Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газоразрядные счетчики принцип действия

ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Французский физик А. Беккерель открыл радиоактивность, заметив, что соли урана засвечивают фотопластинку. Он обнаружил, что излучение этих солей вызывает свечение люминофоров и разряжает электроскоп .

В дальнейшем способы регистрации ядерных излучений были значительно усовершенствованы и стали основой приборов, измеряющих ядерные излучения. Так, гораздо надежнее электроскопа ионизационная камера . Электроны или альфа-частицы в рабочем объеме камеры, заполненном газом, оставляют след из ионов и электронов — в цепи возникает ток. По его величине можно судить о потоке частиц, проходящих через объем камеры. Так работает дозиметр — прибор для определения дозы радиоактивного облучения на рабочем месте. В импульсной ионизационной камере можно измерить заряд ионов, образующийся при прохождении одной частицы, а по заряду определить и ее энергию.

Газоразрядные счетчики Гейгера— Мюллера (названные по имени немецких физиков X. Гейгера и В. Мюллера) напоминают ионизационную камеру . Но принцип их работы совсем иной. У нитианода силовые линии электрического поля сгущаются. Электрическое поле сильно ускоряет пришедшие сюда электроны, и они сами начинают ионизировать газ, которым наполнена камера, например аргон. Возникает лавина электронов, и в конечном итоге на каждый первичный электрон рождаются тысячи. Величина импульса счетчика Гейгера — Мюллера получается большой по сравнению с импульсом в ионизационной камере, но зато он не определяет энергию частицы. Такой счетчик регистрирует только сам факт прихода импульса.

Полупроводниковые детекторы иногда называют твердотельными ионизационными камерами . Энергия, идущая на образование пары ионов в полупроводниковом материале — кремнии или германии, примерно на порядок меньше, чем в газе: 3 и 30 эВ — характерные значения. Поэтому по точности измерений полупроводниковые детекторы превосходят счетчики других типов.

На эффекте Вавилова — Черепкова основан принцип действия черенковского счетчика. В таком счетчике скорость частицы определяют по характеру свечения прозрачного тела, сквозь которое она проходит. С помощью счетчиков Черенкова был открыт антипротон.

Нейтральные частицы — у-кванты , нейтроны, мезоны, нейтрино регистрируют по рождаемым ими в веществе заряженным частицам. Так, чтобы измерить поток медленных нейтронов, ионизационную камеру или газовый счетчик заполняют гелием 3Не. После захвата нейтрона образуются протон и тритон по производимой этими частицами (в основном протоном) ионизации и регистрируют появление в счетчике теплового нейтрона. Если стенки ионизационной камеры покрыть ураном, то осколки деления урана нейтронами будут ионизировать газ и тем самым свидетельствовать о прохождении через объем камеры нейтронного потока.

Современный эксперимент характеризуется сложной логикой регистрации частиц. Детекторы подключаются к усилителям импульсов, схемам совпадений, схемам временной задержки. Электрические импульсы, порожденные заряженными частицами, после предварительного усиления и формирования попадают на амплитудные анализаторы — приборы, сортирующие импульсы в зависимости от энергии частиц. Результаты измерений непосредственно во время эксперимента поступают на ЭВМ для непрерывной обработки. В наши дни только с применением сложных технических средств удается проникать в тайны ядерного микромира.

Газоразрядные счетчики принцип действия

© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.

Пропорциональный счётчик представляет собой газоразрядный прибор для регистрации ионизирующего излучения. По своей конструкции он во многом похож на счётчик Гейгера (см. рисунок ниже). Основными его частями являются: металлический цилиндр, играющий роль катода; тонкая металлическая нить ( ), натянутая вдоль оси цилиндра – анод. Пропорциональный счётчик заполняется инертным газам с добавлением небольшого количества многоатомн ого газ а , необходимого для поглощения фотонов, образующиеся в ионизационных лавинах. Однако за счёт того что, амплитуда его сигнала пропорциональна энергии регистрируемой частицы, теряемой в его объёме на ионизацию, он способен не только регистрировать частицу, но и измерять её энергию.

