Навігація
Головна
Основні підходи і принципи до соціальної роботи з групоюЕтичні принципи соціальної роботи з групоюКам'яні роботиПринцип безпосередності регулює питання роботи суду з доказами...Загальні принципи і підходи до індивідуальної роботи з випадкомЕтичні принципи соціальної роботи з групоюЧи може роботодавець залучити працівника до роботи за межами...Основні принципи організації діяльності установ соціального...Проектування роботиПринципи роботи з високостатусного членами групи високого рівня...
 
Головна arrow БЖД arrow Нагляд та контроль у сфері безпеки
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Принцип роботи лічильника Гейгера

Реєстрація іонізуючих випромінювань приладами заснована на перетворенні випромінювань детектором та вимірювальної схемою в електричні сигнали, прийняті в практиці вимірювань.

Прилади для виміру іонізуючих випромінювань можуть реєструвати різні фізичні величини. Найбільш цікаві такі з них: поглинена, експозиційна та еквівалентна дози і їх потужність, щільність потоку частинок, флюенс частинок, об'ємна, масова, поверхнева, ефективна активності.

Будь прилад, що вимірює іонізуючі випромінювання, містить детектор, вимірювальну схему (реєстратор або аналізатор) та допоміжні елементи.

Детектор перетворює інформацію про параметри випромінювань в енергію електричного сигналу. По перетворенню енергії випромінювання в інші види енергії детектори можна розділити на наступні групи:

• іонізаційні (газові лічильники, іонізаційні камери, напівпровідникові лічильники);

• сцинтиляційні;

• фотографічні;

• хімічні.

Вимірювальна схема виділяє, перетворює, накопичує, зберігає і видає інформацію у вигляді електричних сигналів, зручних для спостереження, записи, обчислення або управління іншими приладами. Допоміжні елементи забезпечують задані режими роботи детектора і вимірювальної схеми. До них відносяться джерела живлення, блоки програмування режиму роботи, контролю справності і градуювання, реєструючі пристрої (цифродрукуючий пристрої, самописці, осцилографи, лічильники імпульсів і т.д.).

Функціональні схеми приладів значною мірою визначаються формою сигналів, що надходять від детекторів випромінювань і з виходу вимірювальної схеми (у вигляді імпульсів - дискретна форма інформації або у вигляді повільно мінливого струму (напруги) - аналогова форма інформації).

Прилади з дискретною формою вхідний і вихідний інформації можуть включати в себе підсилювачі, стандартизатори і дискримінатори імпульсів, лічильні і аналізують схеми з підсумовуванням і пам'яттю двійковим, десятковим та іншими способами числення.

Імпульси, що несуть інформацію про параметри випромінювання, можуть відрізнятися за амплітудою, формою і часу появи. Поділом цих імпульсів але їх параметрах за допомогою аналізують пристроїв вдається вимірювати не тільки щільність потоку випромінювання по середній швидкості проходження імпульсів, а й енергію, вид і просторовий розподіл випромінювання.

Аналізують пристрої зазвичай працюють у двох режимах обробки інформації. У першому випадку аналізатором відбираються імпульси із заданими параметрами, у другому - сигнали відбираються по групах залежно від заданих параметрів відбору.

У приладах з аналоговим видом вхідний і вихідний інформації застосовуються електрометричні і вихідні підсилювачі постійного струму. У схемах з попереднім перетворенням постійного струму в змінний використовуються перетворювачі і підсилювачі змінного струму.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Для перекриття необхідного діапазону вимірювань із заданою точністю в пристроях з аналоговим видом вихідної інформації застосовуються показують і самописні прилади з лінійної і нелінійної шкалами (логарифмічною, лінійно-логарифмічною і т.д.), а також цифрові вольтметри з цифродрукуючий пристроями.

Інформація на виході приладів може бути як дискретної, так і аналогової незалежно від форми інформації на вході.

Аналогова інформація, що надходить від струмових детекторів випромінювань (іонізаційні камери), у ряді приладів перетвориться в дискретну шляхом дозування - квантування зарядів.

Значне число приладів з дискретною інформацією на вході мають аналогову вихідну інформацію; до них відносяться радіометри, рентгенометри, інтенсіметри з вимірювачами середньої швидкості проходження імпульсів.

Результати вимірювань можуть представлятися у вигляді сигналів, спостережуваних візуально (показання стрілочних приладів, на екрані осцилографа або комп'ютера і т.д.); зафіксованих реєструючим пристроєм (лічильником імпульсів, самописцем, ціфропtчатающім пристроєм і т.д.). Сигнали можуть бути звуковими, генерованими телефонами, дзвінками, сиренами і т.д., подаватися для управління іншими приладами.

Будь-який вид випромінювання при взаємодії з речовиною призводить до появи іонізації і збудження. Заряджені частинки викликають ці процеси безпосередньо, при поглинанні g-квантів іонізацію створюють швидкі електрони, що виникають в результаті фотоефекту, ефекту Комптона або при народженні пар, а в разі нейтронів іонізація створюється бистролетящій ядрами. При цьому одна первинна частинка може призвести до появи сотень тисяч іонів, завдяки чому супроводжуючі іонізацію вторинні ефекти (електричний струм, спалах світла, потемніння фотопластинки та ін.) Можуть бути помічені людиною безпосередньо за допомогою його органів чуття; іноді ці ефекти залишається лише посилити в потрібне число разів. Таким чином, іонізація є як би своєрідним підсилювачем явищ взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною. Тому робота всіх реєструючих приладів так чи інакше пов'язана з використанням іонізації і збудження атомів речовини.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Електрони, що утворюються при різних видах взаємодій, гальмуються в середовищі, витрачаючи свою енергію на іонізацію і збудження атомів. Утворилися іони і вільні електрони швидко рекомбінують, так що заряд через дуже короткий час (10-5 с для газів) зникає. Цього не відбувається, якщо в середовищі створити електричне поле. У цьому випадку носії заряду будуть дрейфувати уздовж поля, позитивні в одну сторону, негативні - в іншу. Рух зарядів є електричним струмом, вимірявши який, можна визначити величину заряду.

Саме так діє іонізаційна камера. Вона представляє із себе герметичний об'єм, наповнений газом, в якому розташовані два металеві електроди (рис. 7.1). До електродів докладено електричну напругу. При проходженні електрона, що утворився при взаємодії γ-кванта з речовиною, вільні заряди - іони і електрони - дрейфують до електродів, і в ланцюзі виникає імпульс струму, пропорційний заряду, освіченій електроном.

Принцип дії іонізаційної камери

Рис. 7.1. Принцип дії іонізаційної камери

На жаль, імпульси струму від електронів, утворених частками малих енергій і γ-квантами, дуже малі. Їх важко точно виміряти, тому іонізаційні камери використовуються для реєстрації важких частинок, наприклад, α-частинок, які утворюють при проходженні через іонізаційні камеру значно більші імпульси струму.

Якщо підвищити напругу на електродах іонізаційнийкамери, то виникає явище, назване газовим посиленням. Вільні електрони, рухаючись в електричному полі, набувають енергії, достатньої для іонізації атомів газу, наповнює камеру. При іонізації електрон утворює ще одну пару іон - електрон, так що загальна кількість зарядів множиться на два, як це показано на рис. 7.2. У свою чергу новоутворені електрони теж здатні до іонізації, і таким чином заряд множиться ще і ще. При спеціальній формі електродів коефіцієнт газового посилення може досягати 105. Суттєвим тут є той факт, що кінцевий заряд залишається пропорційний первинного, а значить, і енергії електрона, утвореного частинкою або γ-квантом. Саме з цієї причини такі прилади називаються пропорційними лічильниками.

Зазвичай пропорційний лічильник роблять у вигляді циліндра, уздовж осі якого натягують тонку металеву дротик - нитка. До корпусу лічильника підключають негативний, а до нитки - позитивний полюс джерела струму. При такому пристрої електричне поле зосереджується головним чином біля нитки і максимальне значення напруженості поля виявляється тим вище, чим менше радіус нитки. Тому необхідні для газового посилення великі напруженості полів вдається отримати при порівняно невеликих різницях потенціалів між корпусом лічильника і ниткою.

Пропорційний лічильник

Рис. 7.2. Пропорційний лічильник

Пропорційні лічильники набули широкого поширення завдяки своїй простоті і великим імпульсам струму при проходженні заряджених частинок. Зараз пропорційні лічильники використовують головним чином для реєстрації β-випромінювання, м'якого γ-випромінювання, α-частинок і нейтронів. На рис. 7.3 представлені основні твані пропорційних лічильників.

Типи пропорційних лічильників

Рис. 7.3. Типи пропорційних лічильників

В електричне коло пропорційний лічильник включається так само, як і іонізаційна камера. І електричні імпульси від нього виходять такі ж, як від камери, тільки більшої величини. Здавалося б, варто тільки застосувати досить висока напруга, щоб газове посилення було більше, і пропорційний лічильник дасть настільки великі імпульси, що працювати з ними можна буде без подальшого посилення. Однак насправді це не так. Справа в тому, що при великих газових посиленням лічильник починає працювати нестабільно і пропорційність між енергією частинок і амплітудою імпульсу порушується.

Щоб уникнути появи пробоїв і вирівняти електричне поле, лічильник доводиться робити дуже ретельно, зачищаючи і поліруючи його електроди. Відполірувати ж нитка, діаметр якої вимірюється сотими частками міліметра, дуже складно. Якщо електричне поле в лічильнику буде неоднорідним уздовж нитки, то імпульс буде залежати не тільки від енергії частинки, але і від місця її потрапляння в лічильник, що, природно, небажано.

Тому конструкцію пропорційного лічильника часто доводиться ускладнювати, вводячи в нього додаткові електроди для вирівнювання поля. У результаті всіх цих ускладнень вдається виготовити лічильники з газовими посиленнями в десятки, сотні, а іноді навіть у тисячі разів, але часто і цього виявляється замало, щоб з одержуваними від них імпульсами можна було працювати без подальшого посилення.

Розглянемо, що відбудеться, якщо ще більше збільшити напругу між електродами лічильника. У цьому випадку при попаданні в лічильник зарядженої частинки утворюється надзвичайно потужна лавина електронів, яка з великою швидкістю обрушується на позитивний електрод і вибиває з нього кілька фотонів - квантів ультрафіолетового випромінювання.

Ці фотони, потрапляючи на негативний електрод, можуть вирвати нові електрони, останні знову кинуться до позитивного електрода і т.д. У результаті в лічильнику виникає так званий самостійний розряд, який буде горіти з постійною силою незалежно від того, потрапляють в лічильник нові частинки чи ні. (Точно так горить розряд в неонових трубках світлових реклам.)

Лічильник же повинен реагувати на кожну попадає в нього частку, тому такий режим роботи нікому не потрібен. Проте, застосовуючи спеціальні схеми включення або додаючи в атмосферу лічильника деякі важкі гази, можна створити умови, за яких виник при попаданні в лічильник частинки самостійний розряд сам по собі буде гаснути через дуже короткий час. Таким чином, попадання в лічильник кожної нової частинки буде викликати появу короткочасного, але досить сильного струму.

Найпоширенішим детектором (датчиком) іонізуючого випромінювання, працюючим в описаному вище режимі, є лічильник Гейгера - Мюллера. Принцип його роботи заснований на виникненні розряду в газі при прольоті іонізуючих частинок. У добре вакуумований герметичний балон з двома електродами, що знаходиться під напругою, введена газова суміш, що складається в основному з легко іонізіруемих неону і аргону (пристрій повинен реєструвати β- і γ-випромінювання). Балон може бути скляним, металевим та ін. Зазвичай лічильники сприймають випромінювання всією своєю поверхнею, але існують і такі, у яких для цього в балоні передбачено спеціальне "вікно".

До електродів прикладають висока напруга U (рис. 7.4), яке саме по собі не викликає яких-небудь розрядних явищ. У цьому стані лічильник буде перебувати доти, поки в його газовому середовищі не виникне центр іонізації - слід з іонів і електронів, породжуваний що прийшла ззовні іонізуючої часткою. Первинні електрони, прискорюючись в електричному полі, іонізують "по дорозі" інші молекули газового середовища, породжуючи все нові і нові електрони та іони. Розвиваючись лавиноподібно, цей процес завершується утворенням в міжелектродному просторі електронно-іонного хмари, різко збільшує його провідність. У газовому середовищі лічильника виникає розряд, видимий (якщо балон прозорий) навіть простим оком.

Схема включення лічильника Гейгера

Рис. 7.4. Схема включення лічильника Гейгера

Зворотний процес - повернення газового середовища в її початковий стан в так званих галогенових лічильниках - відбувається сам собою. У дію вступають галогени (зазвичай хлор або бром), в невеликій кількості містяться в газовому середовищі, які сприяють інтенсивної рекомбінації зарядів. Але цей процес іде значно повільніше. Відрізок часу, необхідний для відновлення радіаційної чутливості лічильника Гейгера і фактично визначає його швидкодію - "мертве" час - є важливою його паспортної характеристикою. Наприклад, для газоразрядного лічильника Гейгера - Мюллера, типу СБМ-20-1 "мертве" час при U = 400 В становить 190 Р / мкс.

Лічильники Гейгера здатні реагувати на найрізноманітніші види іонізуючого випромінювання - альфа, бета, гамма, ультрафіолетове, рентгенівське, нейтронне. Але реальна спектральна чутливість лічильника значною мірою залежить від його конструкції.

Амплітуда імпульсу від лічильника Гейгера - Мюллера може досягати декількох десятків або навіть сотень вольт. З такими імпульсами можна працювати без всякого посилення. Але ця перемога була завойована дорогою ціною. Справа в тому, що амплітуда імпульсу в лічильнику Гейгера - Мюллера визначається тільки властивостями самого лічильника і параметрами електричного кола і абсолютно не залежить ні від виду, ні від енергії первинної частки.

Імпульси від повільного електрона, який створив лише кілька пар іонів, і від α-частинки, що створила кілька тисяч іонів, виявляються однаковими. Тому лічильники Гейгера - Мюллера можна використовувати тільки для підрахунку числа пролетіли частинок в однорідних полях випромінювань, але не для визначення їх типу та енергії.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

Основні підходи і принципи до соціальної роботи з групою
Етичні принципи соціальної роботи з групою
Кам'яні роботи
Принцип безпосередності регулює питання роботи суду з доказами поділитися
Загальні принципи і підходи до індивідуальної роботи з випадком
Етичні принципи соціальної роботи з групою
Чи може роботодавець залучити працівника до роботи за межами встановленої для нього тривалості робочого часу?
Основні принципи організації діяльності установ соціального обслуговування по правовому забезпеченню соціальної роботи
Проектування роботи
Принципи роботи з високостатусного членами групи високого рівня соціально-психологічного розвитку
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук