Счетчики Гейгера
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, скольконибудь 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 счетчи- ки воспринимают
излучение всей своей поверхностью, но существуют  Рис. П4.1.
Включение счетчика Гейгера
и такие, у которых для
этого в баллоне предусмотрено специальное «окно». К электродам прикладывают
высокое напряжение U^ (рис. П4.1), 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 электронноионного 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  Рис.
П4.2. Зависимость скорости счета or напряжения питания в счетчике Гейгера
0,05....0,06 мм (он служит
и като- дом счетчика). Окно рентгеновского счетчика изготавливают из бериллия,
а ультрафиолетового - из кварцевого стекла.
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 рис. П4.2.
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»  Рис. П4.3.
Зависимость скорости счета от энергии гамма-квантов ("ход с жесткостью")
в счетчике Гейгера
в радиоэлектронике; в обоих
случаях речь идет о принципиально неустранимых воздействиях на аппаратуру.)
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 рис. П4.3. «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 перво- причине его возбуждения. Выходные импульсы, генерируемые
счетчиком Гейгера под действием a-частиц, электронов,
g-квантов
Таблица
П4
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
СБМ19 |
400 |
100 |
2 |
310* |
50 |
19х195 |
1 |
|
СБМ20 |
400 |
100 |
1 |
78* |
50 |
11х108 |
1 |
|
СБТ9 |
380 |
80 |
0,17 |
40* |
40 |
12х74 |
2 |
|
СБТ10А |
390 |
80 |
2,2 |
333* |
5 |
(83х67х37) |
2 |
|
СБТ11 |
390 |
80 |
0,7 |
50* |
10 |
(55х29х23,5) |
3 |
|
СИ8Б |
390 |
80 |
2 |
350-500 |
20 |
82х31 |
2 |
|
СИ14Б |
400 |
200 |
2 |
300 |
30 |
84х26 |
2 |
|
СИ22Г |
390 |
100 |
1,3 |
540* |
50 |
19х220 |
4 |
|
СИ23БГ |
400 |
100 |
2 |
200-400* |
- |
19х195 |
1 |
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.
(в счетчике, на все эти
виды излучения реагирующем), ничем не различаются. Сами частицы, их энергии
совершенно исчезают в порождаемых ими лавинах-близнецах.
В таблице П4 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 рис. П4.4.  Рис. П4.4.
Счетчики Гейгера
|