Читайте так же:
Передать показания счетчика за электричество нижегородэнергогазрасчет

Принцип действия пропорционального счётчика основан на умножении электронов в инертном газе. Так при прохождении заряженной частицы через инертный газ на её пути образуются ион-электронные пары, число которых зависит от энергии, теряемой частицей. Под действием электрического поля свободные электроны будут двигаться к аноду, а ионы – к катоду. Под действием сильного электрического поля вблизи анода эти свободные электроны в результате ускорения приобретают достаточно большую энергию для вторичной ионизации газа. В результате на анод приходит лавина электронов, но в отличие от счётчика Гейгера в данном случае коронного разряда не возникает. Ток через счётчик резко возрастает. По возникшему импульс у напряжения отмечается факт прохождения заряженной частицы через газоразрядный счётчик , а по его амплитуде энергию частицы.

Схема пропорционального счётчика: аобласть дрейфа электронов; бобласть газового усиления

Газовое усиление осуществляется вблизи анода на расстоянии, сравнимом с диаметром нити, а весь остальной путь электроны дрейфуют под действием поля без «размножения».

В пропорциональном счетчике лавинообразный процесс заканчивается, как только новый свободный электрон достигает анода. Поскольку в таком детекторе электрон должен достичь уровня ионизации газа, существует пороговое напряжение, после которого начинается этот лавинообразный процесс. Для газов, используемых в пропорциональных счетчиках при атмосферном давлении этот пороговый уровень составляет порядка .

Пропорциональные счётчики характеризуется коэффициентом газового усиления, которое представляет собой отношение числа электронов, полностью собранных на аноде к числу первичных электронов. Обычно оно составляет около порядка ( но может достигать и больше). По энергетическому разрешению пропорциональный счётчик превосходит сцинтилляционный счётчик , но уступает полупроводниковому детектору. Однако в отличии от полупроводникового детектора он способен работать в области энергий , где те неприменимы.

Пропорциональный счётчик используются для регистрации всех видов ионизирующих излучений. Существуют п ропорциональны е счётчик и для регистрации α -частиц, электронов, осколков деления ядер и т.д., а также для нейтронов, гамма и рентгеновских квантов. В последнем случае используются процессы взаимодействия нейтронов, γ — и рентгеновских квантов с наполняющим счётчик газом, в результате которых образуются регистрируемые вторичные заряженные частицы. Пропорциональный счётчик сыграл важную роль в ядерной физике 30–40 -х г одах XX в ека , являясь наряду с ионизационной камерой практически единственным спектрометрическим детектором .

По мимо ядерной физики, областями применения пропорциональных счётчиков также являются: физика космических лучей, астрофизика, медицина, геология, археология и т. д. Так, например, с помощью пропорционального счётчика установленного на «Луноходе-1» по рентгеновской флюоресценции производился химический элементный анализ вещества поверхности Луны.

Второе рождение пропорциональный счётчик получил в физике частиц высоких энергий в конце 60-х г одах в виде многопроволочной пропорциональной камеры ( МПК) , состоящей , грубо говоря, из большого числа ( ) пропорциональн ых счётчик ов , расположенных в одном газовом объёме в одной плоскости .

Читайте так же:
Счетчик газовый какой лучше ставить

МПК был и разработан ы французским физиком Г. Чарпаком в ЦЕРНе в 1968 г оду. МПК представляет собой систему , состоящую из множества тонких ( около ) параллельных проволочных электродов (анодов) , расположенных в одной плоскости в газовом объёме между двумя плоскими параллельными друг другу и аноду катодами (сплошными или проволочными).

В типичном случае расстояние между анодными нитями составляет примерно , расстояние между анодной и катодной плоскостями около , разность потенциалов между анодом и катодом несколько кВ . Такие параметры МПК обеспечивают газовое усиление порядка и пропорциональность амплитуды сигнала энергии, оставленной частицей в объёме газа. Поэтому такое устройство позволяет не только измерять ионизацию частицы в каждом отдельном счётчике, но и фиксировать место её прохождения.

Схема МПК

Прохождение заряженной частицы через МПК ионизирует газ. Образовавшиеся вдоль её траектории свободные электроны дают начало лавинам, приходящим на анодные проволочки ближайшие к этим первичным электронам . Регистрация сигнала с каждой проволоки компьютером позволяет определить положение (координаты) частицы в МПК. Для получения трёхмерных координат частицы в большом объёме, используются системы из десятков МПК площадью до , располагающихся параллельно одна за другой, с общим числом проволочек несколько десятков тысяч, причём проволочки двух соседних МПК натянуты взаимно перпендикулярно. Типичное пространственное разрешение современной МПК . Временное разрешение несколько наносекунд. Энергетическое разрешение пропорциональной камеры составляет примерно . Таким образом , о на является одновременно быстродействующим спектрометром и трековым детектором . МПК применяют , главным образом , в исследованиях элементарных частиц на ускорителях высоких энергий.

За изобретение МПК Г. Чарпак у в 1992 году была присуждена Нобелевская премия.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Газоразрядный счетчик

Газоразрядный счетчик представляет собой устройство, состоящее из двух электродов, имеющих постоянное напряжение от источника питания. Одним электродом является металлический цилиндр, который соединяется с отрицательным полюсом батареи, другим — тонкая металлическая проволока — нить, натянутая вдоль оси цилиндра и соединенная через резистор с положительным полюсом батареи. Металлический цилиндр является одновременно корпусом счетчика. [1]

Газоразрядный счетчик ( рис. 31) представляет собой стеклянный сосуд / с галогенным заполнением, тонкостенный цилиндрический катод 2 и анод 3, к которым приложена разность потенциалов. Под действием радиоактивного излучения происходит ионизация газа внутри трубки и возникает разряд, который на выходе счетчика проявляется в виде электрического импульса. Частота импульсов определяется интенсивностью радиоактивного излучения. [3]

Газоразрядные счетчики похожи на ионизационные камеры тем, что во всех этих детекторах рабочим веществом является газ, к которому приложено электрическое напряжение, а регистрируется импульс напряжения, возникающий в результате разряда в газе при прохождении частицы. Главное отличие газоразрядных счетчиков от ионизационных камер состоит втом, что в первых существенную роль играет вторичная ионизация, обусловленная столкновениями первичных ионов с атомами и молекулами газа и стенок. [4]

Газоразрядные счетчики делятся на пропорциональные и счетчики Гейгера — Мюллера. [5]

Газоразрядные счетчики , работающие на начальной части / / / участка вольт-амперной характеристики ( рис. 8.17), называются пропорциональными счетчиками. Счетчики, работающие на IV участке, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. В пропорциональных счетчиках импульсы тока пропорциональны энергии частиц, в счетчиках Гейгера — Мюллера они не зависят от энергии частиц. [6]

Читайте так же:
Стенд для проверки газового счетчика

Газоразрядный счетчик воспринимает ядерное излучение и превращает его в электрические импульсы. Эти импульсы попадают в регистрирующее устройство. Количество поступающих импульсов характеризует степень радиоактивности. [7]

Газоразрядный счетчик представляет собой двухэлектродную лампу, заполненную неоном или аргоном. [8]

Газоразрядный счетчик ( рис. 37) представляет собой полый металлический или стеклянный цилиндр, который служит корпусом счетчика. [10]

Газоразрядные счетчики , работающие на начальной части / / / участка вольт-амперной характеристики ( рис. 247), называются пропорциональными счетчиками. Счетчики, работающие на IV участке, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. В пропорциональных счетчиках импульсы тока пропорциональны энергии частиц, в счетчиках Гейгера — Мюллера они не зависят от энергии частиц. [11]

Газоразрядные счетчики наряду с довольно низкой эффективностью регистрации у-излучения обладают еще одним недостатком: значительным мертвым временем. Поэтому допустимые скорости счета импульсов ограничены величиной порядка нескольких тысяч импульсов в секунду на каждый счетчик. [12]

Газоразрядный счетчик представляет собой устройство, состоящее из двух электродов, имеющих постоянное напряжение от источника питания. [13]

Газоразрядные счетчики обоих поддиапазонов прибора включены в цепь и при нажатии кнопки одного из поддиапазонов происходит включение питания и отключение от измерительной цепи газоразрядного счетчика другого поддиапазона. [14]

Газоразрядные и сцинтилляционные счетчики: устройство, принцип действия, применяемые типы, характеристики.

Аппаратурадля различных радиоактивных методов исследования (кроме ЯММ) имеет много общего. Её основная функция— измерение интенсивности нейтронов или гамма-квантов, и потому она содержит электронные схемы для различных методов исследования, базирующиеся в общем на одних и тех же принципах.

Главные отличия аппаратуры для различных методов связаны с конструкцией зондов, источника, фильтров и детекторов излучения. Учитывая общую функцию всех типов радиометрической аппаратуры — измерение интенсивности излучения, эту аппаратуру принято называть скважинными радиометрами. Конструктивно все радиометры состоят из скважинного прибора и наземного пульта, соединенных геофизическим кабелем. Упрощенная блок-схема измерительной части радиометрической аппаратуры показана на рисунке 54. Последовательно рассмотрим назначение и устройство отдельных блоков:

Детекторы излучения— важнейшие элементы радиометров. В качестве детекторов излучения в, скважинной аппаратуре применяют газоразрядные или сцинтилляционныесчетчики. Газоразрядные счетчикиконструктивно представляют собой цилиндрический баллон, по оси которого натянута металлическая нить, служащая анодом (рис. 55). Металлическая боковая поверхность баллона служит катодом. Между катодом и анодом подается постоянное напряжение, равное для разных типов счетчиков от 300 — 400 В до 2 — З кВ.

Счетчики для регистрации гамма-квантов заполняются смесью инертного газа с парами высокомолекулярных органических соединений или с галогенами. При взаимодействии гамма-излучения с катодом из него выбивается электрон. Электрон, попадающий в заполненный газом объем счетчика, осуществляет ионизацию газа, т. е., в свою очередь, вырывает электроны из атомов газа, превращая их в положительно заряженные ионы.

Эти электроны, называемые первичными, ускоренные электрическим полем, по пути к аноду вызывают вторичную ионизацию и т. д. В результате число электронов лавинообразно возрастает, превышая число первичных электронов в тысячи и сотни тысяч раз — в счетчике возникает разряд. При относительно небольшом напряжении общее число электронов пропорционально числу первичных электронов, а следовательно, энергии ядерной частицы, регистрируемой счетчиком – такие счётчики называются пропорциональными. При большом напряжении между анодом и катодом общее число электронов перестает зависеть от числа первичных электронов и от энергии регистрируемой частицы — такие называют счетчиками Гейгера-Мюллера.

Читайте так же:
Поверочная установка для бытовых счетчиков газа

Для регистрации гамма-квантовв скважинных радиометрах применяют счетчики Гейгера. Их преимущество — больший, чем у пропорциональных счетчиков, выходной сигнал (до нескольких вольт), что упрощает усиление и передачу сигналов на поверхность.

Нейтроны не ионизируют газв счетчике. Поэтому счетчики, предназначенные для регистрации нейтронов, заполняют газом, в молекулу которого входит вещество, при взаимодействии нейтронов с которым возникают быстрые заряженные частицы, производящие ионизацию. Таким веществом является газ фтористый бор BF3 или один из изотопов гелия 3 Не. При поглощении медленных нейтронов ядром изотопа 10 В образуется альфа-частица. Поэтому при попадании тепловых и надтепловых нейтронов в счетчик, заполненный соединением бора, возникают альфа-частицы, вызывающие разряд в газовом объеме счетчика и импульс напряжения на его выходе. При захвате нейтронов ядром 3 Не возникает быстрый протон.

Счетчики нейтроновработают в пропорциональном режиме, что позволяет исключить импульсы от гамма-квантов, которые имеют гораздо меньшую величину, чем импульсы от альфа-частиц, или протонов.

Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора, сопряженного с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). При падении гамма-кванта в сцинтиллятор происходит возбуждение атомов последнего. Возбужденные атомы испускают ЭМ-излучение, часть которого лежит в световой области. Кванты света от сцинтиллятора попадают на фотокатод ФЭУ и выбивают из него электроны.

Фотоэлектронный умножитель кроме фотокатода содержит анод и систему электродов (динодов), размещенную между анодом и катодом (рисунок – Схема сцинтилляционного счётчика: 1 – сцинтиллятор, 2 – корпус, 3 – отражатель, 4 – фотон, 5 – корпус ФЭУ, 6 – фотокатод, 7 – фокусирующий электрод, 8 – диноды, 9 – собирающий электрод (анод), R1-RN – делитель напряжения). На диноды подается положительное (относительно катода) напряжение от делителя напряжения Rl—RN, при этом чем дальше анод от катода, тем его потенциал выше. В результате электроны, испускаемые фотокатодом при попадании на него света, ускоряются, бомбардируют первый из динодов и выбивают из него вторичные электроны. В дальнейшем эти электроны ускоряются под действием разности потенциалов, приложенной между первым и вторым динодами, бомбардируют второй динод и выбивают из него «третичные» электроны. Так происходит на каждом из динодов, вследствие чего общее количество электронов возрастает в геометрической прогрессии. Общее усиление потока в ФЭУ может достигать 106 раз и более. Таким образом, при попадании вспышки света на фотокатод на входе ФЭУ образуется импульс напряжения, через емкость С подаваемый на вход усилителя.

