Schetchiksg.ru

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

При помощи счетчика гейгера

Методы регистрации частиц и их траекторий

Описанные выше фундаментальные результаты были получены между 1895 и 1910 г. при помощи самых простых физических средств и изощренной техники химического анализа. Дальнейшие исследования в области ядерной физики требовали разработки более совершенных методов регистрации излучений.

Пролетая в газе или жидкости, быстрая заряженная частица, как и рентгеновский фотон, создает ионизацию. Поэтому такие частицы могут быть обнаружены при помощи ионизационных камер и различных счетчиков, например при помощи счетчика Гейгера — Мюллера. Лучшие конструкции счетчиков Гейгера — Мюллера позволяют регистрировать до 10 7 разрядов в 1 с.

Если частица настолько энергична, что выходит из счетчика о достаточной энергией, то она может заставить сработать и второй счетчик. Это дает возможность, усложнив радиотехническую часть приемного аппарата, регистрировать только частицы, прошедшие через два или несколько счетчиков; по расположению счетчиков можно судить о направлении движения ионизирующей частицы.

Люминесцентные счетчики используют свечение, вызываемое быстрыми частицами при попадании на некоторые вещества, что было применено уже в первых опытах Резерфорда.

Современные люминесцентные счетчики (рис. 15.1) имеют люминесцирующий кристалл 1; свет, вызванный поглощенной частицей, попадает на чувствительный фотокатод 2; фотоэлектроны направляются к вспомогательным электродам, имеющим более высокий потенциал, и вызывают там вторичную эмиссию электронов. Схема включения такова, что электроны вторичной эмиссии летят с каждого электрода на следующий, пока не будут захвачены анодом 3. Импульс, получившийся при этом на резисторе R, подается в регистрирующее радиотехническое устройство. Так как вспомогательные электроды имеют электронный выход, превышающий единицу (т. е. на каждый пришедший электрон рождается от 3 до 10 электронов), то получается усиление сигнала в тысячи раз, что позволяет регистрировать и не слишком энергичные частицы. Интенсивность выходного сигнала оказывается линейно связанной с энергией первичной частицы; быстрота счета очень велика (до 10 6 частиц в 1 с).

Разновидностью люминесцентных счетчиков является черенковский счетчик. В нем используется эффект Черенкова— создание остронаправленного излучения заряженной частицей, движущейся в среде со скоростью, превышающей скорость света. Так как угол раствора светового конуса

где с/n — скорость света в среде, v — скорость частицы, то счетчик позволяет отделить одни частицы от других. Так, если в опыте получаются частицы со скоростями v1 и v2, то, выбрав вещество, в котором скорость света удовлетворяет неравенству:

ν1 Будет полезно почитать по теме:

Лабораторная работа 6.4 изучение счетчика гейгера — мюллера

Цель работы: ознакомиться с работой счетчика и определить его основные характеристики.

Приборы и оборудование: прибор «Арион» со свинцовым домиком (рис.1 ), источник β-излучения (соль KCl в кювете, пластинка с отверстием для ограничения потока β — частиц.

Рис.1 Схема измерительной камеры.

1 – корпус камеры, 2 – счетчики СТС–6, 3 – пластина для ограничения потока излучения, 4 — кювета с радиоактивной солью KCl.

1. Устройство и принцип действия. Счетчики Гейгера-Мюллера являются разновидностью газонаполненных детекторов. В общем случае к детекторам в ядерной физике относят приборы для регистрации, идентификации и установления характеристик заряженных или нейтральных частиц. Счетчики Гейгера-Мюллера предназначены только лишь для регистрации α — частиц, β — частиц и γ- квантов. Конструктивно газоразрядный счетчик представляет собой тонкостенную металлическую или стеклянную, покрытую с внутренней стороны слоем металла, цилиндрическую камеру (рис.2).

Цилиндр служит катодом. Анодом является тонкая металлическая нить, расположенная по оси цилиндра. Счетчик заполнен специально подобранным газом, например, аргоном, при давлении 10 — 760 мм рт. ст. Между катодом и анодом за счет внешнего источника создается разность потенциалов 300 — 2500 В. Традиционная схема включения счетчика Гейгера-Мюллера в электрическую цепь показана на рис.3.

Читайте так же:
Тахометр универсальный со счетчиком моточасов rlhm026

Рис.3. Схема включения счетчика Гейгера – Мюллера.

1 – катод, 2 – анод, 3 – сопротивление нагрузки, 4 – разделительный конденсатор, 5 – источник питания.

Регистрируемая частица, проходящая через объем счетчика, создает на выходе схемы электрический импульс. Физические процессы, происходящие в газоразрядных счетчиках, можно разделить на три стадии: первичная ионизация, вторичная ионизация, повторные лавины.

Первичная ионизация. Она возникает вдоль траектории заряженной частицы, проходящей через счетчик. Первичные ионы могут возникнуть в любой области счетчика. Если трек умещается внутри трубки счетчика, то число ионов пропорционально энергии частицы.

Вторичная ионизация. Первичные электроны и положительные ионы движутся к электродам, разгоняясь электрическим полем. Электрическое поле внутри счетчика неоднородно, что является следствием асимметричности геометрии электродов. Электроны, движущиеся к нити-аноду, попадают в область очень больших электрических полей (силовые линии у нити сгущаются) и вблизи нити резко ускоряются. В результате возникает вторичная ударная ионизация. Вновь выбитый электрон успевает разогнаться и произвести новую ионизацию. Следовательно, процесс носит лавинный характер. На один первичный электрон в лавине ударных ионизаций образуется более 10 3 вторичных частиц. Вторичная ионизация происходит в области порядка 0,1 мм около нити, а первичные электроны образуются вне этой области во всем пространстве счетчика. Первичную лавину отличает малая длительность – примерно 10 -8 с.

Повторные лавины. Повторные лавины, как следствие первой лавины, могут возникать в счетчике за счет двух различных механизмов.

Первый механизм обусловлен быстро протекающими процессами. В начале развития лавины электроны возбуждают нейтральные молекулы, которые, возвращаясь в исходное состояние, испускают фотоны. Эти фотоны выбивают из катода за счет явления фотоэффекта электроны, которые и являются родоначальниками новых лавин. Время развития этого процесса 10 -6 с. Второй механизм образования повторных лавин обусловлен более медленными процессами. Он состоит в том, что положительные ионы, доходя до катода, выбивают из него электроны в процессе нейтрализации, т.к. потенциал ионизации атомов газа, заполняющего счетчик, в несколько раз выше работы выхода электронов из металла (4-5 эВ). Длительность развития лавины имеет порядок 10 -4 с.

Таким образом, если два рассмотренных механизма смогут вызывать повторные лавины неопределенно длительное время, то разряд в счетчике превращается в самостоятельный. В этом случае возникает проблема гашения самостоятельного разряда.

Счетчики Гейгера-Мюллера работают в режиме самостоятельного разряда с гашением. Импульс напряжения, создаваемый этими счетчиками достаточно велик (0,2-40 В) и не зависит от энергии регистрируемой частицы. Следовательно, эти счетчики только регистрируют частицу без измерения ее энергии. Разрешающее время этих счетчиков 10 -3 – 10 -5 с (в лучших до 10 -7 с).

Конструктивные особенности счетчиков определяются видом регистрируемых частиц, в первую очередь их энергией и проникающей способностью.

2. Эффективность счетчика. Эффективностью счетчика называется отношение числа регистрируемых счетчиком частиц или квантов к полному числу проходящих через него частиц. Счетчики Гейгера-Мюллера не обладают 100%-ной эффективностью. Это обусловлено тем, что частица, прошедшая через счетчик, может не создать даже одной пары ионов. Тем не менее, эффективность счетчика для электронов составляет 99% и даже 99,9%.

Регистрация γ— лучей осуществляется через посредство быстрых электронов, образующихся при поглощении или рассеянии γ— квантов, в основном, в стенках счетчика. Эффективность счётчика для γ— лучей зависит от материала стенок (катода) и энергии γ— квантов и составляет обычно около 3%.

3. Счетная характеристика. Счетной характеристикой счетчика Гейгера-Мюллера называется зависимость скорости счета от приложенного напряжения при неизменной интенсивности ионизирующего облучения счетчика. Типичная счетная характеристика имеет четыре участка (рис.4).

Читайте так же:
Принтер с счетчиком копий

На участке малых напряжений (участок 1) регистрация импульсов не происходит. Напряжение начала счета Uп (пороговое напряжение) соответствует минимальным амплитудам импульсов, пропускаемых формирователем. Величина этого напряжения зависит от диаметра нити анода, рода газов, входящих в состав рабочей смеси, давления газа и т.д. На начальном участке счетной характеристики (участок 2) быстрый рост числа импульсов объясняется тем, что счетчик работает в области ограниченной пропорциональности, где возникновение разряда в счетчике зависит от числа первоначально образовавшихся пар ионов.

Рис. 4. Счетная характеристика.

В области так называемого “плато” счетной характеристики (участок 3) число зарегистрированных импульсов практически не зависит от напряжения, т.к. каждая ионизирующая частица, попадающая в объем счетчика, вызывает электронно-ионную лавину и самостоятельный разряд в газе. В действительности плато имеет некоторый наклон, вызванный ложными импульсами за счет неполного гашения, краевых эффектов и т.д. Наличие плато обеспечивает устойчивую работу счетчика. Рабочее напряжение выбирается на середине плато. Хорошие счетчики имеют плато протяженностью 100-300 В с наклоном 5-7% на 100 В.

При дальнейшем увеличении напряжения скорость счета резко возрастает (участок 4), т.к. счетчик переходит в режим спонтанного разряда.

Пороговое напряжение, положение и длина плато являются индивидуальными характеристиками счетчика и могут меняться в широких пределах. Поэтому для правильного выбора рабочего напряжения необходимо снимать счетную характеристику каждого счетчика.

Разрешающее время счетчиков. В течение разряда и некоторого промежутка времени, непосредственно следующего за разрядом, электрическое поле в счетчике имеет меньшую величину. Частицы, попавшие в счетчик в начальной стадии развития разряда, вообще не регистрируются. Этот интервал времени τ носит название мертвого времени счетчика. Промежуток времени, необходимый для полного восстановления электрического поля в счетчике после окончания мертвого времени, называется временем восстановления tв. Мертвое время определяет минимальный промежуток времени, которым должны быть разделены пролеты через счетчик частиц, чтобы они были зарегистрированы отдельно. Типичное значение мертвого времени для счетчиков Гейгера-Мюллера 10 -3 –10 -5 с.

Выполнение работы.

Подготовить лабораторную установку к работе, проверив работоспособность источника питания, секундомера и счетчика импульсов. Установить минимально возможное напряжение питания счетчиков (250 В).

Упражнение 1. Изучение счетной характеристики.

Дважды снять счетную характеристику счетчика при разном потоке излучения. Возможные варианты:

а) максимальная интенсивность потока излучения (источник β-частиц открыт полностью), работают оба счетчика;

б) облучается левый счетчик (пластина закрывает излучение, идущее на правый счетчик);

в) облучается правый счетчик (пластина закрывает излучение, идущее на левый счетчик);

г) источник излучения убран из свинцового домика (счетчик измеряет фоновое излучение).

Для экономии времени рекомендуется снятие счетной характеристики проводить только для напряжений, превышающих пороговое.

Пороговое напряжение определите по началу счета при плавном увеличении напряжения питания счетчиков. Дальнейшие измерения проводите шагом 25 В. Время измерения каждой точки 5-10 мин.

