واحد دوز قرار گرفتن در معرض، "میزان تابش" است که با تعداد یون های تشکیل شده در هوای خشک بیان می شود. در دوز 1 R، 2.082e9 جفت یون در 1 سانتی متر مکعب هوا (که مربوط به 1 واحد شارژ CGSE است) تشکیل می شود. در سیستم SI، دوز نوردهی بر حسب کولن بر کیلوگرم بیان می‌شود، و با اشعه ایکس با این معادله مرتبط است:

1 C/kg = 3876 R

دوز جذب شده تابش بر حسب ژول بر کیلوگرم اندازه گیری می شود و خاکستری نامیده می شود. این برای جایگزینی واحد راد منسوخ شده است. میزان دوز جذب شده بر حسب خاکستری در ثانیه اندازه گیری می شود. نرخ دوز قرار گرفتن در معرض (EDR) که قبلا بر حسب رونتگن در ثانیه اندازه گیری می شد، اکنون با آمپر بر کیلوگرم اندازه گیری می شود. دوز معادل تابش که در آن دز جذب شده 1 گری (خاکستری) و ضریب کیفیت تشعشع 1 است، سیورت نامیده می شود. رم (معادل بیولوژیکی یک رونتگن) یک صدم سیورت است و اکنون منسوخ شده است. با این حال، حتی امروزه از تمام واحدهای منسوخ بسیار فعال استفاده می شود.

مفاهیم اصلی در اندازه گیری تابش دز و توان است. دز تعداد بارهای اولیه در فرآیند یونیزاسیون یک ماده است و توان سرعت تشکیل دوز در واحد زمان است. و در چه واحدهایی بیان می شود سلیقه ای و راحت است.

حتی کوچکترین دوز از نظر اثرات طولانی مدت بر بدن خطرناک است. محاسبه ریسک بسیار ساده است. به عنوان مثال، دزیمتر شما 300 میلی‌روانتگن در ساعت را نشان می‌دهد. اگر یک روز در این مکان بمانید، دوز 24 * 0.3 = 7.2 رونتگن دریافت خواهید کرد. این خطرناک است و شما باید هر چه زودتر از اینجا خارج شوید. به طور کلی، با کشف تابش حتی ضعیف، باید از آن فاصله گرفت و آن را حتی در فاصله دور بررسی کرد. اگر او "تو را دنبال کند"، می توان به شما "تبریک" داد، نوترون به شما ضربه زده است. و هر دزیمتری نمی تواند به آنها پاسخ دهد.

برای منابع تشعشع، مقداری استفاده می شود که تعداد واپاشی ها در واحد زمان را مشخص می کند، به آن فعالیت می گویند و همچنین در واحدهای مختلفی اندازه گیری می شود: کوری، بکرل، رادرفورد و برخی دیگر. مقدار فعالیت که دو بار با جداسازی زمانی کافی اندازه‌گیری می‌شود، اگر کاهش یابد، به شما امکان می‌دهد تا زمانی را که منبع به اندازه کافی ایمن می‌شود، طبق قانون واپاشی رادیواکتیو محاسبه کنید.

شمارنده گایگر سنسور اصلی برای اندازه گیری تابش است. تابش گاما، آلفا، بتا و اشعه ایکس را ثبت می کند. در مقایسه با سایر روش های ثبت تشعشع، به عنوان مثال، اتاقک های یونیزاسیون، بیشترین حساسیت را دارد. این دلیل اصلی فراگیر شدن آن است. سنسورهای دیگر برای اندازه گیری تشعشع بسیار به ندرت استفاده می شوند. تقریباً تمام دستگاه های کنترل دزیمتری مبتنی بر شمارنده های گایگر هستند. آنها به تولید انبوه می رسند و دستگاه هایی وجود دارد سطوح مختلف: از دزیمترهای پذیرش نظامی تا کالاهای مصرفی چینی. اکنون خرید هیچ وسیله ای برای اندازه گیری تابش مشکلی ندارد.

تا همین اواخر، هیچ توزیع فراگیر ابزار دزیمتری وجود نداشت. بنابراین تا سال 1986، در طول حادثه چرنوبیل، معلوم شد که جمعیت به سادگی هیچ دستگاه شناسایی دزیمتری ندارند، که به هر حال، عواقب فاجعه را تشدید می کند. در همان زمان، با وجود گسترش دایره های خلاقیت فنی و رادیویی آماتور، شمارنده های گایگر در فروشگاه ها فروخته نمی شد، بنابراین ساخت دزیمترهای خانگی غیرممکن بود.

اصل عملکرد شمارنده های گایگر

این یک دستگاه الکترو وکیوم با اصول کار بسیار ساده است. سنسور تشعشع یک محفظه فلزی یا شیشه ای با متالیزاسیون است که با گاز بی اثر کمیاب پر شده است. یک الکترود در مرکز محفظه قرار می گیرد. دیواره های بیرونی محفظه به منبع متصل می شوند ولتاژ بالا(معمولا 400 ولت). الکترود داخلی - به تقویت کننده حساس. تابش یونیزان (تابش) جریانی از ذرات است. آنها به معنای واقعی کلمه الکترون ها را از کاتد ولتاژ بالا به رشته های آند حمل 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 ثبت می کند، انرژی منبع تابش یونیزان نیست. این انرژی منبع تغذیه ولتاژ بالا خود دزیمتر است. ذره نافذ فقط حامل یک الکترون است (بار انرژی که به جریان ثبت شده توسط متر تبدیل می شود). بین الکترودها مخلوط گازی متشکل از گازهای نجیب معرفی شد: آرگون، نئون. برای خاموش کردن تخلیه های ولتاژ بالا طراحی شده است. اگر چنین تخلیه ای رخ دهد، خواهد بود هشدار غلطپیشخوان. مدار اندازه گیری بعدی، چنین سنبله هایی را نادیده می گیرد. علاوه بر این، منبع تغذیه ولتاژ بالا نیز باید از آنها محافظت شود.

مدار منبع تغذیه در شمارنده گایگر جریان خروجی چند میکرو آمپر را با ولتاژ خروجی 400 ولت فراهم می کند. مقدار دقیق ولتاژ تغذیه برای هر مارک کنتور با توجه به مشخصات فنی آن تعیین می شود.

قابلیت های شمارنده گایگر، حساسیت، تشعشعات شناسایی شده

با استفاده از شمارنده گایگر می توان تشعشعات گاما و بتا را با دقت بالایی ثبت و اندازه گیری کرد. متأسفانه تشخیص مستقیم نوع تابش غیرممکن است. این کار به طور غیرمستقیم با قرار دادن موانع بین سنسور و جسم یا ناحیه مورد بررسی انجام می شود. پرتوهای گاما بسیار قابل انتقال هستند و پس زمینه آنها تغییر نمی کند. اگر دزیمتر تشعشع بتا را تشخیص دهد، نصب یک مانع جداکننده، حتی از یک ورق فلزی نازک، تقریباً به طور کامل جریان ذرات بتا را مسدود می کند.

مجموعه دزیمترهای فردی DP-22، DP-24 که در گذشته گسترده بودند، از شمارنده های گایگر استفاده نمی کردند. در عوض، یک سنسور محفظه یونیزاسیون در آنجا استفاده شد، بنابراین حساسیت بسیار پایین بود. دستگاه‌های دزیمتری مدرن مبتنی بر شمارنده‌های گایگر هزاران بار حساس‌تر هستند. می توان از آنها برای ثبت تغییرات طبیعی در پس زمینه تابش 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 یک شمارنده در یک محفظه سربی کاملاً محافظت شده روشن شود، پس زمینه تشعشع طبیعی عظیمی را نشان می دهد. این نشانه ها نقص طراحی خود متر نیست که توسط بسیاری تأیید شده است تحقیقات آزمایشگاهی. چنین داده هایی نتیجه پس زمینه تابش طبیعی کیهانی است. این آزمایش فقط نشان می دهد که شمارنده گایگر چقدر حساس است.

به خصوص برای اندازه گیری این پارامتر، مشخصات فنی مقدار «حساسیت شمارنده پالس μr» (پالس در میکروثانیه) را نشان می دهد. هرچه تعداد این پالس ها بیشتر باشد - حساسیت بیشتر است.

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 صورت اعداد در مقیاس دستگاه نمایش می دهد. برای اندازه گیری دوز تابش، لازم است پالس ها در دقیقه، 10، 15 ثانیه یا مقادیر دیگر را بشمارید. 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 میکرو رونتژن استفاده می شود).
• Sievert (microsievert - mSv)؛
• خاکستری، شاد
• چگالی شار بر حسب میکرووات بر متر مربع

سیورت رایج ترین واحد مورد استفاده برای اندازه گیری تشعشعات است. همه هنجارها با آن مرتبط هستند، نیازی به محاسبه مجدد اضافی نیست. Rem - واحدی برای تعیین تأثیر تابش بر روی اشیاء بیولوژیکی.

مقایسه شمارشگر گایگر تخلیه گاز با سنسور تشعشع نیمه هادی

شمارنده گایگر یک دستگاه تخلیه گاز است و روند فعلی در میکروالکترونیک این است که همه جا از شر آنها خلاص شوند. ده ها حسگر تشعشع نیمه هادی توسعه یافته اند. سطح پس زمینه تشعشع ثبت شده توسط آنها بسیار 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 بسیار 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، خیلی بیشتر است فرکانس بالاو طول موج بسیار کوتاه این به آن اجازه می دهد تا از طریق اتم ها نفوذ کند. در دفاع مدنی، تشعشعات گاما، تشعشعات نافذ است. از دیوارهای خانه ها، اتومبیل ها، سازه های مختلف نفوذ می کند و تنها توسط لایه ای از خاک یا بتن به طول چندین متر حفظ می شود. ثبت گاما کوانتا با کالیبراسیون دزیمتر بر اساس تابش گامای طبیعی خورشید انجام می شود. منابع تشعشع مورد نیاز نیست. موضوع کاملاً متفاوت با تابش بتا و آلفا است.

اگر تابش یونیزه α (تابش آلفا) از اجسام خارجی باشد، تقریباً بی خطر 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، تقریبا توسط شمارنده گایگر ثبت نمی شود. در عین حال، ثبت تابش آلفا مهم است، زیرا این ذرات هنگامی که با هوا، غذا و آب به بدن نفوذ می کنند بسیار خطرناک هستند. برای تعیین آنها از شمارنده های گایگر به میزان محدودی استفاده می شود. سنسورهای نیمه هادی ویژه بیشتر رایج هستند.

تابش بتا کاملاً توسط شمارنده گایگر ثبت می شود، زیرا ذره بتا یک الکترون است. می تواند صدها متر در جو حرکت کند، اما به خوبی توسط سطوح فلزی جذب می شود. 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 تابش بتا روی یک کاوشگر از راه دور قرار می گیرد. در زندگی روزمره، چنین دزیمترها چندان رایج نیستند. اینها عمدتاً محصولات نظامی هستند.

دزیمتر شخصی با شمارنده گایگر

این دسته از دستگاه ها در مقایسه با مدل های قدیمی دارای محفظه یونیزاسیون از حساسیت بالایی برخوردار هستند. مدل های قابل اعتماد توسط بسیاری از تولید کنندگان داخلی ارائه می شود: Terra، MKS-05، DKR، Radex، RKS. اینها همه دستگاه های مستقل با خروجی داده به صفحه نمایش در واحدهای اندازه گیری استاندارد هستند. حالتی برای نمایش دوز انباشته شده تابش 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 ثروتمند هستند قابلیت های فنیتابعی از ذخیره قرائت ها، محاسبه، محاسبه مجدد و جمع تابش برای روزها، هفته ها، ماه ها وجود دارد. 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 ساخت. 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 مونتاژ کرد. لوازم الکترونیکی مصرفی: تلویزیون، مادربردهادر حال حاضر حدود دوازده طرح در سایت ها و انجمن های رادیویی آماتور ارائه می شود. ارزش جمع آوری آنها را دارد، زیرا اینها پیشرفته ترین گزینه ها هستند که دارای راهنمای دقیق برای راه اندازی و اشکال زدایی هستند.

مدار سوئیچینگ شمارنده گایگر همیشه بر وجود منبع ولتاژ بالا دلالت دارد. ولتاژ کاری معمولی کنتور 400 ولت است. مطابق مدار ژنراتور مسدود کننده به دست می آید و این پیچیده ترین عنصر مدار دزیمتر است. خروجی شمارنده را می توان به یک تقویت کننده فرکانس پایین متصل کرد و تعداد کلیک های موجود در بلندگو را شمارش کرد. چنین دزیمتری در موارد اضطراری، زمانی که عملاً زمانی برای ساخت وجود ندارد، مونتاژ می شود. 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 روی میکروکنترلرها مونتاژ می شوند. در اینجا به مهارت های برنامه نویسی نیازی نیست، زیرا برنامه به صورت آماده از آن ضبط شده است دسترسی رایگان. مشکلات در اینجا برای تولید الکترونیکی خانگی معمول است: به دست آوردن تخته مدار چاپی، لحیم کاری قطعات رادیویی، ساخت بدنه. همه اینها در یک کارگاه کوچک حل می شود. دزیمترهای خانگی از شمارنده های گایگر در مواردی ساخته می شوند که:

• هیچ راهی برای خرید دزیمتر آماده وجود ندارد.
• شما به دستگاهی با ویژگی های خاص نیاز دارید.
• مطالعه روند ساخت و تنظیم دزیمتر ضروری است.

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

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