Гейгеров брояч - основен сензор за измерване на радиация. Той регистрира гама, алфа, бета лъчение и рентгенови лъчи. Той има най-висока чувствителност в сравнение с други методи за запис на радиация, например йонизационни камери. Това е основната причина за нейното широко разпространение. Други сензори за измерване на радиация се използват много рядко. Почти всички устройства за дозиметричен мониторинг са изградени точно на гишетата. Произвеждат се в големи количества и има устройства от различни нива: от военни приемни дозиметри до китайски потребителски стоки. Сега за закупуване на всяко устройство за измерване на радиация не е проблем.
Все още не е имало универсално разпространение на дозиметрични инструменти. Така до 1986 г., по време на аварията в Чернобил, се оказа, че населението просто няма дозиметрични разузнавателни устройства, което, между другото, още повече влоши последиците от бедствието. В същото време, въпреки разпространението на аматьорското радио и кръговете на техническото творчество, броячите на Гайгер не се продаваха в магазините, така че производството на дозиметри самоделни беше невъзможно.
Принципът на работа на броячите на Гайгер
Това е електровакуумно устройство с изключително прост принцип на работа. Датчикът за радиоактивно излъчване е метална или стъклена камера с метализация, изпълнена с изхвърлен инертен газ. В центъра на камерата има електрод. Външните стени на камерата са свързани към източник на високо напрежение (обикновено 400 волта). Вътрешен електрод - към чувствителен усилвател. Йонизиращата радиация (радиация) е поток от частици. Те буквално прехвърлят електроните от високоволтовия катод към анодните нишки. Той просто предизвиква напрежение, което вече може да бъде измерено чрез свързване към усилвател.
Високата чувствителност на брояча на Geiger се дължи на лавинния ефект. Енергията, която усилвателят регистрира на изхода, не е енергията на източника на йонизиращо лъчение. Това е енергията на високоволтовия захранващ блок на самия дозиметър. Проникналата частица прехвърля само един електрон (енергиен заряд, който се превръща в ток, записан от уреда). Между електродите се въвежда газова смес, състояща се от благородни газове: аргон, неон. Той е предназначен да гаси високо напрежение. Ако възникне такъв разряд, той ще бъде фалшиво положителен за брояча. Една последваща верига за измерване игнорира такива отклонения. В допълнение, захранването с високо напрежение също трябва да бъде защитено от тях.
Захранващата верига в брояча Geiger осигурява изходен ток в няколко микроампери при изходно напрежение от 400 волта. Точната стойност на захранващото напрежение се задава за всяка марка на измервателния уред съгласно техническата му спецификация.
Гейгеровите броячи, чувствителността, записаните емисии
С помощта на брояч на Гайгер, гама и бета лъчение могат да бъдат регистрирани и прецизно измерени. За съжаление, не можете да разпознаете вида на радиацията директно. Това се прави непряко чрез инсталиране на бариери между сензора и обекта или терена, който се изследва. Гама лъчите имат висока пропускливост и техният фон не се променя. Ако дозиметърът открие бета лъчение, тогава инсталирането на бариера за разделяне, дори от тънък лист метал, почти напълно ще блокира потока от бета частици.
Общите набори от индивидуални дозиметри DP-22, DP-24 не използват броячи на Geiger. Вместо това там е използван сензор за йонизационна камера, така че чувствителността е много ниска. Съвременните дозиметрични инструменти на броячите на Гайгер са хиляди пъти по-чувствителни. С тях можете да регистрирате естествени промени в слънчевата радиация.
Забележителна характеристика на брояча на Geiger е неговата чувствителност, която е десетки или стотици пъти по-висока от изискваното ниво. Ако измервателният уред се включи в напълно защитена водеща камера, той ще покаже огромен естествен радиационен фон. Тези показания не са дефект в дизайна на самия уред, което е потвърдено от многобройни лабораторни тестове. Тези данни са следствие от естествения радиационен космически фон. Експериментът показва само колко чувствителен е броячът на Geiger.
Специално за измерване на този параметър, техническите характеристики показват стойността на чувствителността на брояча на импулсни импулси (импулси на микросекунда). Колкото повече от тези импулси, толкова по-голяма е чувствителността.
Измерване на радиация чрез брояч на Гайгер, дозиметрична верига
Дозиметричната схема може да бъде разделена на два функционални модула: високоволтов захранващ блок и измервателна верига. Захранване с високо напрежение - аналогов. Измервателният модул на цифровите дозиметри е винаги цифров. Това е брояч на импулси, който показва съответната стойност под формата на числа на скалата на инструмента. За да се измери дозата на радиация, е необходимо да се преброят импулсите за минута, 10, 15 секунди или други стойности. Микроконтролерът преизчислява броя на импулсите до определена стойност по скалата на дозиметъра в стандартни радиационни единици. Ето най-често срещаните:
- Рентгенова (обикновено използвана рентгенова);
- Сиверт (микрозивър - мсв);
- Baer;
- Грей, радвам се
- плътност на потока в microwatts / m2.
Sievert е най-популярната единица за измерване на радиация. Всички норми са свързани с него, не се изискват допълнителни преизчисления. Рем - единица за определяне влиянието на радиацията върху биологични обекти.
Сравнение на газоразрядния брояч на Гейгер с сензор за полупроводниково излъчване
Броячът на Гайгер е газоразрядно устройство, а сегашната тенденция на микроелектрониката е универсалното им унищожаване. Разработени са десетки варианти на полупроводникови сензори за излъчване. Нивото на фоновото излъчване, записано от тях, е много по-високо, отколкото при броячите на Geiger. Чувствителността на полупроводниковия сензор е по-лоша, но има и друго предимство - ефективност на разходите. Полупроводниците не изискват високо напрежение. За преносимите дозиметри с батерии те са много подходящи. Друго предимство е регистрацията на алфа частици. Обемът на газа на измервателния уред е значително по-голям от този на полупроводниковия сензор, но все пак неговите размери са приемливи дори за преносими технологии.
Измерване на алфа, бета и гама лъчение
Гама лъчението е най-лесно за измерване. Това е електромагнитно излъчване, което е поток от фотони (светлината също е поток от фотони). За разлика от светлината, тя има много по-висока честота и много къса дължина на вълната. Това му позволява да проникне в атомите. В гражданската защита гама-лъчението е проникваща радиация. Тя прониква през стените на къщи, коли, различни структури и се задържа само от слой земя или бетон на няколко метра. Регистрирането на гама-кванти се извършва с градуиране на дозиметъра в съответствие с естественото лъчение на слънцето. Не са необходими източници на радиация. Това е съвсем друго нещо с бета и алфа радиация.
Ако α (алфа-лъчевата) радиация е йонизираща, тя идва от външни обекти, то е почти безопасна и е поток от хелиеви атоми. Обхватът и пропускливостта на тези частици е малък - няколко микрометра (максимум милиметри) - в зависимост от пропускливостта на средата. Поради тази функция, той почти не се регистрира с брояч на Geiger. В същото време, регистрацията на алфа лъчение е важна, тъй като тези частици са изключително опасни, когато проникнат във вътрешността на тялото с въздух, храна и вода. За техния указ се използват ограничени броячи на гайгери. Специални полупроводникови сензори са по-често срещани.
Бета лъчението се записва перфектно чрез брояч на Geiger, тъй като бета частицата е електрон. Той може да лети на стотици метри в атмосферата, но се абсорбира добре от метални повърхности. В това отношение броячът на Гайгер трябва да има прозорец от слюда. Металната камера е направена с малка дебелина на стената. Съставът на вътрешния газ се избира по такъв начин, че да се осигури малък спад на налягането. Детектор на бета лъчение се поставя на отдалечена сонда. В ежедневието такива дозиметри не са широко разпространени. Това са предимно военни продукти.
Индивидуален дозиметър с гайгеров брояч
Този клас устройства е силно чувствителен, за разлика от по-старите модели с йонизационни камери. Надеждните модели се предлагат от много местни производители: "Terra", "MKS-05", "DKR", "Radeks", "RKS". Това са самостоятелни устройства с извеждане на данни към екрана в стандартни единици. Налице е режим на индикация за натрупаната доза радиация, както и моментното фоново ниво.
Обещаваща посока е домашен дозиметър-префикс към смартфон. Такива устройства се произвеждат от чуждестранни производители. Те имат богати технически възможности, има функция за съхраняване на индикации, остойностяване, преизчисляване и сумиране на радиация за дни, седмици, месеци. Досега, поради ниските обеми на производство, цената на тези устройства е доста висока.
Домашни дозиметри, защо са необходими?
Броячът Geiger е специфичен елемент от дозиметъра, напълно недостъпен за самостоятелно производство. В допълнение, той се намира само в дозиметрите или се продава отделно в радио магазините. Ако този сензор е наличен, всички останали компоненти на дозиметъра могат да бъдат сглобени независимо от части от различни битови електроника: телевизори, дънни платки и т.н. Струва си да ги събираме, тъй като това са най-зрелите опции, които имат подробни ръководства за настройка и настройка.
Веригата за включване на брояч на Geiger винаги означава източник на високо напрежение. Типичното работно напрежение на измервателния уред е 400 волта. Получава се според блокиращия генератор и това е най-сложният елемент на дозиметричната верига. Изходът на брояча може да бъде свързан с нискочестотен усилвател и да преброи кликванията в говорителя. Такъв дозиметър се сглобява в случай на авария, когато практически няма време за производство. Теоретично, изходът на брояча на Geiger може да бъде свързан с аудио входа на домакински уреди, като например компютър.
Самоприемните дозиметри, подходящи за точни измервания, се сглобяват на микроконтролери. Тук не са необходими програмни умения, тъй като програмата се записва в свободен достъп. Трудностите тук са типични за домашното електронно производство: получаване на печатна платка, запояване на радио компоненти и изработване на случая. Всичко това се решава в малка работилница. Самостоятелно направените дозиметри от броячите на Гайгер се правят в случаите, когато:
- Няма възможност за закупуване на готов дозиметър;
- нужда от устройство със специални характеристики;
- необходимо е да се проучи процесът на изграждане и регулиране на дозиметъра.
Домашният дозиметър е калибриран на естествен фон с помощта на друг дозиметър. Това е мястото, където завършва строителният процес.