При увеличении счета на 20% по отношению к уровню плато измерения прекращают во избежание выхода счетчика из строя и уменьшают напряжение.

Определите фон Nф, для чего закрыть кювету с источником излучения алюминиевой пластинкой толщиной не менее 2 мм и определить счет за tф=5-10 минут.

Гейгера — Мюллера счётчик

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

  • Гейгер Ханс
  • Гейгера — Неттолла закон

Полезное

Смотреть что такое «Гейгера — Мюллера счётчик» в других словарях:

Гейгера счётчик — Гейгера счетчик ГЕЙГЕРА СЧЁТЧИК, газоразрядный детектор частиц. Срабатывает при попадании в его объем частицы или g кванта. Изобретен в 1908 немецким физиком Х. Гейгером и усовершенствован им совместно с немецким физиком В. Мюллером. Гейгера… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Читайте так же:
Kyocera 4200 сброс счетчика

ГЕЙГЕРА СЧЁТЧИК — ГЕЙГЕРА СЧЁТЧИК, газоразрядный детектор частиц. Срабатывает при попадании в его объем частицы или g кванта. Изобретен в 1908 немецким физиком Х. Гейгером и усовершенствован им совместно с немецким физиком В. Мюллером. Гейгера счетчик применяются… … Современная энциклопедия

ИСКРОВОЙ СЧЁТЧИК — прибор для регистрации заряж. ч ц, принцип действия к рого основан на возникновении искрового разряда в газе при попадании в него заряж. ч цы. Даёт информацию о прошедшей ч це в виде электрич. импульса (с амплитудой неск. кВ) и яркой искры вблизи … Физическая энциклопедия

Счётчик — Счётчик устройство для счёта чего либо. Счётчик (электроника) устройство для подсчета количества событий, следующих друг за другом (напр. импульсов) с помощью непрерывного суммирования, или для определения степени накопления какой… … Википедия

гейгеровский счётчик — детектор частиц. Представляет собой газонаполненный диод (обычно цилиндрический) с тонкой нитью в качестве анода. Действие основано на возникновении в газе в результате его ионизации (при пролёте частицы) электрического разряда (коронного).… … Энциклопедический словарь

СЧЁТЧИК — СЧЁТЧИК, а, муж. 1. Лицо, производящее подсчёт кого чего н. Счётчики при переписи населения. 2. Прибор для подсчёта чего н. Электрический с. Газовый с. С. Гейгера (прибор для регистрации радиоактивных и других ионизирующих излучений). | жен.… … Толковый словарь Ожегова

гейгеровский счётчик — Прибор для регистрации элементарных частиц; счётчик Гейгера … Словарь многих выражений

ГЕЙГЕРОВСКИЙ СЧЁТЧИК — детектор микрочастиц. Представляет собой газонаполненный диод (обычно цилиндрический) с тонкой нитью в качестве анода. Действие основано на возникновении в газе в результате его ионизации (при пролёте частицы) электрич. разряда (коронного).… … Естествознание. Энциклопедический словарь

ДЕТЕКТОРЫ — частиц, приборы и устройства для регистрации элем. ч ц (протонов, нейтронов, эл нов, мезонов и т. д.), ат. ядер (дейтронов, a частиц и др.), а также рентгеновских л g квантов. Различают электронные Д., вырабатывающие электрич. импульс, когда в… … Физическая энциклопедия

Гейгер, Ганс Вильгельм — Ганс Вильгельм Гейгер нем. Hans Geiger … Википедия

СЧЕТЧИКИ ЧАСТИЦ — импульсные электронные детекторы ч ц. К ним относятся Гейгера счётчик, пропорциональный счётчик, сцинтилляциопный счётчик и др. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

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.

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.

Читайте так же:
Как устанавливаются бытовые счетчики

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.

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.

Читайте так же:
Счетчики для подсчета калорий

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию