Недостатки счетчика гейгера кратко

Обновлено: 04.07.2024

Железнобитонная плита размером 4 м * 0,5 м * 0,25 м погружена в воду наполовину. какова архимедова сила, действующая сила на нее? плотность воды 1000 кг/м3

Велосипед движется равномерно по окружности радиусом 100 м и делает 1 оборот за 2 мин. Путь и перемещение велосипедиста за 1 мин соответственно равны

1. Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной. Поясните причину такого названия. 2. Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике

Итак, самым простым способом измерить ионизирующее излучение (радиацию) является подсчет образовавшихся в результате этого излучения ионов в веществе. На этом принципе и основана работа счетчика Гейгера, простого прибора для измерения радиации, изобретенного еще в конце 19-го века.

И именно счетчики Гейгера используют в дозиметрах и радиометрах, созданных в СССР и России.

Работа счетчика Гейгера

Счетчик Гейгера состоит из двух главных элементов:

трубки (из металла или стекла с металлическим слоем на внутренней стенке), которая служит катодом, то есть, грубо говоря, источником электронов
и металлической нити (натянутой вдоль оси этой трубки), которая служит анодом, то есть, выражаясь по-простому, получателем электронов

Трубка наполнена разряженным газом (аргон, неон), а между анодом и катодом создается напряжение в несколько сотен вольт.

Когда трубка подвергается воздействию радиации, с ее стенок выбиваются электроны, которые, двигаясь в газе, тоже выбивают из его атомов электроны. Резко возрастает количество ионов из-за резкого увеличения количества свободных электронов, двигающихся с большой скоростью.

Ток в счетчике возрастает и образуется импульс напряжения, который и регистрируется устройством, после чего происходит падение напряжение, разряд прекращается и прибор снова можно подвергать воздействию излучения.

Недостатки счетчика Гейгера

Простота устройства счетчика Гейгера приводит к нескольким серьезным недостаткам.

Во-первых, не все частицы из потока, которое мы называем ионизирующим излучением, добираются до вещества, используемого в счетчике Гейгера. Поэтому результаты измерения этим устройством далеки от точности и погрешность может составлять +/-30%.

Во-вторых, счетчик Гейгера не различает типы частиц воздействующих на вещество и также не определяет их энергию.

Несмотря на все эти недостатки, для бытовых целей дозиметры/радиометры созданные с использованием счетчика Гейгера могут вполне подойти.

И в статье "Бытовые или индивидуальные дозиметры" мы сделаем небольшой обзор дозиметров этого типа.

(Для более серьезных целей следует обратить внимание на дозиметры, созданные с использованием других технологических принципов, например, сцинтилляционные или термолюминисцентные.)

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

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?

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.

В случае ядерного взрыва, аварии на атомной электростанции или другой подобной катастрофы, окружающая среда будет отравлена радиацией. Когда ионизирующее излучение воздействует на организмы людей и животных, возникает отравление радиацией. Тяжесть последствий напрямую зависит от уровня облучения. Если он небольшой, человек ощутит недомогания вроде головокружения и усталости. В случае, если доза облучения была большой, организм получает серьезные неврологические повреждения и умирает в течение 48 часов. Чтобы узнать, выделяет ли окружающая среда ионизирующее излучение, используется счетчик Гейгера. В случае, если от окружающей среды или какого-либо определенного объекта исходит радиация, он начинает трещать. Давайте разберемся, как работает этот простой и дешевый прибор.

Счетчик Гейгера может на 100% определить наличие радиации

История создания счетчика Гейгера

Счетчик Гейгера был изобретен в 1908 году, немецким физиком Хансом Вильгельмом Гейгером. Изначально устройство, которое предназначено для выявления радиации, было очень простым и имело множество недоработок. В 1928 году, во время работы с Гейгером, прибор значительно улучшил его коллега Вальтер Мюллер. В частности, он разработал несколько модификаций устройства — каждая из версий обнаруживала разный тип излучения. Из-за этого, измерительный прибор также называют счетчиком Гейгера-Мюллера.

Немецкий физик Ханс Гейгер

Прибор был разработан как раз в период активного изучения ядерной физики, атомной энергетики и создания ядерного оружия. Счетчик Гейгера стал максимально простым инструментом для регистрации и измерения интенсивности распада радиоактивных веществ. Сегодня он является частью дозиметров — более навороченных устройств, которые не только регистрируют наличие радиации, но и показывают точные данные о его уровне. Раньше такие измерительные приборы использовались в военной сфере и атомных электростанциях, но сегодня купить счетчик Гейгера может любой желающий.

Схема простейшего счетчика Гейгера

Как работает счетчик Гейгера?

Конструкция счетчика Гейгера очень проста. По сути, это конденсатор, внутри которого находится инертный газ: неон, аргон и так далее. Так называются летучие вещества, которые участвуют в очень малом количестве химических реакций. Чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно искусственно ионизировать каждый атом. Когда внутрь цилиндрического конденсатора попадает ионизирующее излучение, газ вступает в реакцию и возникает электрический ток. Именно из-за того, что внутри счетчика Гейгера возникают электрические разряды, в случае обнаружения радиации прибор и издает треск.

Счетчик Гейгера, подключенный к радиометру

Благодаря максимально простой конструкции, счетчики Гейгера стоят дешево. Поэтому их активно используют в случаях, когда нужно фиксировать всплески радиации на больших территориях — иногда приборами покрывают десятки, а временами даже сотни квадратных метров. Точность счетчика Гейгера равна 100%, потому что для возникновения электрического разряда разряда внутри конденсатора достаточно одной электрон-ионной пары.

Что такое дозиметр?

Как уже было отмечено выше, счетчики Гейгера являются составными частями дозиметров. В то время как счетчик определяет наличие ионизирующего излучения, дозиметр определяет накопленную дозу ионизирующего излучения. Не стоит путать дозиметр с радиометр — второй показывающий мощность дозы радиации я в данный момент времени, в определенной точке.

Разные модели дозиметров

Дозиметры часто используются в быту, для проверки на наличие ионизирующего излучения помещений, предметов и продуктов питания. Дозы облучения оцениваются в микрорентгенах в час (мкР/ч). Допустимая норма гамма-фона для Москвы и других городов составляет от 10 до 30 микрорентген в час. Если дозиметр показывает более высокие показатели — необходимо звать спасателей, покинуть опасное место или отойти подальше от радиоактивного объекта.

О том, насколько радиация опасна для человеческого организма, многие из вас наверняка уже знают. Но мало кто понимает, как именно ионизирующее излучение разрушает человеческий (и не только!) организм. О смертельной дозе радиации и возможности выжить после радиационного излучения мы подробно писали в этом материале. Также рекомендую почитать статью о правилах выживания в случае ядерного взрыва.

Читайте также: