Một bộ đếm geiger thật dễ dàng. Nguyên lý hoạt động của máy đếm geiger và các loại máy đo liều lượng hiện đại
Đánh giá này cung cấp mô tả về một liều kế đơn giản và khá nhạy ghi lại bức xạ beta và gamma thậm chí không đáng kể. SBM-20 loại trong nước hoạt động như một cảm biến bức xạ.
Bề ngoài, nó trông giống như một hình trụ kim loại với đường kính 12 mm và dài khoảng 113 mm. Điện áp hoạt động của nó là 400 vôn. Cảm biến nước ngoài ZP1400, ZP1320 hoặc ZP1310 có thể hoạt động như một cảm biến tương tự.
Mô tả hoạt động của liều kế trên máy đếm Geiger SBM-20
Mạch liều kế chỉ được cung cấp bởi một pin 1,5 vôn, vì mức tiêu thụ hiện tại không vượt quá 10 mA. Nhưng vì điện áp hoạt động của cảm biến bức xạ SBM-20 là 400 vôn, một bộ chuyển đổi điện áp được sử dụng trong mạch, giúp tăng điện áp từ 1,5 vôn lên 400 vôn. Về vấn đề này, cần hết sức thận trọng khi thiết lập và sử dụng liều kế!
Bộ chuyển đổi lên của liều kế không hơn gì một bộ tạo chặn đơn giản. Xung điện áp cao xuất hiện trên cuộn thứ cấp (cực 5 - 6) của máy biến áp Tr1 được chỉnh lưu bằng diode VD2. Diode này phải có tần số cao, vì các xung đủ ngắn và có tốc độ lặp lại cao.
Nếu bộ đếm Geiger SBM-20 nằm ngoài vùng bức xạ, sẽ không có dấu hiệu âm thanh hoặc ánh sáng, vì cả hai bóng bán dẫn VT2 và VT3 đều bị khóa.
Khi các hạt beta hoặc gamma chạm vào cảm biến SBM-20, khí bên trong cảm biến bị ion hóa, do đó một xung được tạo ra ở đầu ra, đi đến bộ khuếch đại bóng bán dẫn và nghe thấy tiếng tách trong vỏ điện thoại BF1 và đèn LED HL1 nhấp nháy.
Bên ngoài vùng bức xạ cường độ cao, đèn LED nhấp nháy và nhấp nháy từ hộp điện thoại cứ sau 1 ... 2 giây. Điều này cho thấy một bức xạ nền bình thường, tự nhiên.
Khi liều kế tiếp cận bất kỳ vật thể nào có bức xạ mạnh (quy mô của dụng cụ máy bay trong chiến tranh hoặc mặt số phát sáng của đồng hồ cũ), các tiếng nhấp chuột sẽ trở nên thường xuyên hơn và thậm chí có thể hợp nhất thành một vết nứt liên tục, đèn LED HL1 sẽ liên tục trên.
Máy đo liều cũng được trang bị một kim chỉ thị - một microam kế. Một điện trở tông đơ được sử dụng để điều chỉnh độ nhạy của kết quả đọc.
Chi tiết về thiết bị đo liều lượng
Máy biến áp của bộ chuyển đổi Tr1 được chế tạo trên lõi bọc thép có đường kính khoảng 25 mm. Các cuộn dây 1-2 và 3-4 được quấn bằng dây đồng tráng men có đường kính 0,25 mm và chứa lần lượt 45 và 15 vòng. Cuộn thứ cấp 5-6 vòng dây đồng có đường kính 0,1 mm, chứa 550 vòng.
Đèn LED có thể được cung cấp cho AL341, AL307. Trong vai trò của VD2, có thể sử dụng hai điốt KD104A bằng cách mắc nối tiếp chúng. Diode KD226 có thể được thay đổi thành KD105V. Transistor VT1 có thể được thay đổi thành KT630 với bất kỳ ký tự nào, thành KT342A. Hộp điện thoại phải được chọn có trở kháng cuộn dây âm thanh lớn hơn 50 ohms. Panme có dòng so lệch tổng là 50 μA.
Kết nối với tác động môi trường Các hoạt động của con người liên quan đến năng lượng hạt nhân, cũng như ngành công nghiệp (kể cả quân sự) sử dụng các chất phóng xạ làm thành phần hoặc cơ sở của các sản phẩm của họ, ngày nay việc nghiên cứu các kiến thức cơ bản về an toàn bức xạ và đo liều lượng bức xạ đã trở nên đủ chủ đề có liên quan... Ngoài các nguồn bức xạ ion hóa tự nhiên, hàng năm ngày càng có nhiều địa điểm bị ô nhiễm bức xạ do hoạt động của con người gây ra. Vì vậy, để giữ gìn sức khỏe của bạn và những người thân yêu, bạn cần biết mức độ ô nhiễm của một khu vực hoặc đồ vật và thực phẩm cụ thể. Điều này có thể được hỗ trợ bởi một liều kế - một thiết bị để đo liều lượng hoặc công suất hiệu quả của bức xạ ion hóa trong một khoảng thời gian nhất định.
Trước khi tiến hành sản xuất (hoặc mua) thiết bị này, bạn phải có ý tưởng về bản chất của thông số đo. Bức xạ ion hóa (bức xạ) là một dòng photon, các hạt cơ bản hoặc các mảnh phân hạch của nguyên tử, có khả năng ion hóa vật chất. Nó được chia thành nhiều loại. Bức xạ alpha là một dòng hạt alpha - hạt nhân heli-4, các hạt alpha được tạo ra trong quá trình phân rã phóng xạ có thể dễ dàng dừng lại bằng một tờ giấy, do đó, nguy hiểm chủ yếu là khi nó vào bên trong cơ thể. Bức xạ beta- đây là dòng electron sinh ra từ quá trình phân rã beta; một tấm nhôm dày vài mm đủ để bảo vệ khỏi các hạt beta có năng lượng lên đến 1 MeV. Bức xạ gamma có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều, vì nó bao gồm các photon năng lượng cao không mang điện tích; các nguyên tố nặng (chì, v.v.) có lớp vài cm có tác dụng bảo vệ. Sức xuyên của tất cả các loại bức xạ ion hóa phụ thuộc vào năng lượng.
Để đăng ký bức xạ ion hóa, bộ đếm Geiger-Muller chủ yếu được sử dụng. Nó đơn giản và thiết bị hiệu quả thường nó là một hình trụ kim loại hoặc thủy tinh, được kim loại hóa từ bên trong và một sợi kim loại mỏng kéo dài dọc theo trục của hình trụ này, bản thân hình trụ được chứa đầy khí hiếm. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự ion hóa khi va chạm. Khi bức xạ ion hóa chạm vào thành của máy đếm, các điện tử bị hất ra khỏi nó, các điện tử, chuyển động trong chất khí và va chạm với các nguyên tử khí, đánh bật các điện tử ra khỏi nguyên tử và tạo ra các ion dương và các điện tử tự do. Điện trường giữa catốt và anốt tăng tốc các electron đến mức năng lượng mà tại đó quá trình ion hóa va chạm bắt đầu. Một đợt tuyết lở các ion xuất hiện, dẫn đến sự nhân lên của các hạt tải điện chính. Với cường độ trường đủ cao, năng lượng của các ion này trở nên đủ để tạo ra các tuyết lở thứ cấp có khả năng duy trì phóng điện tự duy trì, kết quả là dòng điện qua bộ đếm tăng mạnh.
Không phải tất cả các máy đếm Geiger đều có thể ghi lại tất cả các loại bức xạ ion hóa. Chúng chủ yếu nhạy cảm với một bức xạ - bức xạ alpha, beta hoặc gamma, nhưng thường chúng cũng có thể ghi nhận các bức xạ khác ở một mức độ nào đó. Vì vậy, ví dụ, máy đếm SI-8B Geiger được thiết kế để đăng ký bức xạ beta mềm (vâng, tùy thuộc vào năng lượng hạt, bức xạ có thể được chia thành mềm và cứng), nhưng cảm biến này cũng nhạy cảm với bức xạ alpha ở một mức độ nào đó. và bức xạ gamma.
Tuy nhiên, tuy nhiên, khi tiếp cận việc xây dựng bài báo, nhiệm vụ của chúng tôi là tạo ra bộ đếm Geiger đơn giản nhất, có thể di động tự nhiên, hay đúng hơn là một máy đo liều. Để sản xuất thiết bị này, tôi chỉ lấy được SBM-20. Bộ đếm Geiger này được thiết kế để đăng ký bức xạ beta và gamma cứng. Giống như hầu hết các máy đo khác, SBM-20 hoạt động ở 400 vôn.
Các đặc điểm chính của máy đếm Geiger-Muller SBM-20 (bảng từ sách tham khảo):
Máy đếm này có tỷ lệ chính xác tương đối thấp để đo bức xạ ion hóa, nhưng đủ để xác định mức vượt quá liều bức xạ cho phép đối với một người. SBM-20 hiện được sử dụng trong nhiều liều kế gia đình. Để cải thiện hiệu suất, một số ống thường được sử dụng cùng một lúc. Và để tăng độ chính xác của việc đo bức xạ gamma, các liều kế được trang bị bộ lọc bức xạ beta, trong trường hợp này, liều kế chỉ ghi lại bức xạ gamma, nhưng khá chính xác.
Khi đo liều lượng bức xạ, có một số yếu tố cần xem xét có thể quan trọng. Ngay cả khi hoàn toàn không có nguồn bức xạ ion hóa, máy đếm Geiger sẽ tạo ra một số lượng xung nhất định. Đây là cái gọi là nền riêng của quầy. Điều này cũng bao gồm một số yếu tố: ô nhiễm phóng xạ của chính vật liệu của máy đếm, sự phát xạ tự phát của các điện tử từ cực âm của máy đếm và bức xạ vũ trụ. Tất cả điều này tạo ra một lượng xung "phụ" nhất định trên một đơn vị thời gian.
Vì vậy, sơ đồ của một máy đo liều đơn giản dựa trên máy đếm Geiger SBM-20:
Tôi lắp ráp mạch trên bảng mạch:
Mạch không chứa các bộ phận khan hiếm (tất nhiên là ngoại trừ bộ đếm) và không chứa các phần tử lập trình (vi điều khiển), điều này sẽ giúp bạn có thể lắp ráp mạch trong thời gian ngắn mà không gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, một liều kế như vậy không có thang đo, và cần phải xác định liều bức xạ bằng tai theo số lần bấm. Đó là phiên bản cổ điển... Mạch bao gồm một bộ chuyển đổi điện áp 9 vôn - 400 vôn.
Trên vi mạch NE555, một bộ vi mạch đa năng được tạo ra, tần số hoạt động của nó là khoảng 14 kHz. Để tăng tần số hoạt động, bạn có thể giảm giá trị của điện trở R1 xuống khoảng 2,7 kOhm. Điều này sẽ hữu ích nếu cuộn cảm bạn đã chọn (và có thể được tạo ra) sẽ phát ra tiếng rít - với sự gia tăng tần suất hoạt động, tiếng rít sẽ biến mất. Choke L1 được yêu cầu với giá trị danh nghĩa 1000 - 4000 μH. Cách nhanh nhất để tìm một cuộn cảm thích hợp là sử dụng một bóng đèn tiết kiệm năng lượng đã cháy. Một cuộn cảm như vậy được sử dụng trong mạch điện, trong ảnh trên, nó được quấn trên một lõi, thường được sử dụng để sản xuất máy biến áp xung. Transistor T1 có thể được sử dụng với bất kỳ kênh n hiệu ứng trường nào khác với điện áp nguồn tiêu ít nhất là 400 vôn và tốt hơn nữa. Một bộ chuyển đổi như vậy sẽ chỉ cung cấp một vài miliampe dòng điện ở điện áp 400 vôn, nhưng đối với hoạt động của bộ đếm Geiger, điều này sẽ đủ cho đầu vài lần. Sau khi tắt nguồn mạch trên tụ tích điện C3, mạch sẽ hoạt động trong khoảng 20 - 30 giây, với công suất nhỏ. Bộ triệt tiêu VD2 giới hạn điện áp ở mức 400 vôn. Tụ điện C3 phải được sử dụng cho hiệu điện thế ít nhất là 400 - 450 vôn.
Bất kỳ loa piezo hoặc loa nào cũng có thể được sử dụng làm Ls1. Trong trường hợp không có bức xạ ion hóa, dòng điện không chạy qua các điện trở R2 - R4 (trong ảnh có năm điện trở trên bảng mạch, nhưng tổng điện trở của chúng tương ứng với mạch). Ngay sau khi hạt tương ứng chạm vào bộ đếm Geiger bên trong cảm biến, khí bị ion hóa và điện trở của nó giảm mạnh do đó xuất hiện xung dòng điện. Tụ C4 cắt phần không đổi và chỉ truyền một xung dòng điện đến loa. Chúng tôi nghe thấy một tiếng tách.
Trong trường hợp của tôi, hai pin sạc từ điện thoại cũ được sử dụng làm nguồn điện (hai, vì nguồn điện yêu cầu phải lớn hơn 5,5 vôn để khởi động mạch do cơ sở phần tử được áp dụng).
Vì vậy, mạch hoạt động, thỉnh thoảng nhấp chuột. Bây giờ làm thế nào để sử dụng nó. Tùy chọn đơn giản nhất - nhấp chuột một chút - mọi thứ đều tốt, nhấp chuột thường xuyên hoặc nói chung là liên tục - xấu. Một tùy chọn khác là đếm gần đúng số xung mỗi phút và chuyển đổi số lần nhấp chuột thành μR / h. Đối với điều này, cần phải lấy giá trị của độ nhạy của bộ đếm Geiger từ sách tham khảo. Tuy nhiên, các nguồn khác nhau luôn có những con số hơi khác nhau. Tốt nhất, các phép đo trong phòng thí nghiệm nên được thực hiện đối với máy đếm Geiger đã chọn với các nguồn bức xạ tham chiếu. Vì vậy, đối với SBM-20, giá trị độ nhạy thay đổi từ 60 đến 78 lần hiển thị / μR theo các nguồn khác nhau và sách tham khảo. Vì vậy, chúng tôi đã đếm số lượng xung trong một phút, sau đó chúng tôi nhân con số này với 60 để ước tính số xung trong một giờ và chia tất cả cho độ nhạy của cảm biến, nghĩa là, cho 60 hoặc 78, hoặc bất kỳ điều gì bạn muốn. đến gần hơn với thực tế và kết quả là chúng tôi nhận được giá trị tính bằng microR / h. Để có giá trị đáng tin cậy hơn, cần thực hiện một số phép đo và tính giá trị trung bình cộng giữa chúng. Giới hạn trên của mức bức xạ an toàn là khoảng 20 - 25 μR / h. Mức cho phép lên đến khoảng 50 μR / h. Các con số có thể khác nhau giữa các quốc gia.
P.S. Tôi đã được gợi ý để xem xét chủ đề này bởi một bài báo về nồng độ khí radon thâm nhập vào phòng, nước, v.v. ở các vùng khác nhau của đất nước và các nguồn của nó.
Danh sách các nguyên tố phóng xạ
| Chỉ định | Loại | Mệnh giá | Số lượng | Ghi chú | Cửa hàng | Sổ tay của tôi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Bộ định thời và dao động có thể lập trình | NE555 | 1 | Vào notepad | ||
| T1 | Bóng bán dẫn MOSFET | IRF710 | 1 | Vào notepad | ||
| VD1 | Diode chỉnh lưu | 1N4007 | 1 | Vào notepad | ||
| VD2 | Diode bảo vệ | 1V5KE400CA | 1 | Vào notepad | ||
| C1, C2 | Tụ điện | 10 nF | 2 | Vào notepad | ||
| C3 | Tụ điện | 2,7 uF | 1 | Vào notepad | ||
| C4 | Tụ điện | 100 nF | 1 | 400V |
An toàn bức xạ và mức độ ô nhiễm môi trường không làm nhiều người dân các nước trên thế giới bận tâm cho đến khi thảm họa xảy ra, cướp đi sinh mạng và sức khỏe của hàng trăm, hàng nghìn người. Thảm họa nhất về ô nhiễm phóng xạ là Fukushima, Nagasaki và Thảm họa Chernobyl... Những vùng lãnh thổ này và những câu chuyện gắn liền với chúng được lưu giữ trong ký ức của mỗi người cho đến ngày nay và là một bài học mà bất kể tình hình chính sách đối ngoại và mức độ tài chính ra sao, bạn phải luôn lo lắng về an toàn bức xạ. Bạn cần biết bộ đếm Geiger được sử dụng để đăng ký những hạt nào, những biện pháp ứng cứu và phòng ngừa nào cần được thực hiện nếu thảm họa xảy ra.
Bộ đếm Geiger dùng để làm gì? Liên quan đến nhiều thảm họa nhân tạo và sự gia tăng nghiêm trọng mức độ bức xạ trong không khí trong vài thập kỷ qua, nhân loại đã phát minh và sáng chế ra các thiết bị độc đáo và tiện lợi nhất để đăng ký các hạt bằng cách sử dụng máy đếm Geiger cho mục đích gia dụng và công nghiệp. Các thiết bị này giúp bạn có thể đo lường mức độ ô nhiễm bức xạ, cũng như giám sát tĩnh tình hình ô nhiễm trên lãnh thổ hoặc địa phương, có tính đến thời tiết, vị trí địa lý và những thay đổi về khí hậu.
Nguyên lý hoạt động của bộ đếm Geiger là gì? Mua máy đo liều ngay hôm nay loại hộ gia đình và thiết bị máy đếm Geiger ai cũng có thể làm được. Cần lưu ý rằng trong điều kiện bức xạ có thể thuộc cả loại tự nhiên và nhân tạo, một người phải liên tục theo dõi phông bức xạ trong nhà của mình, đồng thời biết chính xác loại hạt mà máy đếm Geiger đăng ký, về các phương pháp và phương pháp bảo vệ dự phòng. . từ các chất ion hóa, v.v. Do một người không thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được bức xạ nếu không có thiết bị đặc biệt, nhiều người có thể rơi vào tình trạng nhiễm trùng trong một thời gian dài mà không hề hay biết.
Máy đếm Geiger cần loại bức xạ nào?
Điều quan trọng cần nhớ là bức xạ có thể khác nhau, nó phụ thuộc vào nó bao gồm những hạt tích điện nào và nó đã lan truyền bao xa so với nguồn của nó. Bộ đếm Geiger dùng để làm gì? Ví dụ, các hạt bức xạ alpha không được coi là nguy hiểm hoặc ăn mòn đối với cơ thể con người, tuy nhiên, nếu tiếp xúc lâu dài, chúng có thể dẫn đến một số dạng bệnh, khối u lành tính và viêm. Bức xạ beta được coi là nguy hiểm nhất và gây bất lợi cho sức khỏe con người. Đó là khi đo các hạt như vậy trong không khí mà nguyên tắc hoạt động của máy đếm Geiger được hướng tới.Điện tích beta có thể được tạo ra một cách nhân tạo do hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân hoặc các phòng thí nghiệm hóa học, và tự nhiên do đá núi lửa và các nguồn ngầm khác. Trong một số trường hợp, nồng độ cao của các nguyên tố ion hóa loại beta trong không khí có thể dẫn đến bệnh ung thư, khối u lành tính, nhiễm trùng, bong tróc niêm mạc, rối loạn tuyến giáp và tủy xương.
Bộ đếm Geiger là gì và bộ đếm Geiger hoạt động như thế nào? Đây là tên của một thiết bị đặc biệt được sử dụng để trang bị cho máy đo liều lượng và máy đo bức xạ trong gia đình và loại chuyên nghiệp... Bộ đếm Geiger là một bộ phận nhạy cảm của máy đo liều, trong điều kiện thiết lập một mức độ nhạy nhất định, giúp tiết lộ nồng độ của các chất ion hóa trong không khí trong một khoảng thời gian xác định.
Máy đếm Geiger, trong ảnh được hiển thị ở trên, lần đầu tiên được phát minh và thử nghiệm trên thực tế vào đầu thế kỷ XX bởi nhà khoa học Walter Müller. Những ưu điểm và nhược điểm của bộ đếm Geiger có thể được đánh giá cao bởi các thế hệ ngày nay. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày và trong lĩnh vực công nghiệp cho đến ngày nay. Một số thợ thủ công thậm chí còn làm một bộ đếm Geiger bằng chính tay của họ.
Cải tiến liều kế bức xạ
Cần phải nói rằng kể từ khi phát minh ra máy đếm và liều kế Geiger cho đến ngày nay, các thiết bị đa năng này đã trải qua nhiều giai đoạn cải tiến và hiện đại hóa. Ngày nay, các thiết bị như vậy không chỉ có thể được sử dụng để kiểm tra mức độ thấp của phông bức xạ trong điều kiện trong nước hoặc trong sản xuất, mà còn sử dụng các mô hình được cải tiến và tối ưu hơn để giúp đo mức độ bức xạ tại các nhà máy điện hạt nhân, cũng như trong quá trình của chiến tranh.Các phương pháp hiện đại sử dụng máy đếm Geiger giúp không chỉ thu được tổng lượng các chất ion hóa trong không khí trong một khoảng thời gian nhất định, mà còn phản ứng với mật độ, mức độ điện tích, loại bức xạ và bản chất của chúng. tác dụng trên bề mặt.
Ví dụ: việc bổ nhiệm các quầy Geiger cho mục đích sử dụng trong gia đình hoặc mục đích cá nhân không có nghĩa là cần phải nâng cấp các khả năng, vì chúng thường được sử dụng cho sử dụng trong gia đình và được sử dụng để kiểm tra bức xạ phông nền trong nhà, trên thực phẩm, quần áo hoặc vật liệu xây dựng có thể chứa một mức phí nhất định. Tuy nhiên, các liều kế công nghiệp và chuyên nghiệp là cần thiết để kiểm tra lượng phát xạ bức xạ phức tạp và nghiêm trọng hơn và phục vụ như một cách thường xuyên để theo dõi trường bức xạ trong nhà máy điện hạt nhân, phòng thí nghiệm hóa học hoặc nhà máy điện hạt nhân.
Đặt hàng tư vấn môi trường miễn phí
Với thực tế là nhiều quốc gia hiện đại ngày nay có tiềm lực vũ khí hạt nhân Mỗi người trên hành tinh nên có liều kế chuyên nghiệp và máy đếm Geiger để có thể kiểm soát trường bức xạ kịp thời trong trường hợp khẩn cấp và thảm họa, cứu sống họ và những người thân yêu của họ. Việc nghiên cứu trước những ưu và nhược điểm của bộ đếm Geiger cũng rất hữu ích.
Điều đáng nói là nguyên lý hoạt động của máy đếm Geiger cung cấp phản ứng không chỉ với cường độ của điện tích bức xạ và lượng hạt ion hóa trong không khí, mà còn cho phép bạn tách bức xạ alpha khỏi bức xạ beta. Vì bức xạ beta được coi là mạnh nhất và mạnh nhất về mặt điện tích và nồng độ ion của nó, các bộ đếm Geiger được bao phủ bởi các kẹp đặc biệt làm bằng chì hoặc thép để kiểm tra nó nhằm lọc ra các yếu tố không cần thiết và không làm hỏng thiết bị trong quá trình thử nghiệm. .
Khả năng làm cỏ và tách các dòng khác nhau loại bức xạ đã cho phép nhiều người ngày nay sử dụng liều kế với chất lượng cao, càng chính xác càng tốt để tính toán mức độ nguy hiểm và ô nhiễm của một vùng lãnh thổ cụ thể với các nguyên tố bức xạ có tính chất khác nhau.
Bộ đếm Geiger bao gồm những gì?
Bộ đếm Geiger được sử dụng ở đâu? Như đã đề cập ở trên, bộ đếm Geiger không phải là một yếu tố riêng biệt, nhưng đóng vai trò là yếu tố hàng đầu và chính trong thiết kế của máy đo liều. Nó là cần thiết để xác minh chất lượng cao nhất và chính xác nhất của bức xạ phông nền trong một khu vực cụ thể.Cần phải nói rằng bộ đếm Geiger có mạch thiết bị tương đối đơn giản. Nói chung, thiết kế của nó có những đặc điểm sau.
Máy đếm Geiger là một thùng nhỏ có chứa khí trơ bên trong. Các nhà sản xuất khác nhau sử dụng các nguyên tố và chất khác nhau như một chất khí. Thông thường, máy đếm Geiger được sản xuất với các hình trụ chứa đầy argon, neon hoặc hỗn hợp của hai chất này. Điều đáng nói là khí nạp vào xi-lanh công-tơ-mét nằm dưới áp suất tối thiểu... Điều này là cần thiết để không có điện áp giữa cực âm và cực dương và không có xung điện.
Cực âm là cấu tạo của toàn bộ mét. Cực dương là một dây hoặc kim loại kết nối giữa xi lanh và cấu trúc chính của liều kế, được kết nối với cảm biến. Cần lưu ý rằng trong một số trường hợp, cực dương phản ứng trực tiếp với các phần tử bức xạ, có thể được sản xuất với lớp phủ bảo vệ đặc biệt cho phép bạn kiểm soát các ion xâm nhập vào cực dương và ảnh hưởng đến các giá trị đo cuối cùng.
Bộ đếm Geiger hoạt động như thế nào?
Sau khi chúng ta đã tìm hiểu những điểm chính về cấu tạo của bộ đếm Geiger, chúng tôi xin mô tả sơ lược về nguyên lý hoạt động của bộ đếm Geiger. Với sự đơn giản của cách sắp xếp, công việc và chức năng của nó cũng cực kỳ dễ giải thích. Bộ đếm Geiger hoạt động theo nguyên tắc sau:- Khi bật liều kế giữa cực âm và cực dương, một điện áp tăng được tạo ra nhờ một điện trở. Tuy nhiên, điện áp không thể giảm trong quá trình hoạt động do xi lanh công tơ được nạp đầy khí trơ.
- Khi một ion tích điện chạm vào cực dương, nó bắt đầu trộn lẫn với một khí trơ để ion hóa. Do đó, phần tử bức xạ được cố định bởi cảm biến và có thể ảnh hưởng đến các số đọc bức xạ nền trong khu vực được thử nghiệm. Kết thúc thử nghiệm thường được báo hiệu bằng âm thanh đặc trưng của máy đếm Geiger.
Bộ đếm Geiger-Muller
NS Để xác định mức độ bức xạ, một thiết bị đặc biệt được sử dụng -. Và đối với các thiết bị gia dụng như vậy và hầu hết các thiết bị kiểm soát liều lượng chuyên nghiệp, nó được sử dụng như một yếu tố nhạy cảm. Máy đo bức xạ ... Bộ phận này của máy đo bức xạ cho phép bạn xác định chính xác mức độ bức xạ.
Lịch sử của sự xuất hiện của bộ đếm Geiger
V thiết bị đầu tiên, một thiết bị để xác định cường độ phân rã của vật liệu phóng xạ ra đời vào năm 1908, nó được phát minh bởi một người Đức nhà vật lý Hans Geiger ... Hai mươi năm sau, cùng với một nhà vật lý khác Walter Müller thiết bị đã được cải tiến và được đặt theo tên của hai nhà khoa học này.
V Trong thời kỳ phát triển và hình thành ngành vật lý hạt nhân ở Liên Xô cũ, các thiết bị thích hợp cũng đã được tạo ra, được sử dụng rộng rãi trong các lực lượng vũ trang, tại các nhà máy điện hạt nhân và trong các nhóm đặc biệt kiểm soát bức xạ của phòng thủ dân sự. Thành phần của các liều kế như vậy, bắt đầu từ những năm bảy mươi của thế kỷ trước, bao gồm một bộ đếm dựa trên các nguyên tắc Geiger, cụ thể là SBM-20 ... Bộ đếm này, giống hệt như bộ đếm khác của nó STS-5 , được sử dụng rộng rãi trong hiện nay và cũng là một phần của phương tiện kiểm soát liều lượng hiện đại .
Hình 1. Bộ đếm xả khí STS-5.
Hình 2. Bộ đếm xả khí SBM-20.
Nguyên lý hoạt động của bộ đếm Geiger-Muller
VÀ Việc đăng ký các hạt phóng xạ do Geiger đề xuất tương đối đơn giản. Nó dựa trên nguyên lý xuất hiện các xung điện trong môi trường khí trơ dưới tác dụng của một hạt phóng xạ tích điện cao hoặc một lượng tử dao động điện từ. Để tìm hiểu chi tiết hơn về cơ chế hoạt động của bộ đếm, chúng ta hãy nghiên cứu một chút về thiết kế của nó và các quá trình xảy ra trong đó, khi một hạt phóng xạ đi qua phần tử nhạy cảm của thiết bị.
NS Thiết bị ghi là một hình trụ hoặc bình chứa kín chứa đầy khí trơ, nó có thể là neon, argon, v.v. Một vật chứa như vậy có thể được làm bằng kim loại hoặc thủy tinh, và khí trong đó có áp suất thấp, điều này được thực hiện nhằm mục đích đơn giản hóa quá trình đăng ký một hạt tích điện. Bên trong thùng chứa có hai điện cực (cực âm và cực dương), được cung cấp điện áp DC cao thông qua một điện trở tải đặc biệt.
Hình 3. Thiết bị và mạch đếm Geiger.
NS Khi đồng hồ được kích hoạt trong môi trường khí trơ, không có sự phóng điện nào xảy ra trên các điện cực do điện trở cao của môi trường, tuy nhiên, tình hình sẽ thay đổi nếu một hạt phóng xạ hoặc một lượng tử dao động điện từ đi vào buồng chứa phần tử nhạy cảm của thiết bị. Trong trường hợp này, một hạt có điện tích có năng lượng đủ lớn sẽ đánh bật một số lượng điện tử nhất định khỏi môi trường gần nhất, tức là từ các phần tử của vỏ hoặc bản thân các điện cực về mặt vật lý. Các electron như vậy, ở trong môi trường khí trơ, dưới tác dụng của hiệu điện thế cao giữa cực âm và cực dương, bắt đầu di chuyển về phía cực dương, làm ion hóa các phân tử của khí này trên đường đi. Kết quả là, chúng đánh bật các electron thứ cấp khỏi các phân tử khí, và quá trình này phát triển trên quy mô hình học cho đến khi xảy ra sự cố giữa các điện cực. Ở trạng thái phóng điện, mạch đóng lại trong một khoảng thời gian rất ngắn, và điều này gây ra bước nhảy dòng điện trong điện trở tải và chính bước nhảy này làm cho nó có thể ghi lại sự truyền của một hạt hoặc lượng tử qua buồng đăng ký.
NS Cơ chế này làm cho nó có thể đăng ký một hạt; tuy nhiên, trong môi trường nơi bức xạ ion hóa đủ cường độ, sự quay trở lại nhanh chóng của buồng đăng ký để điểm xuất phát, để có thể xác định hạt phóng xạ mới ... Điều này được hoàn thành bởi hai những cách khác... Việc đầu tiên trong số chúng bao gồm ngừng cung cấp điện áp cho các điện cực trong một khoảng thời gian ngắn, trong trường hợp này quá trình ion hóa khí trơ dừng đột ngột và việc kích hoạt buồng thử nghiệm mới cho phép bắt đầu đăng ký ngay từ đầu. Loại bộ đếm này được gọi là liều kế không tự chữa cháy ... Loại thiết bị thứ hai, cụ thể là liều kế tự chữa cháy, nguyên tắc hoạt động của chúng là thêm các chất phụ gia đặc biệt vào môi trường khí trơ dựa trên các nguyên tố khác nhau, ví dụ, brom, iốt, clo hoặc rượu. Trong trường hợp này, sự hiện diện của chúng tự động dẫn đến việc chấm dứt phóng điện. Với cấu trúc này của buồng thử nghiệm, các điện trở đôi khi vài chục megohms được sử dụng làm điện trở tải. Điều này cho phép, trong quá trình phóng điện, giảm mạnh sự chênh lệch điện thế ở hai đầu cực âm và cực dương, điều này làm dừng quá trình dẫn điện và buồng trở lại trạng thái ban đầu. Cần lưu ý rằng điện áp trên các điện cực nhỏ hơn 300 volt sẽ tự động ngừng duy trì phóng điện.
Toàn bộ cơ chế được mô tả cho phép đăng ký một lượng lớn các hạt phóng xạ trong một khoảng thời gian ngắn.
Các loại bức xạ
NS để hiểu chính xác những gì đang được đăng ký Geiger - Quầy Muller , nó là giá trị nằm trên những loại hình tồn tại của nó. Cần lưu ý ngay rằng các máy đếm phóng điện, là một phần của hầu hết các máy đo liều hiện đại, chỉ có thể đăng ký lượng hạt hoặc lượng tử mang điện phóng xạ, nhưng không thể xác định đặc tính năng lượng của chúng hoặc loại bức xạ. Vì vậy, liều kế được chế tạo đa chức năng và nhắm mục tiêu hơn, và để so sánh chúng một cách chính xác, người ta nên hiểu chính xác hơn về khả năng của chúng.
NS về các khái niệm hiện đại của vật lý hạt nhân bức xạ bức xạ có thể được chia thành hai loại, loại thứ nhất ở dạng trường điện từ , thứ hai trong biểu mẫu dòng chảy hạt (bức xạ tiểu thể). Loại đầu tiên bao gồm thông lượng hạt gamma hoặc tia X ... Tính năng chính của chúng là khả năng lan truyền dưới dạng sóng trên một khoảng cách rất xa, trong khi chúng dễ dàng đi qua các vật thể khác nhau và có thể dễ dàng xâm nhập vào nhất Vật liệu khác nhau... Ví dụ, nếu một người cần ẩn náu khỏi luồng tia gamma do hậu quả của vụ nổ hạt nhân, sau đó trốn trong tầng hầm của một ngôi nhà hoặc hầm trú bom, với điều kiện là nó tương đối kín, anh ta sẽ có thể tự bảo vệ mình khỏi loại bức xạ này chỉ bằng 50 phần trăm.
Hình 4. Lượng tử tia X và tia gamma.
NS Loại bức xạ này có bản chất là xung và được đặc trưng bởi sự lan truyền trong môi trườngở dạng photon hoặc lượng tử, tức là chớp nhoáng bức xạ điện từ... Những bức xạ như vậy có thể có các đặc điểm về năng lượng và tần số khác nhau, ví dụ, tia X có tần số thấp hơn hàng nghìn lần so với tia gamma. Đó là lý do tại sao tia gamma nguy hiểm hơn đáng kể đối với cơ thể con người và tác động của chúng còn tàn phá hơn nhiều.
VÀ bức xạ dựa trên nguyên tắc tiểu thể là các hạt alpha và beta (tiểu thể). Chúng phát sinh do kết quả của một phản ứng hạt nhân, trong đó một số đồng vị phóng xạ được chuyển đổi thành các đồng vị khác với việc giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Trong trường hợp này, các hạt beta là một dòng electron, và các hạt alpha lớn hơn và ổn định hơn nhiều, bao gồm hai neutron và hai proton kết nối với nhau. Trên thực tế, một cấu trúc như vậy có hạt nhân của một nguyên tử heli, vì vậy có thể lập luận rằng dòng của hạt alpha là dòng của hạt nhân heli.
Sự phân loại sau đây được thông qua , hạt alpha có khả năng xuyên thủng kém nhất, để bảo vệ bản thân khỏi chúng, các tông dày là đủ cho một người, hạt beta có khả năng xuyên thấu lớn hơn, để một người có thể tự bảo vệ mình khỏi luồng bức xạ như vậy mà anh ta sẽ cần. bảo vệ kim loại dày vài mm (ví dụ, một tấm nhôm). Thực tế không có sự bảo vệ nào khỏi lượng tử gamma, và chúng lan truyền trong một khoảng cách đáng kể, giảm dần theo khoảng cách từ tâm chấn hoặc nguồn và tuân theo quy luật lan truyền của sóng điện từ.
Hình 5. Hạt phóng xạ loại alpha và beta.
ĐẾN Lượng năng lượng mà cả ba loại bức xạ này sở hữu cũng khác nhau, và lượng lớn nhất trong số chúng được sở hữu bởi thông lượng của các hạt alpha. Ví dụ, năng lượng của các hạt alpha lớn hơn bảy nghìn lần so với năng lượng của các hạt beta , I E. sức thâm nhập các loại khác nhau bức xạ, ở phía sau mối quan hệ tỷ lệ từ khả năng xuyên thấu của chúng.
NS Đối với cơ thể con người, loại bức xạ phóng xạ nguy hiểm nhất được coi là lượng tử gamma , do sức xuyên thấu cao, và sau đó giảm dần, các hạt beta và hạt alpha. Do đó, việc xác định hạt alpha là khá khó khăn, nếu dùng máy đếm thông thường thì không thể xác định được. Geiger - Muller, vì hầu hết mọi vật thể đều là chướng ngại vật đối với họ, chưa kể đến thủy tinh hoặc thùng kim loại... Có thể xác định các hạt beta bằng bộ đếm như vậy, nhưng chỉ khi năng lượng của chúng đủ để đi qua vật liệu của bình chứa bộ đếm.
Đối với các hạt beta có năng lượng thấp, máy đếm Geiger - Müller thông thường không hiệu quả.
O tình huynh đệ với bức xạ gamma, có khả năng chúng sẽ đi qua thùng chứa mà không kích hoạt phản ứng ion hóa. Đối với điều này, một màn hình đặc biệt (làm bằng thép dày đặc hoặc chì) được lắp đặt trong các bộ đếm, giúp giảm năng lượng của lượng tử gamma và do đó kích hoạt sự phóng điện trong buồng đếm.
Đặc điểm cơ bản và sự khác biệt của bộ đếm Geiger - Muller
VỚI Nó cũng sẽ nêu bật một số đặc điểm cơ bản và sự khác biệt của các liều kế khác nhau được trang bị bộ đếm Geiger-Muller xả khí... Để làm điều này, bạn nên so sánh một số trong số chúng.
Các bộ đếm Geiger-Muller phổ biến nhất được trang bị hình trụ hoặc cảm biến cuối... Hình trụ tương tự như một hình trụ thuôn dài ở dạng ống có bán kính nhỏ. Buồng ion hóa cuối có hình tròn hoặc hình chữ nhật với kích thước nhỏ, nhưng có bề mặt làm việc cuối đáng kể. Đôi khi có nhiều loại buồng cuối có ống hình trụ thuôn dài với cửa sổ hút gió nhỏ ở phía cuối. Các cấu hình khác nhau các bộ đếm, cụ thể là bản thân các máy ảnh, có thể đăng ký các loại bức xạ khác nhau hoặc sự kết hợp của chúng, (ví dụ, sự kết hợp của tia gamma và tia beta, hoặc toàn bộ quang phổ của alpha, beta và gamma). Điều này trở nên khả thi do thiết kế được phát triển đặc biệt của thân đồng hồ, cũng như vật liệu chế tạo nó.
E Một thành phần quan trọng khác cho việc sử dụng máy đo mục tiêu là khu vực của phần tử cảm biến đầu vào và khu vực làm việc ... Nói cách khác, đây là lĩnh vực mà thông qua đó các hạt phóng xạ được quan tâm sẽ đi vào và được đăng ký. Diện tích này càng lớn, máy đếm càng có khả năng thu nhận các hạt và độ nhạy của nó với bức xạ càng mạnh. Dữ liệu hộ chiếu cho biết diện tích bề mặt làm việc, thường tính bằng cm vuông.
E một lần nữa chỉ số quan trọng, được chỉ ra trong các đặc điểm của liều kế, là độ lớn tiếng ồn (đo bằng xung trên giây). Nói cách khác, chỉ số này có thể được gọi là giá trị nền của chính nó. Nó có thể được xác định trong điều kiện phòng thí nghiệm bằng cách đặt thiết bị trong phòng hoặc buồng được bảo vệ tốt, thường có tường chì dày và ghi lại mức bức xạ mà thiết bị tự phát ra. Rõ ràng là nếu mức này đủ đáng kể, thì những nhiễu cảm ứng này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sai số đo.
Mọi chuyên gia và bức xạ đều có đặc điểm như độ nhạy bức xạ, cũng được đo bằng xung trên giây (imp / s) hoặc theo xung trên micro-roentgen (imp / μR). Một thông số như vậy, hay đúng hơn là việc sử dụng nó, phụ thuộc trực tiếp vào nguồn bức xạ ion hóa, mà bộ đếm được điều chỉnh, và theo đó phép đo tiếp theo sẽ được thực hiện. Thông thường, việc điều chỉnh được thực hiện theo các nguồn bao gồm các chất phóng xạ như radium - 226, coban - 60, xêzi - 137, cacbon - 14 và các nguồn khác.
E Một chỉ số khác mà các liều kế nên được so sánh là hiệu quả phát hiện bức xạ ion hoặc các hạt phóng xạ. Sự tồn tại của tiêu chí này là do không phải tất cả các hạt phóng xạ đi qua phần tử nhạy cảm của liều kế sẽ được đăng ký. Điều này có thể xảy ra khi lượng tử tia gamma không gây ra sự ion hóa trong buồng đếm, hoặc số lượng các hạt đi qua và gây ra sự ion hóa và phóng điện quá lớn đến mức thiết bị đếm chúng không đầy đủ và vì một số lý do khác. Để xác định đặc điểm này liều kế cụ thể, nó được thử nghiệm bằng cách sử dụng một số nguồn phóng xạ, ví dụ, plutonium-239 (cho các hạt alpha), hoặc thallium - 204, strontium - 90, yttrium - 90 (beta emitter), cũng như các vật liệu phóng xạ khác.
VỚI tiêu chí tiếp theo mà nó cần phải dừng lại là phạm vi năng lượng được ghi lại ... Bất kỳ hạt phóng xạ hoặc lượng tử bức xạ nào đều có một đặc tính năng lượng khác nhau. Do đó, liều kế được thiết kế để đo không chỉ một loại bức xạ cụ thể, mà còn đo các đặc tính năng lượng tương ứng của chúng. Chỉ số này được đo bằng megaelectronvolts hoặc kiloelectronvolts, (MeV, KeV). Ví dụ, nếu các hạt beta không có đủ năng lượng, thì chúng sẽ không thể đánh bật một electron trong buồng phản xạ, và do đó sẽ không được đăng ký, hoặc chỉ các hạt alpha năng lượng cao mới có thể xuyên thủng vật liệu. của vật phản Geiger-Muller và đánh bật electron.
VÀ Dựa trên những điều đã nói ở trên, các nhà sản xuất liều kế bức xạ hiện đại sản xuất nhiều loại thiết bị cho các mục đích khác nhau và các ngành công nghiệp cụ thể. Vì vậy, nó là giá trị xem xét các loại quầy Geiger cụ thể.
Các tùy chọn khác nhau Geiger - Quầy Muller
NS Phiên bản đầu tiên của liều kế là một thiết bị được thiết kế để đăng ký và phát hiện các photon gamma và bức xạ beta tần số cao (cứng). Hầu hết tất cả các thiết bị được sản xuất trước đây và hiện đại, cả thiết bị gia dụng và thiết bị đo liều lượng bức xạ chuyên nghiệp, đều được thiết kế cho dải đo này, ví dụ:. Bức xạ như vậy có đủ năng lượng và khả năng xuyên thấu cao để buồng đối chiếu Geiger ghi nhận chúng. Các hạt và photon như vậy dễ dàng xuyên qua thành của bộ đếm và gây ra quá trình ion hóa, và điều này dễ dàng được ghi lại bằng cách điền đầy điện tử tương ứng của liều kế.
NS Để đăng ký loại bức xạ này, các quầy phổ biến như SBM-20 có phần cảm ở dạng bóng ống hình trụ với cực âm và cực dương dây được bố trí đồng trục. Hơn nữa, các thành của ống cảm biến vừa đóng vai trò là cực âm vừa là vỏ bọc, và được làm bằng thép không gỉ... Bộ đếm này có các đặc điểm sau:
- diện tích của khu vực làm việc của phần tử nhạy cảm là 8 cm vuông;
- độ nhạy bức xạ đối với bức xạ gamma bậc 280 lần hiển thị / s, hoặc 70 lần hiển thị / μR (thử nghiệm được thực hiện đối với xêzi - 137 ở 4 μR / s);
- nền nội tại của liều kế là khoảng 1 xung / s;
- Cảm biến được thiết kế để ghi lại bức xạ gamma có năng lượng trong khoảng từ 0,05 MeV đến 3 MeV, và các hạt beta có năng lượng 0,3 MeV ở biên dưới.
Hình 6. Thiết bị đếm Geiger SBM-20.
Có quầy này tồn tại sửa đổi khác nhau, Ví dụ, SBM-20-1 hoặc SBM-20U , có các đặc điểm tương tự, nhưng khác nhau về thiết kế cơ bản của các phần tử tiếp xúc và mạch đo. Các sửa đổi khác của máy đếm Geiger-Muller này, và đây là SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG có các thông số tương tự, nhiều trong số chúng được tìm thấy trong các máy đo bức xạ gia dụng có thể được tìm thấy trong các cửa hàng ngày nay.
VỚI Nhóm thiết bị đo liều bức xạ tiếp theo được thiết kế để đăng ký các photon gamma và tia X ... Nếu chúng ta nói về độ chính xác của các thiết bị như vậy, thì cần hiểu rằng bức xạ photon và gamma là lượng tử bức xạ điện từ di chuyển với tốc độ ánh sáng (khoảng 300.000 km / s), vì vậy việc đăng ký một đối tượng như vậy là một nhiệm vụ khá khó khăn. .
Hiệu suất của các bộ đếm Geiger như vậy là khoảng một phần trăm.
NS Để tăng nó, cần phải tăng bề mặt catốt. Trên thực tế, các lượng tử gamma được ghi lại một cách gián tiếp, nhờ các điện tử bị chúng đánh bật ra, sau đó tham gia vào quá trình ion hóa một khí trơ. Để thúc đẩy hiện tượng này một cách hiệu quả nhất có thể, vật liệu và độ dày của các thành của buồng đo, cũng như kích thước, độ dày và chất liệu của cực âm, được lựa chọn đặc biệt. Ở đây, độ dày và mật độ lớn của vật liệu có thể làm giảm độ nhạy của máy ảnh đăng ký và quá nhỏ sẽ cho phép bức xạ beta tần số cao dễ dàng xâm nhập vào máy ảnh, đồng thời cũng làm tăng lượng nhiễu bức xạ tự nhiên cho thiết bị, điều này sẽ át đi độ chính xác của việc xác định lượng tử gamma. Đương nhiên, tỷ lệ chính xác được lựa chọn bởi các nhà sản xuất. Trên thực tế, dựa trên nguyên tắc này, liều kế được sản xuất dựa trên Geiger - Quầy Muller vì định nghĩa trực tiếp bức xạ gamma trên mặt đất, trong khi một thiết bị như vậy loại trừ khả năng xác định bất kỳ loại bức xạ và phơi nhiễm phóng xạ nào khác, cho phép bạn xác định chính xác mức độ và ô nhiễm bức xạ tác động tiêu cực mỗi người chỉ cho bức xạ gamma.
V Các máy đo liều trong nước lắp cảm biến hình trụ lắp các loại sau: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 và nhiều loại khác. Hơn nữa, trong một số loại, một bộ lọc đặc biệt được cài đặt trên cửa sổ đầu vào, đầu cuối, cửa sổ nhạy cảm, phục vụ cụ thể để cắt các hạt alpha và beta, đồng thời tăng diện tích cathode để xác định lượng tử gamma hiệu quả hơn. Các cảm biến này bao gồm Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M và những cảm biến khác.
NS Để hiểu rõ ràng hơn về nguyên lý hoạt động của chúng, bạn nên xem xét chi tiết hơn một trong những bộ đếm này. Ví dụ, một bộ đếm kết thúc với một cảm biến Beta - 2 triệu , có một cửa sổ làm việc tròn, rộng khoảng 14 cm vuông. Trong trường hợp này, độ nhạy bức xạ đối với coban - 60 là khoảng 240 Imp / μR. Loại đồng hồ này có giá trị tự nhiễu rất thấp. , không quá 1 xung mỗi giây. Điều này có thể xảy ra do buồng chì có vách dày, do đó, được thiết kế để ghi lại bức xạ photon với năng lượng trong khoảng từ 0,05 MeV đến 3 MeV.
Hình 7. Bộ đếm gamma kết thúc Beta-2M.
Để xác định bức xạ gamma, hoàn toàn có thể sử dụng các bộ đếm xung gamma-beta, được thiết kế để đăng ký các hạt beta cứng (tần số cao và năng lượng cao) và lượng tử gamma. Ví dụ: kiểu SBM - 20. Nếu trong kiểu máy đo liều này, bạn muốn loại trừ đăng ký của các hạt beta, thì bạn chỉ cần lắp một tấm chắn chì hoặc một tấm chắn làm bằng bất kỳ vật liệu kim loại nào khác (tấm chắn chì hiệu quả hơn ). Đây là phương pháp phổ biến nhất được hầu hết các nhà thiết kế sử dụng để xây dựng bộ đếm gamma và tia X.
Đăng ký bức xạ beta "mềm".
ĐẾN Như chúng ta đã đề cập, việc đăng ký bức xạ beta mềm (bức xạ có đặc tính năng lượng thấp và tần số tương đối thấp) là một nhiệm vụ khá khó khăn. Đối với điều này, cần phải cung cấp khả năng xâm nhập dễ dàng hơn vào phòng đăng ký. Đối với những mục đích này, một mỏng đặc biệt cửa sổ làm việc thường được làm bằng mica hoặc màng polyme, thực tế không cản trở sự xâm nhập của loại bức xạ beta này vào buồng ion hóa. Trong trường hợp này, bản thân thân cảm biến có thể hoạt động như cực âm, và cực dương là một hệ thống các điện cực tuyến tính, được phân bố đều và gắn trên chất cách điện. Cửa sổ đăng ký được thực hiện ở phiên bản cuối và trong trường hợp này chỉ có một màng mica mỏng xuất hiện trên đường đi của các hạt beta. Trong các liều kế có bộ đếm như vậy, bức xạ gamma được ghi lại như một ứng dụng và trên thực tế, như cơ hội bổ sung... Và nếu cần loại bỏ đăng ký lượng tử gamma, thì cần phải thu nhỏ bề mặt catốt.
Hình 8. Thiết bị của bộ đếm Geiger cuối.
VỚI Cần lưu ý rằng máy đếm để xác định các hạt beta mềm đã được tạo ra cách đây khá lâu và đã được sử dụng thành công vào nửa sau của thế kỷ trước. Trong số đó, phổ biến nhất là cảm biến loại SBT10 và SI8B trong đó có cửa sổ làm việc bằng mica vách mỏng. Hơn phiên bản hiện đại một thiết bị như vậy Beta 5 có diện tích cửa sổ làm việc khoảng 37 sq / cm, hình hộp chữ nhật từ chất liệu mica. Đối với kích thước của một phần tử nhạy cảm như vậy, thiết bị có thể đăng ký khoảng 500 imp / μR, nếu được đo bằng coban - 60. Hiệu quả phát hiện hạt lên đến 80 phần trăm. Các chỉ số khác của thiết bị này như sau: nhiễu nội tại là 2,2 xung / s, phạm vi xác định năng lượng từ 0,05 đến 3 MeV, trong khi ngưỡng dưới để xác định bức xạ beta mềm là 0,1 MeV.
Hình 9. Bộ đếm beta-gamma end-face Beta-5.
VÀ tự nhiên đáng nói Geiger - Quầy Muller có khả năng đăng ký các hạt alpha. Nếu việc đăng ký bức xạ beta mềm dường như là một nhiệm vụ khá khó khăn, thì việc cố định một hạt alpha, thậm chí có thông số năng lượng cao, thậm chí còn nhiều hơn nhiệm vụ khó khăn... Vấn đề như vậy chỉ có thể được giải quyết bằng cách giảm độ dày của cửa sổ làm việc xuống tương ứng với độ dày đủ để hạt alpha đi qua buồng đăng ký của cảm biến, cũng như bằng cách tiếp cận gần như hoàn chỉnh của cửa sổ đầu vào nguồn bức xạ của các hạt alpha. Khoảng cách này phải là 1 mm. Rõ ràng là một thiết bị như vậy sẽ tự động đăng ký bất kỳ loại bức xạ nào khác, và hơn nữa, với đủ hiệu quả cao... Điều này có cả mặt tích cực và mặt tiêu cực:
Khả quan - một thiết bị như vậy có thể được sử dụng cho phạm vi phân tích bức xạ rộng nhất
Phủ định - do độ nhạy tăng lên, một lượng nhiễu đáng kể sẽ xuất hiện, điều này sẽ làm phức tạp việc phân tích dữ liệu đăng ký thu được.
ĐẾN Ngoài ra, cửa sổ làm việc bằng mica quá mỏng tuy làm tăng khả năng của quầy nhưng lại gây hại cho độ bền cơ học và độ kín của buồng ion hóa, đặc biệt vì bản thân cửa sổ đã đủ khu vực rộng lớn bề mặt công việc. Để so sánh, trong quầy SBT10 và SI8B, mà chúng tôi đã đề cập ở trên, với diện tích cửa sổ làm việc khoảng 30 sq / cm, độ dày của lớp mica là 13 - 17 micron và với độ dày cần thiết để đăng ký các hạt alpha. 4-5 micron, đầu vào cửa sổ chỉ có thể được thực hiện không quá 0,2 sq / cm, chúng tôi đang nói về bộ đếm SBT9.
O Tuy nhiên, độ dày lớn của cửa sổ làm việc đăng ký có thể được bù đắp bằng khoảng cách gần đối tượng phóng xạ và ngược lại, với độ dày tương đối nhỏ của cửa sổ mica, có thể đăng ký một hạt alpha ở khoảng cách lớn hơn 1 –2 mm. Cần đưa ra một ví dụ, với độ dày cửa sổ lên đến 15 micron, cách tiếp cận nguồn bức xạ alpha phải nhỏ hơn 2 mm, trong khi nguồn hạt alpha được hiểu là plutonium - 239 phát ra năng lượng bức xạ 5 MeV. Chúng ta hãy tiếp tục, với độ dày của cửa sổ lối vào lên đến 10 micron, có thể đăng ký các hạt alpha đã ở khoảng cách lên đến 13 mm, nếu chúng ta làm một cửa sổ mica dày đến 5 micron, thì bức xạ alpha sẽ được ghi lại ở khoảng cách 24 mm, v.v. Một lần nữa thông số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phát hiện các hạt alpha, là chỉ số năng lượng của chúng. Nếu năng lượng của một hạt alpha lớn hơn 5 MeV, thì khoảng cách đăng ký của nó đối với độ dày của cửa sổ làm việc của bất kỳ loại nào cũng sẽ tăng lên tương ứng, và nếu năng lượng nhỏ hơn, thì khoảng cách cũng phải giảm, tối đa hoàn toàn không thể đăng ký bức xạ alpha mềm.
E một lần nữa tâm điểm, cho phép tăng độ nhạy của bộ đếm alpha, làm giảm khả năng đăng ký đối với bức xạ gamma. Để làm được điều này, chỉ cần giảm thiểu kích thước hình học của catốt là đủ, và các photon gamma sẽ đi qua buồng đăng ký mà không gây ra ion hóa. Biện pháp này có thể làm giảm ảnh hưởng đến sự ion hóa của lượng tử gamma xuống hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn lần. Không còn có thể loại bỏ ảnh hưởng của bức xạ beta đối với camera đăng ký, nhưng có một cách khá đơn giản để thoát khỏi tình trạng này. Đầu tiên, bức xạ alpha và beta của loại tổng được ghi lại, sau đó một bộ lọc giấy dày được lắp đặt và phép đo thứ hai được thực hiện, sẽ chỉ ghi lại các hạt beta. Giá trị của bức xạ alpha trong trường hợp này được tính bằng hiệu giữa tổng bức xạ và một chỉ số riêng của phép tính bức xạ beta.
Ví dụ , rất đáng để đưa ra các đặc điểm của máy đếm Beta-1 hiện đại, cho phép đăng ký bức xạ alpha, beta, gamma. Các chỉ số này là:
- diện tích của vùng làm việc của phần tử nhạy cảm là 7 sq / cm;
- độ dày của lớp mica là 12 micron, (khoảng cách phát hiện hiệu quả của các hạt alpha đối với plutonium là 239, khoảng 9 mm, đối với coban - 60, độ nhạy bức xạ đạt khoảng 144 xung / μR);
- hiệu suất đo bức xạ đối với hạt alpha - 20% (đối với plutonium - 239), hạt beta - 45% (đối với thallium -204), và lượng tử gamma - 60% (đối với thành phần stronti - 90, yttrium - 90);
- nền bên trong của liều kế là khoảng 0,6 xung / s;
- Cảm biến được thiết kế để ghi nhận bức xạ gamma có năng lượng trong khoảng từ 0,05 MeV đến 3 MeV, và các hạt beta có năng lượng hơn 0,1 MeV ở biên dưới và các hạt alpha có năng lượng từ 5 MeV trở lên.
Hình 10. Kết thúc bộ đếm alpha-beta-gamma Beta-1.
ĐẾN tất nhiên, vẫn còn đủ phạm vi rộng quầy được thiết kế để sử dụng hẹp hơn và chuyên nghiệp hơn. Các thiết bị như vậy có một số cài đặt và tùy chọn bổ sung (điện, cơ, đo bức xạ, khí hậu, v.v.), bao gồm nhiều điều khoản và khả năng đặc biệt. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ không tập trung vào chúng. Rốt cuộc, để hiểu nguyên tắc cơ bản hành động Geiger - Quầy Muller , các mô hình được mô tả ở trên là khá đủ.
V Cũng cần nhắc lại rằng có những lớp con đặc biệt. Quầy Geiger được thiết kế đặc biệt để xác định các loại khác nhau bức xạ khác. Ví dụ, để xác định độ lớn của bức xạ tử ngoại, đăng ký và xác định nơtron chậm, nó hoạt động theo nguyên tắc phóng hào quang, và các tùy chọn khác không liên quan trực tiếp đến chủ đề này và sẽ không được xem xét.
Được phát minh vào năm 1908 bởi nhà vật lý người Đức Hans Wilhelm Geiger, một thiết bị có khả năng xác định được sử dụng rộng rãi ngày nay. Lý do cho điều này là độ nhạy cao của thiết bị, khả năng ghi lại nhiều loại bức xạ. Dễ vận hành và chi phí thấp cho phép bạn mua máy đếm Geiger cho bất kỳ ai quyết định đo độc lập mức độ bức xạ bất kỳ lúc nào và ở bất kỳ đâu. Thiết bị này là gì và nó hoạt động như thế nào?
Nguyên lý hoạt động của bộ đếm Geiger
Thiết kế của nó khá đơn giản. Một hỗn hợp khí bao gồm neon và argon, dễ bị ion hóa, được bơm vào một hình trụ kín có hai điện cực. Các điện cực được cung cấp (khoảng 400V), bản thân nó không gây ra bất kỳ hiện tượng phóng điện nào cho đến thời điểm bắt đầu quá trình ion hóa trong môi trường khí của thiết bị. Sự xuất hiện của các hạt đến từ bên ngoài dẫn đến thực tế là các electron sơ cấp, được gia tốc trong trường tương ứng, bắt đầu ion hóa các phân tử khác của môi trường khí. Kết quả là, dưới tác động của điện trường, sự tạo ra các electron và ion mới giống như tuyết lở xảy ra, làm tăng mạnh độ dẫn điện của đám mây electron-ion. Sự phóng điện xảy ra trong môi trường khí của bộ đếm Geiger. Số xung động xảy ra trong một khoảng thời gian nhất định tỷ lệ thuận với số hạt cố định. Đó là phác thảo chung nguyên lý hoạt động của bộ đếm Geiger.
Quá trình ngược lại, do đó môi trường khí trở về trạng thái ban đầu, tự nó xảy ra. Dưới ảnh hưởng của các halogen (thường sử dụng brom hoặc clo), sự tái tổ hợp điện tích mạnh mẽ xảy ra trong môi trường này. Quá trình này diễn ra chậm hơn nhiều, và do đó thời gian cần thiết để khôi phục độ nhạy của bộ đếm Geiger là một đặc tính hộ chiếu rất quan trọng của thiết bị.
Mặc dù nguyên tắc hoạt động của máy đếm Geiger khá đơn giản nhưng nó có khả năng phản ứng với các bức xạ ion hóa của nhiều loại khác nhau. Đó là α-, β-, γ-, cũng như tia X, neutron và mọi thứ phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị. Do đó, cửa sổ vào của máy đếm Geiger có khả năng ghi lại bức xạ α và β mềm được làm bằng mica có độ dày từ 3 đến 10 micron. Để phát hiện, nó được làm từ berili, và tia cực tím từ thạch anh.
Bộ đếm Geiger được áp dụng ở đâu
Nguyên lý hoạt động của máy đếm Geiger là cơ sở cho hoạt động của hầu hết các liều kế hiện đại. Những dụng cụ nhỏ này, có giá thành tương đối thấp, khá nhạy và có khả năng hiển thị kết quả bằng các đơn vị đo lường dễ đọc. Tính dễ sử dụng của chúng cho phép các thiết bị này được vận hành ngay cả đối với những người có khái niệm đo liều lượng rất xa.
Theo khả năng và độ chính xác của phép đo, liều kế có thể chuyên nghiệp và gia dụng. Với sự giúp đỡ của họ, có thể xác định kịp thời và hiệu quả nguồn bức xạ ion hóa có sẵn cả ở khu vực mở và trong nhà.
Các thiết bị này, sử dụng nguyên tắc hoạt động của bộ đếm Geiger trong công việc, có thể nhanh chóng đưa ra tín hiệu nguy hiểm bằng cả hình ảnh và âm thanh hoặc tín hiệu rung. Vì vậy, bạn luôn có thể kiểm tra thực phẩm, quần áo, kiểm tra đồ nội thất, thiết bị, vật liệu xây dựng, v.v. để tìm thấy không có bức xạ có hại cho cơ thể con người.
