Меню

Где применяются счетчики гейгера



Принцип работы счетчика гейгера

Устройство счётчика

Счетчик Гейгера состоит из стеклянной труб­ки, заполненной разряженным газом (аргоном) и запаянной с обоих концов, внутри которой нахо­дится металлический цилиндр (катод) и натянутой внутри цилиндра проволочки (анод).

Катод и анод соединены через сопротивление с источником вы­сокого напряжения (200-1000 В).

Поэтому между анодом и катодом возникает сильное электриче­ское поле.

При попадании ионизирующей частицы внутрь трубки образуется электронно-ионная лави­на и в цепи возникает электрический ток, реги­стрируемый счетным устройством.

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.

Где применяется счетчик Гейгера

Принцип действия счетчика Гейгера положен в основу работы большинства современных дозиметров. Эти небольшие приборы, имеющие относительно невысокую стоимость, отличаются довольно высокой чувствительностью и способны выводить результаты в удобных для восприятия единицах измерения. Простота их использования позволяет эксплуатировать эти приборы даже тем, кто имеет весьма отдаленные понятия о дозиметрии.

По своим возможностям и точности измерений дозиметры бывают профессиональные и бытовые. При помощи них можно своевременно и эффективно определить имеющийся источник ионизированного излучения как на открытой местности, так и внутри помещений.

Эти приборы, использующие в своей работе принцип действия счетчика Гейгера, могут своевременно подать сигнал опасности как при помощи визуальных, так и звуковых или вибросигналов. Так, можно всегда проконтролировать продукты питания, одежду, обследовать мебель, технику, стройматериалы и т. д. на предмет отсутствия вредных для организма человека излучений.

Принцип действия счетчика

Работа счетчика Гейгера основана на несамостоятельном импульсном газовом разряде между металлическими электродами, который инициируется одним или несколькими электронами, появляющимися в результате ионизации газа -, -, или -частицей. В счетчиках обычно используется цилиндрическая конструкция электродов, причем диаметр внутреннего цилиндра (анода) много меньше (2 и более порядков), чем наружного (катода), что имеет принципиальное значение. Характерный диаметр анода 0,1 мм.

Частицы поступают в счетчик через вакуумную оболочку и катод в «цилиндрическом» варианте конструкции (рис. 2,а) или через специальное плоское тонкое окно в «торцевом» варианте конструкции (рис. 2,б). Последний вариант используется для регистрации -частиц, обладающих низкой проникающей способностью (задерживаются, например, листом бумаги), но очень опасных в биологическом отношении при попадании источника частиц внутрь организма. Детекторы со слюдяными окнами используются также для счета -частиц сравнительно малой энергии («мягкое» бэта-излучение).

Читайте также:  Электронный счетчик трехтарифный счетчик

В цилиндрическом варианте счетчика, предназначенного для регистрации -частиц высокой энергии или мягкого рентгеновского излучения, используют тонкостенную вакуумную оболочку, а катод выполняют из тонкой фольги или в виде тонкой пленки металла (медь, алюминий), напылённой на внутреннюю поверхность оболочки. В ряде конструкций тонкостенный металлический катод (с ребрами жесткости) является элементом вакуумной оболочки. Жесткое рентгеновское излучение (-частицы) обладает повышенной проникающей способностью. Поэтому его регистрируют детекторами с достаточно толстыми стенками вакуумной оболочки и массивным катодом. В счетчиках нейтронов катод покрывается тонким слоем кадмия или бора, в котором нейтронное излучение преобразуется в радиоактивное через ядерные реакции.

Объем прибора обычно заполнен аргоном или неоном с небольшой (до 1 %) примесью аргона при давлении, близком к атмосферному (10 -50 кПа). Для устранения нежелательных послеразрядных явлений в газовое наполнение вводится примесь паров брома или спирта (до 1 %).

Способность счетчика Гейгера регистрировать частицы независимо от их рода и энергии (генерировать один импульс напряжения независимо от количества образованных частицей электронов) определяется тем, что благодаря очень малому диаметру анода почти все приложенное к электродам напряжение сосредоточено в узком прианодном слое. За пределами слоя находится “область улавливания частиц”, в которой они ионизируют молекулы газа. Электроны, оторванные частицей от молекул, ускоряются к аноду, но газ ионизируют слабо из-за малой напряженности электрического поля. Ионизация резко усиливается после входа электронов в прианодный слой с большой напряженностью поля, где развиваются электронные лавины (одна или несколько) с очень высокой степенью размножения электронов (до 107). Однако возникающий за счет этого ток еще не достигает величины, соответствующей формированию сигнала датчика.

Дальнейший рост тока до рабочего значения обусловлен тем, что в лавинах одновременно с ионизацией генерируются ультрафиолетовые фотоны с энергией около 15 эВ, достаточной для ионизации молекул примеси в газовом наполнении (например, потенциал ионизации молекул брома равен 12,8 В). Электроны, появившиеся в результате фотоионизации молекул за пределами слоя, ускоряются к аноду, но лавины здесь не развиваются из-за малой напряженности поля и процесс слабо влияет на развитие разряда. В слое ситуация иная: образующиеся фотоэлектроны благодаря большой напряженности инициируют интенсивные лавины, в которых генерируются новые фотоны. Их количество превышает первоначальное и процесс в слое по схеме «фотоны — электронные лавины — фотоны» быстро (несколько микросекунд) нарастает (входит в «спусковой режим»). При этом разряд от места первых лавин, инициированных частицей, распространяется вдоль анода («поперечное зажигание»), анодный ток резко увеличивается и формируется передний фронт сигнала датчика.

Задний фронт сигнала (уменьшение тока) обусловлен двумя причинами: снижением потенциала анода за счет падения напряжения от тока на резисторе (на переднем фронте потенциал поддерживается межэлектродной емкостью) и снижением напряженности электрического поля в слое под действием пространственного заряда ионов после ухода электронов на анод (заряд повышает потенциалы точек, в результате чего перепад напряжения на слое уменьшается, а на области улавливания частиц увеличивается). Обе причины снижают интенсивность развития лавин и процесс по схеме «лавины — фотоны — лавины» затухает, а ток через датчик уменьшается. После окончания импульса тока потенциал анода увеличивается до исходного уровня (с некоторой задержкой из-за заряда межэлектродной емкости через анодный резистор), распределение потенциала в промежутке между электродами возвращается к первоначальной форме в результате ухода ионов на катод и счетчик восстанавливает способность регистрировать поступление новых частиц.

Источник

Счетчик Гейгера. Устройство и принцип работы

Радиационные загрязнения относятся к особо опасным видам загрязнений окружающей среды. После масштабных аварий, вызвавших выбросы радиоактивных частиц стало ясно насколько большой урон это наносит природе и человеку. Такие выбросы заражают почву на многие десятилетия и вызывают мутации в живых организмах. События в Чернобыле, Фукусиме и Нагасаки вызвали последствия, которые до сих пор не исчезли. В их результате погибли тысячи человек и большие территории были заражены.

Читайте также:  Устройство механического трехфазного счетчика

Но радиация может преследовать человека не только вблизи опасных объектов. Существует естественный уровень ионизирующих лучей, который существует из-за космических лучей и процессов в коре земли. Деятельность человека же вызывает повышение радиационного фона, создавая различные техногенные источники излучения. Поэтому так важно контролировать всю деятельность человека на соответствие нормам. Измерение радиации счетчиком Гейгера — это один из самых эффективных способов проведения измерения ионизирующего излучения. Данный прибор способен проводить постоянный мониторинг с учетом погодных условий и географического положения. Он может быть как бытового, так и промышленного использования.

Принцип работы счетчика Гейгера заключается в подсчете радиоактивных частиц, которые попадают прибор. Его внутреннее устройство сделано так, чтобы частицы, попадающие в устройство, смешивались с инертным газом и ионизировались. Именно благодаря этому происходит фиксация результатов.

И хотя радиация может быть естественной это не значит, что она представляет опасности. Даже значения естественного излучения сейчас часто превышают нормы. Все это результат деятельности человека и его влияния на окружающую среду. Перед нами все еще стоит вопрос о влиянии радиации на организм человека. Ученые не так давно начали изучать то, какие последствия вызывают ионизирующие частицы. Но уже точно ясно, что это опасное явление и иногда даже может приводить к летальным исходам. А еще эти частицы крайне опасны из-за того, что их невозможно заметить без прибора и человек очень часто даже может не почувствовать, что заражен радиацией.

Как работает счетчик Гейгера?

Этот прибор представляет собой устройство, которое может точно фиксировать количество ионизирующих частиц. Все происходит благодаря реакции, которая приводит к появлению импульсов. Сам прибор не является сложным по схеме работы и действие счетчика Гейгера происходит по следующему принципу:

  1. Внутри прибора находятся катод и анод, и при включении возникает повышенное электрическое напряжение. Катод заполняется газом. Так в основном используют аргон, неон или их смесь.
  2. После этого ионизирующая частица попадает в прибор и начинает смешиваться с газом. Благодаря электрическому полю сила реакции усиливается и поэтому можно легко зафиксировать количество разрядов. Эти разряды соответствуют количеству частиц. Прибор подсчитывает количество разрядов за определенный период времени. После окончания фиксации частиц прибор издает звуковой сигнал.

Сейчас счетчики постоянно модернизируются и дополняются новыми элементами. Так можно встретить аноды, покрытые специальным покрытием. Оно позволяет фильтровать излучение, и прибор фиксирует только бета-излучение. Поэтому результаты становятся более точными. Устройство счетчика Гейгера может зависеть от того, какие дополнительные функции предусмотрены моделью.

Из чего состоит счетчик Гейгера?

Дозиметр радиации Гейгера включает в себя счетчик, который позволяет производить подсчет радиации. Конденсатор точно фиксирует вредное для человека излучение.

И хотя этот прибор дает точные и быстрые результаты, устройство счетчика Гейгера не является сложным.

Счетчик представляет собой контейнер с инертным газом. В зависимости от модели могут использоваться разные вещества и элементы. Но чаще всего используется аргон или неон, которые закачиваются в баллоны, но иногда можно встретить и их смесь. Газ в баллоне находится под минимальным давлением для того, чтобы между катодом и анодом не возникало электрических импульсов.

В приборе можно выделить трубку и специальную натянутую нить, которая натянута по оси цилиндра. Именно они выступают катодом и анодом. Анод может быть как проволокой, так и металлическим соединением. Сейчас иногда его покрывают специальным покрытием, которое улучшает точность результатов фильтруя излучение.

Приборы могут быть как профессиональные, так и бытовые и это влияет на их устройство. Профессиональные измерители могут содержать дополнительные компоненты.

От какой радиации нужен счетчик Гейгера?

Для того, чтобы измерение радиации счетчиком Гейгера следует знать о видах радиации. Все зависит от состава излучения, то есть из каких частиц оно состоит и насколько далеко источник. Именно виды частиц влияют на то, какие последствия вызовет излучение у человека. Альфа-частицы считаются наиболее безопасными для человека, но даже они при длительном воздействии способны вызывать заболевания, опухоли и необратимые изменения в организме. В это же время наиболее опасным видом излучений является излучение, в котором принимают участие бета-частицы. Так как это опасное излучение именно его чаще всего фиксирует счетчик Гейгера.

Читайте также:  Счетчик яндекс метрика за месяц

Бета-частицы могут быть как природного происхождения, так и результатом деятельности человека. Если в природе их можно встретить при извержении вулканов, то мы чаще всего сталкиваемся с ними из-за работы АЭС или химических лабораторий. Высокая концентрация таких элементов необратимо влияет на состояние человека. Бета-излучения становятся причиной онкологических заболеваний, опухолей, поражения костного мозга и слизистых оболочек. До конца еще не изучено какое влияние радиация может оказывать на организм в зависимости от ее концентрации и времени воздействия. Но количество жертв Чернобыля, Фукусимы и Нагасаки показывает, что действительно возможен как летальный исход, так и различные мутации и заболевания, сопровождающие человека всю дальнейшую жизнь. Так дети, которые родились на зараженных территориях уже рождались с большими отклонениями или вовсе не выживали.

Поэтому так важно проверять количество радиации и соответствие ее нормам. Человек не видит этого излучения и зачастую может не замечать его воздействия вплоть до появления серьезных заболеваний. Быть предупрежденным гораздо лучше, нежели стать жертвой опасного излучения. Ведь существуют современные способы уменьшения излучения и защиты от него.

Отсюда и хорошо видно, для чего нужен счетчик Гейгера. Только благодаря этому прибору можно провести быстрый и качественный мониторинг местности на наличие ионизирующих частиц. Благодаря тому, что сейчас выпускаются разные модели уже можно встретить как профессиональные приборы, так и бытовые. Бытовые приборы позволяют быстро и качественно проводить измерения радиационного фона в домашних условиях.

Улучшенные дозиметры для радиации

Работа счетчика Гейгера основывается на том, что он состоит из конденсатора, позволяющего подсчитывать частицы. Этот прибор впервые был создан в начале 20 века и с тех пор прошел долгий путь модернизации. По сравнению с первыми моделями прибор стал точнее, удобнее и теперь может содержать различные дополнения и функции. Прибор достаточно распространен и может использоваться на производствах, дома или же для контроля уровня радиации на АЭС. Нередко можно встретить использование дозиметра в ходе военных действий.

Благодаря современным технологиям счетчик уже может фильтровать типы излучения, отсеивая ненужные для результатов частицы. Поэтому прибор не только фиксирует количество частиц за определенный период времени, но и их плотность, заряженность и характер воздействия.

Бытовой дозиметр Гейгера обычно не предусматривает наличие дополнительных функций. Этот прибор необходим для домашнего мониторинга радиационного фона. Так можно проводить проверку продуктов питания, воды, одежды, мебели и строительных материалов. Ведь иногда производители пренебрегают нормами и используют некачественные компоненты и материалы, которые или заражены или становятся впоследствии источниками опасного излучения. Дополнительные же функции необходимы при использовании прибора в промышленных проверках. Из-за того, что там намного больше различных факторов дополнительные функции позволяют проводить более глубокие комплексные проверки. Дозиметр радиации счетчик Гейгера может содержать различные дополнительные функции в зависимости от того, какие еще показатели нужны при исследовании.

Проведение качественного мониторинга уровня радиационного фона – это важное мероприятие, которое следует доверить специалистам. Только они способны разобраться во всех тонкостях исследования и получить наиболее точные результаты. При помощи специального прибора эксперты нашей независимой лаборатории «ЭкоТестЭкспресс» проводят измерения уровня радиации.

Это измерение просто необходимо для того, чтобы обезопасить себя от воздействия опасных излучений. Ведь в отличие от многих других вредных факторов, это излучение практически невозможно заметить до того, как оно вызовет проблемы со здоровьем. Как правило, эти проблемы являются достаточно серьезными и порой необратимыми. Радиационное заражение становится причиной различных онкологических заболеваний и мутаций в организме, которые могут развиваться годами незаметно для человека.

Источник

Adblock
detector