Для чего используют счетчик гейгера

Вещь. Счетчик Гейгера для смартфона

С чем ассоциируется у вас лето? Солнце, пляжи, активные игры? Или, может быть, «тихая охота» и сбор ягод?

Как бы то ни было, многие из нас приобретают грибы и фрукты на рынке, у бабушек перед магазинами или прямо на трассах во время поездок.

Почему бы и нет? Свежее, только из леса/с дачи, природное-полезное.

Вот только радиоактивных зон в России такое количество, что всех не упомнишь: Часто именно на них отлично растут грибы и разнообразные полезные растения.

Так что без счетчика Гейгера нам, гикам-параноикам, никуда.

Помочь с приобретением датчика могут наши китайские друзья: например, здесь в одном лоте собраны сразу все наиболее популярные варианты доступного счетчика Гейгера, использующего в роли экрана смартфон.

Так намного дешевле полноценного лабораторного прибора.

Самый простой вариант FSG-001-Basic позволяет определять радиацию в диапазоне 0,1-200 мкЗв/ч.

Жаль, точность этой 6-граммовой приставки для мини-джека оставляет желать лучшего.

Наличие фона определит, величину — с очень большой погрешностью.

Для работы используются довольно простые приложения Smart Geiger counter и Smart Checker, доступные в Google Play и App Store.

Более продвинутый датчик Geiger Counter Pro-SGP-001 имеет увеличенный диапазон до 0,05-200 мкЗв/ч измерений и повышенную точность.

Как и предшественник, использует для подключения мини-джек смартфона под управлением iOS или Android.

Этот прибор за счет точности поможет определиться — стоит ли приобретать фрукты на рынке, или оставить их владельцу.

Все же, природный фон никуда не деть. И не всегда наличие радиации критично.

Работает с мультиязычным приложением Smart Geiger Pro (Google Play, App Store): тут и шкала наглядная, и сохранения есть, и время работы учитывается.

Наконец, беспроводной счетчик Гейгера BSG-001-Bluetooth с точностью 0,1-200 мкЗв/ч пригодится в прогулках по незнакомой местности.

Устройство подключается по Bluetooth, передавая данные на 10 метров. Правда, если iPhone подходят любые, то Android должен быть не свежее версии 8.0.

Чувствительность гаджета позволяет распознавать наличие радиоактивного фона с максимальным определяемым значением за 50 метров.

Точность этой версии выше, но вряд ли лучше 10-25%: подойдет только в любительских целях.

Стоит обратить внимание на приложение: Wireless Smart Geiger (Google Play, App Store) больше подходит для аналитических и походных задач.

Чем выше точность, тем дороже устройство. Так что стоит обдумать свои задачи.

FSG-001-Basic обойдется 2424 рублей. Pro-SGP-001 стоит уже 4441 рублей. За самый продвинутый BSG-001 придется отдать 5138 рублей.

Здоровье дороже. Только версию выбирайте вдумчиво.

P.S. Никогда не задумывались о том, чтобы проверять продукты на радиоактивность?

• Твитнуть
• Поделиться
• Рассказать

• AliExpress,
• Вещь

Николай Маслов

Kanban-инженер, радиофизик и музыкант. Рассказываю об технике простым языком.

Счетчик Гейгера-Мюллера: принцип работы и назначение

В 1908 году физик из Германии Ганс Гейгер трудился в химических лабораториях, принадлежащих Эрнсту Резерфорду. Там же им было предложено испытать счетчик заряженных частиц, представлявший собой ионизированную камеру. Камера являлась электро-конденсатором, который наполняли газом под высоким давлением. Еще Пьер Кюри применял это устройство на практике, изучая электричество в газах. Идея Гейгера – обнаруживать излучения ионов — была связана с их влиянием на уровень ионизации летучих газов.

В 1928 г. немецкий ученый Вальтер Мюллер, работавший с Гейгером и под его началом, создал несколько счетчиков, регистрирующих ионизирующие частицы. Устройства были нужны для дальнейшего исследования радиации. Физика, будучи наукой экспериментов, не могла бы существовать без измерительных конструкций. Были открыты только несколько излучений: γ, β, α. Задача Гейгера состояла в том, чтобы измерить чувствительными приборами все виды излучения.

Счетчик Гейгера-Мюллера — простой и дешевый радиоактивный датчик. Это не точный инструмент, который фиксирует отдельные частицы. Техника измеряет общую насыщенность ионизирующего излучения. Физики используют его с другими датчиками, чтобы добиться точности расчетов при проведении экспериментов.

Немного об ионизирующих излучениях

Можно было бы сразу перейти к описанию детектора, но его работа покажется непонятной, если вы мало знаете об ионизирующих излучениях. При излучении происходит эндотермическое влияние на вещество. Этому способствует энергия. К примеру, ультрафиолет или радиоволна к таким излучениям не относятся, а вот жесткий ультрафиолетовый свет – вполне. Здесь определяется граница влияния. Вид именуется фотонным, а сами фотоны – это γ-кванты.

Эрнст Резерфорд поделил процессы испускания энергии на 3 вида, используя установку с магнитным полем:

• γ – фотон;
• α – ядро атома гелия;
• β – электрон с высокой энергией.

От частиц α можно защититься бумажным полотном. β проникают глубже. Способность проникновения γ самая высокая. Нейтроны, о которых ученые узнали позже, являются опасными частицами. Они воздействуют на расстоянии нескольких десятков метров. Имея электрическую нейтральность, они не вступают в реакцию с молекулами разных веществ.

Однако нейтроны легко попадают в центр атома, провоцируют его разрушение, из-за чего образуются радиоактивные изотопы. Распадаясь, изотопы создают ионизирующие излучения. От человека, животного, растения или неорганического предмета, получившего облучение, радиация исходит несколько дней.

Устройство и принцип работы счетчика Гейгера

Прибор состоит из металлической или стеклянной трубки, в которую закачан благородный газ (аргоново-неоновая смесь либо вещества в чистом виде). Воздуха в трубке нет. Газ добавляется под давлением и имеет примесь спирта и галогена. По всей трубке протянута проволока. Параллельно ей располагается железный цилиндр.

Проволока называется анодом, а трубка – катодом. Вместе они – электроды. К электродам подводится высокое напряжение, которое само по себе не вызывает разрядных явлений. В таком состоянии индикатор будет пребывать, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации. От источника питания к трубке подключается минус, а к проволоке – плюс, направленный через высокоуровневое сопротивление. Речь идет о постоянном питании в десятки сотен вольт.

Когда в трубку попадает частица, с ней сталкиваются атомы благородного газа. При соприкосновении выделяется энергия, отрывающая электроны от атомов газа. Затем образуются вторичные электроны, которые тоже сталкиваются, порождая массу новых ионов и электронов. На скорость электронов по направлению к аноду влияет электрическое поле. По ходу этого процесса образуется электрический ток.

При столкновении энергия частиц теряется, запас ионизированных атомов газа подходит к концу. Когда заряженные частицы попадают в газоразрядный счетчик Гейгера, сопротивление трубки падает, что немедленно снижает напряжение средней точки деления. Затем сопротивление вновь растет — это влечет за собой восстановление напряжения. Импульс становится отрицательным. Прибор показывает импульсы, а мы можем их сосчитать, заодно оценив количество частиц.

Виды счётчиков Гейгера

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

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.

Параметры и режимы работы счетчика Гейгера

Чтобы рассчитать чувствительность счетчика, оцените отношение количества микрорентген от образца к числу сигналов от этого излучения. Прибор не измеряет энергию частицы, поэтому не дает абсолютно точной оценки. Калибровка устройств происходит по образцам изотопных источников.

Также нужно смотреть на следующие параметры:

Рабочая зона, площадь входного окна

Характеристика площади индикатора, через которую проходят микрочастицы, зависит от его размеров. Чем шире площадь, тем большее число частиц будет поймано.

Рабочее напряжение

Напряжение должно соответствовать средним характеристикам. Сама характеристика работы — это плоская часть зависимости количества фиксированных импульсов от напряжения. Ее второе название – плато. В этом месте работа прибора достигает пиковой активности и именуется верхним пределом измерений. Значение – 400 Вольт.

Рабочая ширина

Рабочая ширина — разница между напряжением выхода на плоскость и напряжением искрового разряда. Значение – 100 Вольт.

Наклон

Величина измеряется в виде процента от количества импульсов на 1 вольт. Он показывает погрешность измерения (статистическую) в подсчете импульсов. Значение – 0,15 %.

Температура

Температура важна, поскольку счётчик часто приходится применять в сложных условиях. Например, в реакторах. Счетчики общего использования: от -50 до +70 С по Цельсию.

Рабочий ресурс

Ресурс характеризуется общим числом всех импульсов, зафиксированных до момента, когда показания прибора становятся некорректными. Если в устройстве есть органика для самогашения, количество импульсов составит один миллиард. Ресурс уместно подсчитывать только в состоянии рабочего напряжения. При хранении прибора расход останавливается.

Время восстановления

Это промежуток времени, за который устройство проводит электричество после реагирования на ионизирующую частицу. Существует верхний предел для частоты импульсов, ограничивающий интервал измерений. Значение – 10 микросекунд.

Из-за времени восстановления (его ещё называют мертвое время) прибор может подвести в решающий момент. Для предотвращения зашкаливания производители устанавливают свинцовые экраны.

Есть ли у счетчика фон

Фон измеряется в толстостенной свинцовой камере. Обычное значение – не более 2 импульсов за минуту.

Кто и где применяет дозиметры радиации?

В промышленных масштабах выпускают много модификаций счетчиков Гейгера-Мюллера. Их производство началось во времена СССР и продолжается сейчас, но уже в Российской Федерации.

• на объектах атомной промышленности;
• в научных институтах;
• в медицине;
• в быту.

После аварии на Чернобыльской АЭС дозиметры покупают и рядовые граждане. Во всех приборах установлен счетчик Гейгера. Такие дозиметры оснащают одной или двумя трубками.

Можно ли сделать счетчик Гейгера своими руками?

Изготовить счетчик самостоятельно сложно. Нужен датчик излучения, а его купить смогут далеко не все. Сама схема счетчика давно известна — в учебниках физики, например, её тоже печатают. Однако воспроизвести устройство в домашних условиях сумеет только настоящий «левша».

Талантливые мастера-самоучки научились делать счетчику заменитель, который также способен замерять гамма- и бета-излучения с помощью люминесцентной лампы и лампы накаливания. Также используют трансформаторы от сломанной техники, трубка Гейгера, таймер, конденсатор, различные платы, резисторы.

Заключение

Диагностируя излучения, нужно учитывать собственный фон измерителя. Даже при наличии свинцовой защиты приличной толщины скорость регистрации не обнуляется. У этого явления есть объяснение: причина активности – космическое излучение, проникающее через толщи свинца. Над поверхностью Земли ежеминутно проносятся мюоны, которые регистрируются счетчиком с вероятностью 100%.

Есть и еще один источник фона – радиация, накопленная самим устройством. Поэтому по отношению к счётчику Гейгера тоже уместно говорить об износе. Чем больше радиации прибор накопил, тем ниже достоверность его данных.

Счетчики Гейгера-Мюллера

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».

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. 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.

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.

Источник: shems.h1.ru

Счетчики Гейгера

Счетчик Гейгера, или иначе — счётчик Гейгера-Мюллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчета количества попавших в него ионизирующих частиц. Внешне счётчик представляет собой ососбый газонаполненный конденсатор, который пробивается при прохождении ионизирующей частицы сквозь объём газа. Счётчик изобретён в 1908 году Гансом Гейгером и затем усовершенствован Мюллером.

Дополнительная схема обеспечивает счётчик Гейгера питанием (обычно как минимум 300 V), и обеспечивает, в случае необходимости, нейтрализацию разряда и считывает количество разрядов в счётчике.

Чувствительность счетчика Гейгера определяется составом газа, его объемом, а также материалом и толщиной его стенок. Широкое использование счётчика Гейгера в быту объясняется высокойточностью, возможностью записи всех видов излучения, относительной простотой в использовании и низкой стоимостью установки.
Купить счетчик Гейгера вы можете в нашем интернет-магазине по выгодной цене.

Принцип действия счетчика Гейгера:

Классический цилиндрический счётчик Гейгера представляет собой трубку из металла, или металлизированную внутри стеклянную трубку, и тонкую металлическую проволоку, вытянутую вдоль оси цилиндра. Нить в данном случае является анодом, а трубка — катодом. Трубка заполнена разреженным газом, причём в большинстве случаев для заполнения используют благородные газы — например неон или аргон. Между катодом и анодом создаётся напряжение порядка 400V.

Работа счётчика Гейгера основана на т.н. ударной ионизации. y-кванты, которые излучает радиоактивный изотоп, попадают на стенки счётчика и «выбивают» из него электроны. Электроны, движущиеся в газе, в свою очередь сталкиваются с атомами газа, «выбивают» электроны из атомов и производят положительно заряженные ионы и свободно движущиеся электроны. Электрическое поле, существующее между катодом и анодом, ускоряет электроны до таких энергий, при которых происходит ударная ионизация. Начинается сильный поток ионов, и ток через счётчик Гейгера резко возрастает.

При этом на резисторе R образуется импульс напряжения, которое подаётся на регистрирующее устройство счётчика. Для записи следующего значения, необходимо остановить поток ионов. Это делается автоматически. В момент возникновения импульса тока на резисторе R возникает большое падение напряжения, в результате напряжение между катодом и анодом резко уменьшается — настолько, что разряд полностью прекращается, и счётчик снова готов к работе.

Одной из наиболее значимых характеристик счетчика Гейгера является его эффективность. Эффективность счётчика напрямую зависит от толщины стенок прибора, их материалов и энергии Y излучения. У наиболее эффективных счетчиков Гейгера стенки сделаны из материала с высоким атомным номером Z, так как он увеличивает производство вторичных электронов. Помимо этого, стенки счётчика должны быть довольно толстыми. Другим недостатком классического счётчика Гейгера в том, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и точно определять их энергию. Такие недостатки отсутствуют в современных сцинтилляционных счетчиках.

Современные аналоги счетчика Гейгера — приборы-дозиметры компактны, легки в обращении и точно определяют уровень ионизирующего излучения за считанные секунды. Пример такого прибора — дозиметр Соэкс.