В качестве сцинтилляторов для регистрации гамма-квантов в скважиной аппаратуре используют кристаллы йодистого натрия. Для регистрации нейтронов применяют смесь сцинтиллятора (сернистого цинка) с одним из соединений бора.

Сцинтилляционный счетчик гамма-квантов имеет ряд преимуществ перед разрядным: обладает высокой эффективностью, т. е. регистрирует больше гамма-квантов, проходящих через счетчик (до 20 — 30% и более для сцинтилляционного и менее 1 — 2% для разрядных счетчиков). Сцинтилляционные счетчики также позволяют определять энергию регистрируемых гамма-квантов. Последнее обусловлено тем, что интенсивность световой вспышки люминофора пропорциональна энергии кванта. Преимущество счетчиков Гейгера-Мюллера — большая теплостойкость, надежность в работе, менее жесткие требования к стабильности питающего напряжения.

Читайте так же:
Газовый счетчик порядок проверки

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

18. Назначение, устройство и принцип работы газоразрядного счетчика Гейгера–Мюллера.

До наст.вр. в дозиметрии и радиометрии наиб. широкое применение получили счетчики Гейгера-Мюллера. Цилиндрический счетчик Гейгера представляет собой герметично запаянную тонкостенную металлизированную трубку 1 (катод), вдоль оси, которой натянута металлическая нить 2 (анод), толщиной 10-100 мкм.

Электроды счетчика, в завис.от его типа, находятся под напряжением 250-1000 В. Величина рабочего напряжения зависит от конструкции счетчика и состава заполняющей его газовой смеси. ИИ проникает в счетчик через его боковую поверхность. При воздействии ИИ в рабочем объеме счетчика образуются заряженные частицы. Электроны, двигаясь в электр. поле к аноду счетчика, площадь кот.значительно меньше площади катода, приобретают кинетич. энергию, достаточную для дополнительной ионизации атомов газовой среды. Выбитые при этом электроны также производят ионизацию. Таким образом, одна частица ИИ, попавшая в объем смеси газового счетчика, вызывает образование лавины свободных электронов. На аноде счетчика собирается большое количество электронов. В результате этого положительный потенциал резко уменьшается и возникает электр. импульс. До напряжения зажигания Uo электр. импульсы в цепи анода не возникают. Счетчик «не чувствует» ИИ. С ростом напряжения процессы нейтрализации становятся менее вероятными, чем ионизация атомов. Это приводит к росту числа частиц, регистрируемых счетчиком в интервале значений напряжения от Uo до U1 . При повыш. напряжения от U1 до U2 число импульсов n, регистрируемых счетчиком в единицу времени, становится практически постоянным. Появление в объеме счетчика ионизирующей частицы приводит к возникновению одного электр. импульса. Промежуток напряжения от U1 до U2, прикладываемых к электродам счетчика, назван областью Гейгера. При напряжении более U2 попадание в счетчик одной частицы вызывает не один, а несколько импульсов тока в цепи анода, т.е. происходит многократная регистрация одной частицы. Достоинство: очень точны.

Недостаток: счетчики, работающие даже в области Гейгера, регистрируют не все поступающие на него частицы, т.е. эффективность регистрации менее 100%. Кроме того, в счетчиках Гейгера большое время восстановления их чувствительности.

19. Характеристика экспозиционной дозы облучения, мощности этой дозы и единицы их измерения.

Для колич.оценки воздействия ИИ на облучаемый объект введено понятие «доза». Выделяют экспоз., поглощ., эквивал. и эффект.эквивалентную дозу облучения. Экспозиц. доза характеризует ионизац. способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе. Она явл. характеристикой радиационного фона в огранич. диапазоне энергии и только для воздуха.

Экспозиц.доза Х – это отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, образовавшихся в элементарном объеме воздуха при облучении его ИИ к массе dm воздуха в этом объеме:

Ед. измер. экспоз. дозы в системе СИ – кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон на килограмм равен экспоз. дозе, при которой в воздухе массой 1 кг произведены ионы, несущие электрический заряд 1 Кл каждого знака.

Внесистемная ед. экспоз. дозы – рентген (Р). Один рентген соответствует образованию 2,08⋅10 9 пар ионов в 1 см 3 воздуха притемп. 0 0 С и нормальном атм. давл. 760 мм рт. ст. (1013 гПа). Соотношение внесистемной и системной единиц имеет вид: 1Р=2,58⋅10 -4 Кл/кг

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию