Счетчик гейгера-мюллера: история создания, принципы работы и назначение

Принцип действия счётчика Гейгера

По своей конструкции счетчик Гейгера довольно прост. В герметизированный баллон с двумя электродами закачивается газовая смесь, состоящая из неона и аргона, которая легко ионизируется. На электроды подается высокое напряжение (порядка 400В), которое само по себе никаких разрядных явлений не вызывает до того самого момента, пока в газовой среде прибора не начнется процесс ионизации. Появление пришедших извне частиц приводит к тому, что первичные электроны, ускоренные в соответствующем поле, начинают ионизировать иные молекулы газовой среды. В результате под воздействием электрического поля происходит лавинообразное создание новых электронов и ионов, которые резко увеличивают проводимость электронно-ионного облака. В газовой среде счетчика Гейгера происходит разряд. Количество импульсов, возникающих в течение определенного промежутка времени, прямо пропорционально количеству фиксируемых частиц. Таков в общих чертах принцип работы счетчика Гейгера.

Обратный процесс, в результате которого газовая среда возвращается в исходное состояние, происходит сам собой. Под воздействием галогенов (обычно используется бром или хлор) в данной среде происходит интенсивная рекомбинация зарядов. Процесс этот происходит значительно медленнее, а потому время, необходимое для восстановления чувствительности счетчика Гейгера, – очень важная паспортная характеристика прибора.

Несмотря на то что принцип действия счетчика Гейгера довольно прост, он способен реагировать на ионизирующие излучения самых различных видов. Это α-, β-, γ-, а также рентгеновское, нейтронное и ультрафиолетовое излучения. Все зависит от конструкции прибора. Так, входное окно счетчика Гейгера, способного регистрировать α- и мягкое β-излучения, выполняется из слюды толщиной от 3 до 10 микрон. Для обнаружения рентгеновского излучения его изготавливают из бериллия, а ультрафиолетового – из кварца.

Какие параметры нужно учитывать при выборе счетчика

Устройство счетчика Гейгера позволяет определять уровень излучения с большой точностью. Но чтобы сделать правильный выбор, пользователь должен знать технические параметры разных моделей, их режимы работы, достоинства и недостатки:

• Чувствительность. Этот параметр оценивается по соотношению количества микрорентген к числу импульсов, вызываемых излучением. Чувствительность может сильно варьироваться в зависимости от вида источника.
• Площадь рабочей зоны. Этот показатель влияет на размеры устройства. Бытовой счетчик Гейгера имеет небольшие размеры, промышленные отличаются более внушительными габаритами. Чем обширнее площадь рабочей зоны, тем больше активных частиц сможет регистрировать прибор.
• Рабочее напряжение. Этот показатель влияет на рабочие характеристики устройства. Среднее значение составляет 400 В.
• Рабочая температура. Для моделей, которые разрешено использовать в общем применении, этот показатель находится в диапазоне от −50 до +70 градусов. Этот параметр очень важен, так как датчик используется в различных условиях, например, в реакторе, где температура может достигать высоких значений.
• Рабочий ресурс. Он в среднем равен одному миллиарду улавливаемых импульсов. Этот параметр считается только в случае, когда аппарат включен и фиксирует частицы. При отсутствии воздействия напряжения или просто при хранении рабочий ресурс не уменьшается.
• Мертвое время. Этот показатель указывает на период неактивности оборудования после срабатывания от уловленной частицы. Как правило, это значение равняется 10 микросекундам. Именно этот показатель влияет на то, что датчик может зашкалить и не отреагировать вовремя. Поэтому приборы необходимо закрывать свинцовыми экранами.

Все эти факторы указывают на правильную работу датчика и возможность его выбора для решения тех или иных поставленных задач. Счетчик Гейгера, благодаря своему принципу действия, применяется для изучения и контроля радиационного фона на АЭС, в радиоэкологии, медицине, быту, гражданской обороне, лабораторных и научных исследованиях и во многих других случаях.

Раньше счетчиками Гейгера радиация измерялась в рентгенах (Р). Сейчас используют обозначение по системе СИ, поэтому экспозиционная доза выражается в кулонах на килограмм. Чтобы пересчитать ее в рентгены, можно использовать уравнение: 1 Кл/кг = 3876 Р.

В радиационных измерениях основными понятиями являются доза и мощность. Первый показатель — это количество элементарных зарядов, образовавшихся в ходе ионизации вещества. Под мощностью подразумевают скорость образования дозы за единицу времени. Для организма опасна даже минимальная доза, она способна проявить себя отдаленными последствиями. По данным ВОЗ радиационные излучения — одна из основных причин онкологических заболеваний.

https://youtube.com/watch?v=7w5y16Melb4

Виды счётчиков Гейгера

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

Таблица – Основные параметры некоторых счетчиков Гейгера.

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.

Как сделать антенну Харченко для Т2 своими руками.
Читать далее

Устройство и схема трехфазного трансформатора.
Читать далее

Чем отличается пусковой конденсатор от рабочего.
Читать далее

Самодельные дозиметры, зачем они нужны?

Счетчик Гейгера является специфическим элементом дозиметра, совершенно недоступным для самостоятельного изготовления. Кроме того, он встречается только в дозиметрах или продается отдельно в магазинах радиотоваров. Если этот датчик есть в наличии, все остальные компоненты дозиметра могут быть собраны самостоятельно из деталей разнообразной бытовой электроники: телевизоров, материнских плат и др. На радиолюбительских сайтах, форумах сейчас предлагается около десятка конструкций. Собирать стоит именно их, поскольку это самые отработанные варианты, имеющие подробные руководства по настройке и наладке.

Схема включения счетчика Гейгера всегда подразумевает наличие источника высокого напряжения. Типичное рабочее напряжение счетчика — 400 вольт. Его получают по схеме блокинг-генератора, и это самый сложный элемент схемы дозиметра. Выход счетчика можно подключить к усилителю низкой частоты и подсчитывать щелчки в динамике. Такой дозиметр собирается в экстренных случаях, когда времени на изготовление практически нет. Теоретически, выход счетчика Гейгера можно подключить к аудиовходу бытовой аппаратуры, например, компьютера.

Самодельные дозиметры, пригодные для точных измерений, все собираются на микроконтроллерах. Навыки программирования здесь не нужны, так как программа записывается готовой из бесплатного доступа. Сложности здесь типичные для домашнего электронного производства: получение печатной платы, пайка радиодеталей, изготовление корпуса. Все это решается в условиях небольшой мастерской. Самодельные дозиметры из счетчиков Гейгера делают в случаях, когда:

• нет возможности приобрести готовый дозиметр;
• нужен прибор со специальными характеристиками;
• необходимо изучить сам процесс постройки и наладки дозиметра.

Самодельный дозиметр градуируется по естественному фону с помощью другого дозиметра. На этом процесс постройки заканчивается.

Как работает счетчик

Радиация не имеет опознавательных признаков (вкуса, цвета, запаха), без специальной аппаратуры невидимку не распознать. Идея счетчика радиоактивных частиц принадлежит немецким физикам Гейгеру и Мюллеру. Гейгер придумал, Мюллер воплотил идею в жизнь. Схема претерпела мало изменений за 90 лет, прошедших с выпуска первых приборов, настолько она проста и технически совершенна, на ее основе работает большинство современных дозиметров.

Рассмотрим принцип работы классического счетчика Гейгера на примере датчика СМБ-20. Детище компании Росатом представляет собой герметичный баллончик с проволочным анодом внутри. Анод (с зарядом плюс) и стальной корпус прибора (отрицательный катод), наполненный инертным газом, образуют конденсатор.

Ионизирующие частицы, ударяясь о стенки корпуса, выбивают из металла электроны. Прорываясь к аноду сквозь газовую среду, электроны сталкиваются с молекулами газа и пополняют компанию новыми частицами. Напряжение в несколько сотен вольт между полюсами ускоряет процесс, превращает электронный поток в лавину. Газовое наполнение становится проводником. Сила тока резко возрастает. Регистрирующее устройство фиксирует скачок. Одновременно импульс вызывает падение напряжения на встроенном резисторе (высокоомное сопротивление), разность потенциалов между анодом и катодом уменьшается, разряд гасится, и счетчик готов ловить следующую частицу.

Цилиндрический СМБ-20 фиксирует гамма и жесткое бета-излучение, вызванное энергетически активными частицами с высокой проникающей способностью. Для обнаружения мягкого бета-излучения используют плоские счетчики (БЕТА -2) круглые или прямоугольной формы со слюдяным окошком, пропускающим частицы, не способные пробить металлический корпус. Здесь используется тот же принцип работы.

