Главная Обо мне Гостевая книга Обратная связь Новости Ссылки Космонавтика Софт Антенны Конструкции Схемы Модернизация Радиолюбительская технология Справочники QSL-bureau
Счетчики Гейгера-Мюллера. |
Счетчики Гейгера-Мюллера - самые распространенные 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.
В своей основе счетчик Гейгера очень прост. В хорошо вакуумированный герметичный баллон с двумя электродами введена газовая смесь, состоящая в основном из легко ионизируемых неона и аргона. Баллон может быть стеклянным, металлическим и др. Обычно счетчики воспринимают излучение всей своей поверхностью, но существуют и такие, у которых для этого в баллоне предусмотрено специальное «окно».
Схема включения счетчика гейгера
К электродам прикладывают высокое напряжение U ( см рис.), которое само по себе не вызывает каких-либо разрядных явлений. В этом 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 завершается образованием в межэлектродном пространстве электронно-ионного облака, резко увеличивающего его проводимость. В газовой среде счетчика возникает разряд, видимый (если баллон прозрачный) даже простым глазом.
Обратный процесс - возвращение газовой среды в ее исходное состояние в так называемых галогеновых счетчиках - происходит само собой. В действие вступают галогены (обычно хлор или бром), в небольшом количестве содержащиеся в газовой среде, которые способствуют интенсивной рекомбинации зарядов. Но этот процесс идет значительно медленнее. Отрезок времени, необходимый для восстановления радиационной чувствительности счетчика Гейгера и фактически определяющий его быстродействие - «мертвое» время - является важной его паспортной характеристикой.
Такие счетчики называют галогеновыми самогасящимися. Отличаясь самым низким напряжением питания, превосходными параметрами выходного сигнала и достаточно высоким быстродействием, они оказались особенно удобными для применения в качестве датчиков ионизирующего излучения в бытовых приборах радиационного контроля.
Счетчики Гейгера способны реагировать на самые
разные виды ионизирующего излучения - a, b, g,
ультрафиолетовое, рентгеновское, нейтронное. Но реальная
спектральная чувствительность счетчика в
значительной мере зависит от его конструкции.
Так, входное окно счетчика, чувствительного к a- и
мягкому b-излучению, должно быть
очень 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 вызывает появление в его выходной цепи короткого импульса. Число импульсов, возникающих в единицу времени, - скорость счета счетчика Гейгера - зависит от уровня ионизирующей радиации и напряжения на его электродах. Типичный 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 выбирают в середине этого участка. Ему соответствует Nр - скорость счета в этом режиме.
Зависимость скорости счета от уровня радиационного облучения счетчика - важнейшая его характеристика. График этой зависимости имеет почти линейный характер и поэтому нередко радиационную чувствительность счетчика выражают 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 (нередких, к сожалению), судить о радиационной чувствительности счетчика приходится по другому его тоже очень важному параметру - собственному фону. Так называют скорость счета, причиной которой являются две составляющие: внешняя - естественный радиационный фон, и внутренняя - излучение радионуклидов, оказавшихся в самой конструкции счетчика, а также спонтанная электронная эмиссия его катода. («фон» в дозиметрии имеет почти тот же смысл, что и «шум» в радиоэлектронике; в обоих случаях речь идет о принципиально неустранимых воздействиях на аппаратуру.)
Зависимость скорости счета от энергии гамма-квантов ("ход с жесткостью") в счетчике Гейгера
Еще одной важной характеристикой счетчика
Гейгера является зависимость его радиационной
чувствительности от энергии («жесткости»)
ионизирующих частиц. На профессиональном
жаргоне график этой зависимости называют «ходом
с
жесткостью». В какой мере эта зависимость важна,
показывает график на рисунке. «Ход с жесткостью»
будет влиять, очевидно, на точность проводимых измерений.
Не обсуждая вопрос о том, нужна ли высокая точность измерений бытовому радиометру, заметим, что подобные приборы промышленного изготовления отличаются от любительских только лишь коррекцией счетчика по жесткости. Для этого на счетчик надевают «рубашку» - пассивный фильтр, имеющий приблизительно обратную по отношению к счетчику жесткостную характеристику.
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 (в счетчике, на все эти виды излучения реагирующем), ничем не различаются. Сами частицы, их энергии совершенно исчезают в порождаемых ими лавинах-близнецах.
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
СБМ19 |
400 |
100 |
2 |
310* |
50 |
19х195 |
1 |
СБМ20 |
400 |
100 |
1 |
78* |
50 |
11х108 |
1 |
СБТ9 |
380 |
80 |
0,17 |
40* |
40 |
12х74 |
2 |
СБТ10А |
390 |
80 |
2,2 |
333* |
5 |
(83х67х37) |
2 |
СБТ11 |
390 |
80 |
0,7 |
50* |
10 |
(55х29х23,5) |
3 |
СИ8Б |
390 |
80 |
2 |
350-500 |
20 |
82х31 |
2 |
СИ14Б |
400 |
200 |
2 |
300 |
30 |
84х26 |
2 |
СИ22Г |
390 |
100 |
1,3 |
540* |
50 |
19х220 |
4 |
СИ23БГ |
400 |
100 |
2 |
200-400* |
- |
19х195 |
1 |
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.
В таблице приведены сведения о самогасящихся галогеновых счетчиках Гейгера отечественного производства, наиболее подходящих для бытовых приборов радиационного контроля.
Внешний вид и основные размеры некоторых счетчиков Гейгера приведены на рисунке.