Альфа-частицы плохо распознаются приборами, поскольку активно взаимодействуют с окружающей средой и моментально теряют энергию. Обычный счетчик ловит α-излучение только на расстоянии нескольких сантиметров от источника.

Как правильно выбирать

Чтобы точно ответить на вопрос, какой счетчик Гейгера лучше выбрать, необходимо рассматривать конкретные условия его применения и основные технические параметры:

• Чувствительность – рассматривается как соотношение числа импульсов, задаваемых излучением, и количества микрорентген, выделяемого эталонным источником (имп./мкР). Скорость счета может измеряться и в импульсах за 1 сек. (имп./сек.).
• Параметры площади, сквозь которую проходят частицы (см2). При ее большей величине количество улавливаемых частиц возрастает.
• Рабочее напряжение. Его типичное значение составляет 400 В.
• Ширина рабочей характеристики как расхождение между уровнем напряжения искрового пробоя и его значением в точке выхода на «плато». Стандарт – 100 В.
• Наклон рабочей характеристики – допустимая статистическая ошибка при подсчетах (около 0,15%).
• Рабочая температура (от -50 до +70 градусов).
• Ресурс – максимальное число замеряемых импульсов до появления ошибки.
• Мертвый период, когда проводится ток при срабатывании.
• Собственный фон – излучение деталей устройства.
• Диапазон возможной регистрации – спектр воспринимаемых фотонов и частиц.

Счетчик Гейгера является достаточно полезным устройством, которое используется в работе дозиметров при оценке параметров среды. Существуют разные модели с определенными техническими характеристиками. Они предназначены для регистрации гамма-фотонов, а также альфа и бета-излучения.

Из чего состоит дозиметр.

Часто задаваемые вопросы

Чем отличается счетчик Гейгера от дозиметра?
Счетчик Гейгера – это деталь, датчик ионизирующего излучения в дозиметрической аппаратуре. Дозиметр – прибор, определяющий накопленную дозу ионизирующего излучения. Радиометр – прибор, показывающий мощность дозы ионизирующего излучения в данный момент времени в данной точке.

Почему счетчик Гейгера трещит?
Электрические импульсы во внешней цепи, которые возникают при вспышке разряда, усиливаются. Именно их и регистрирует магнитный счетчик. Число таких импульсов зависит от уровня радиации и, соответственно, напряжения на его электродах. Чем выше радиация, тем сильнее треск.

Какие частицы регистрирует счетчик Гейгера?
Счетчик Гейгера способен регистрировать гамма-частицы и бетта-частицы так как остальные не могут проникнуть в счетчик и вызвать ионизации аргона. внутри счетчика.

Фото счетчика Гейгера

Также рекомендуем просмотреть:

• Полировка фар своими руками
• Строительные леса своими руками
• Точилка для ножей своими руками
• Антенный усилитель
• Восстановление аккумулятора
• Мини паяльник
• Как сделать электрогитару
• Оплетка на руль
• Фонарик своими руками
• Как заточить нож для мясорубки
• Электрогенератор своими руками
• Солнечная батарея своими руками
• Течет смеситель
• Как выкрутить сломанный болт
• Зарядное устройство своими руками
• Схема металлоискателя
• Станок для сверления
• Нарезка пластиковых бутылок
• Аквариум в стене
• Врезка в трубу
• Стеллаж в гараж своими руками
• Симисторный регулятор мощности
• Фильтр низких частот
• Вечный фонарик
• Нож из напильника
• Усилитель звука своими руками
• Трос в оплетке
• Пескоструйный аппарат своими руками
• Генератор дыма
• Ветрогенератор своими руками
• Акустический выключатель
• Воскотопка своими руками
• Туристический топор
• Стельки с подогревом
• Паяльная паста
• Полка для инструмента
• Пресс из домкрата
• Золото из радиодеталей
• Штанга своими руками
• Как установить розетку
• Ночник своими руками
• Аудио передатчик
• Датчик влажности почвы
• Древесный уголь
• Wi-Fi антенна
• Электровелосипед своими руками
• Ремонт смесителя
• Индукционное отопление
• Стол из эпоксидной смолы
• Трещина на лобовом стекле
• Эпоксидная смола
• Как поменять кран под давлением
• Кристаллы в домашних условиях

Помогите проекту, поделитесь в соцсетях 😉

Плато Гейгера

Характеристическая кривая отклика трубки Гейгера-Мюллера при постоянном излучении и изменяющемся напряжении трубки.

Плато Гейгера является диапазон напряжения , в котором трубка ГМ работает в правильном режиме, где ионизация происходит вдоль длины анода. Если на трубку G – M воздействовать постоянным источником излучения и приложенное напряжение увеличивают от нуля, он следует графику тока, показанному в «области Гейгера», где градиент выравнивается; это плато Гейгера.

Более подробно это показано на прилагаемой диаграмме кривой плато Гейгера. Если напряжение трубки постепенно увеличивается от нуля, эффективность обнаружения будет расти до тех пор, пока наиболее энергичное излучение не начнет производить импульсы, которые могут быть обнаружены электроникой. Это «стартовое напряжение». Дальнейшее увеличение напряжения приводит к быстрому увеличению счетчиков до тех пор, пока не будет достигнута «колена» или порог плато, где скорость увеличения счета падает. Здесь напряжение на трубке достаточно, чтобы обеспечить полный разряд вдоль анода для каждого зарегистрированного счета излучения, и влияние различных энергий излучения одинаково. Однако плато имеет небольшой наклон, в основном из-за более низких электрических полей на концах анода из-за геометрии трубки. По мере увеличения напряжения на трубке эти поля усиливаются, вызывая лавины. В конце плато скорость счета снова начинает быстро увеличиваться, пока не начнется непрерывный разряд, когда трубка не может обнаруживать излучение и может быть повреждена.

В зависимости от характеристик конкретной трубки (производитель, размер, тип газа и т. Д.) Диапазон напряжения плато будет варьироваться. Наклон обычно выражается в виде процентного изменения числа отсчетов на 100 В. Для предотвращения общего изменения эффективности из-за изменения напряжения лампы используется регулируемый источник напряжения, и нормальная практика заключается в работе в середине плато для уменьшения эффекта. любых колебаний напряжения.

Возможности счетчиков Гейгера, чувствительность, регистрируемые излучения

С помощью счетчика Гейгера можно зарегистрировать и с высокой точностью измерить гамма- и бета-излучение. К сожалению, нельзя распознать вид излучения напрямую. Это делается косвенным методом с помощью установки преград между сенсором и обследуемым объектом или местностью. Гамма-лучи обладают высокой проницаемостью, и их фон не меняется. Если дозиметр засек бета-излучение, то установка разделительной преграды даже из тонкого листа металла почти полностью перекроет поток бета-частиц.

Примечательная особенность счетчика Гейгера — чувствительность, в десятки и сотни раз превышающая необходимый уровень. Если в совершенно защищенной свинцовой камере включить счетчик, то он покажет огромный естественный радиационный фон. Эти показания не являются дефектом конструкции самого счетчика, что было проверено многочисленными лабораторными исследованиями. Такие данные — следствие естественного радиационного космического фона. Эксперимент только показывает, насколько чувствительным является счетчик Гейгера.

Специально для измерения этого параметра в технических характеристиках указывается значение «чувствительность счетчика имп мкр» (импульсов в микросекунду). Чем больше этих импульсов — тем больше чувствительность.

https://youtube.com/watch?v=UZopH8xpi1w

Измерение радиации счетчиком Гейгера, схема дозиметра

Схему дозиметра можно разделить на два функциональных модуля: высоковольтный блок питания и измерительная схема. Высоковольтный блок питания — аналоговая схема. Измерительный модуль на цифровых дозиметрах всегда цифровой. Это счетчик импульсов, который выводит соответствующее значение в виде цифр на шкалу прибора. Для измерения дозы радиации необходимо подсчитать импульсы за минуту, 10, 15 секунд или другие значения. Микроконтроллер пересчитывает число импульсов в конкретное значение на шкале дозиметра в стандартных единицах измерения радиации. Вот самые распространенные из них:

• рентген (обычно используется микрорентген);
• Зиверт (микрозиверт — мЗв);
• Бэр;
• Грей, рад,
• плотность потока в микроваттах/м2.

Сравнение газоразрядного счетчика Гейгера с полупроводниковым датчиком радиации

Счетчик Гейгера является газоразрядным прибором, а современная тенденция микроэлектроники — повсеместное от них избавление. Были разработаны десятки вариантов полупроводниковых сенсоров радиации. Регистрируемый ими уровень радиационного фона значительно выше, чем для счетчиков Гейгера. Чувствительность полупроводникового сенсора хуже, но у него другое преимущество — экономичность. Полупроводникам не требуется высоковольтного питания. Для портативных дозиметров с батарейным питанием они хорошо подходят. Еще одно их преимущество — регистрация альфа-частиц. Газовый объем счетчика существенно больше полупроводникового сенсора, но все равно его габариты приемлемы даже для портативной техники.

Что такое дозиметр

дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик. Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение.

Я думаю, все согласятся, что щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов. Дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик.

Как сделать счетчик гейгера своими руками.

Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение. Щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов.

Виды счетчика Гейгера

Устройства представлены в двух вариантах:

• Цилиндрические. Этот вид производится с использованием металлической гофрированной трубки с тонкими стенками. Рифленая поверхность придает гильзе дополнительный показатель жесткости, чтобы она была максимально устойчива к атмосферному давлению и не деформировалась. Торцы трубки оборудуются изоляторами для создания герметичности. Они сделаны из стекла и пластмассы термореактивного вида. На них расположены выводы для подключения плат прибора. Такой счетчик Гейгера-Мюллера применяется для регистрации как бета, так и гамма лучей.
• Торцевые или плоские. Этот вид устройства регистрирует еще и на альфа излучение, которое отличается меньшей проходимостью частиц. Конструкция корпуса плоская. В нем есть окно из слюды, обеспечивающее лучшую проходимость частиц.

Счетчиками Гейгера можно просто и быстро найти источник ионизированного излучения и внутри помещений, и на открытой местности. Это довольно дешевые, но надежные и эффективные датчики, поэтому широко используются в таких приборах, как дозиметры. С их помощью можно проверить на радиацию:

• стройматериалы:
• одежду;
• технику;
• мебель;
• продукты питания.

Измерение альфа-, бета- и гамма-излучения

Гамма-излучение измерять наиболее просто. Это электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов (свет — тоже поток фотонов). В отличие от света у него гораздо более высокая частота и очень малая длина волны. Это позволяет ему проникать сквозь атомы. В гражданской обороне гамма-излучение – это проникающая радиация. Она проникает сквозь стены домов, автомобили, различные сооружения и задерживается только слоем земли или бетона в несколько метров. Регистрация гамма-квантов проводится с градуировкой дозиметра по естественному гамма-излучению солнца. Источников радиации не требуется. Совсем другое дело с бета- и альфа-излучением.

https://youtube.com/watch?v=PrCskNjJqGU

Если ионизирующиее излучение α (альфа-излучение) исходит от внешних объектов, то оно почти безопасно и представляет собой поток ядер атомов Гелия. Пробег и проницаемость этих частиц небольшая – нескольких микрометров (максимум миллиметров) – в зависимости от проницаемости среды. Ввиду этой особенности оно почти не регистрируется счетчиком Гейгера. В то же время регистрация альфа-излучения важна, так как эти частицы чрезвычайно опасны при проникновении внутрь организма с воздухом, пищей, водой. Для их декретирования счетчики Гейгера используются ограничено. Больше распространены специальные полупроводниковые сенсоры.

Бета-излучение отлично регистрируется счетчиком Гейгера, потому что бета-частица представляет собой электрон. Она может пролететь сотни метров в атмосфере, но хорошо поглощается металлическими поверхностями. В связи с этим счетчик Гейгера должен иметь окошко из слюды. Металлическая камера изготавливается с небольшой толщиной стенки. Состав внутреннего газа подбирается таким образом, чтобы обеспечить небольшой перепад давления. Детектор бета-излучения ставится на выносном зонде. В быту такие дозиметры мало распространены. Это в основном военная продукция.

Похожие записи:

Убрать супер клей с одежды Курятник своими руками на 10-20 кур пошаговая инструкция Скелетирование листьев в домашних условиях: мастер класс поделки c фото Ручной садовый бур своими руками Генератор сигналов для настройки усилителей Идеи для рабочего и нерабочего пылесова