Будова та принцип роботи лічильника Гейгера – Мюллера. Принцип роботи лічильника гейгера Лічильник гейгера фізичні принципи дії таблиця

У зв'язку з екологічними наслідками діяльності людини, пов'язаної з атомною енергетикою, а також промисловістю (зокрема військовою), яка використовує радіоактивні речовини як компонент або основу своєї продукції, вивчення основ радіаційної безпеки та радіаційної дозиметрії стає сьогодні досить актуальною темою. Крім природних джерел іонізуючого випромінювання з кожним роком дедалі більше з'являється місць, забруднених радіацією згодом людської діяльності. Таким чином, щоб зберегти своє здоров'я та здоров'я своїх близьких необхідно знати ступінь зараженості тієї чи іншої місцевості чи предметів та їжі. У цьому може допомогти дозиметр – прилад для вимірювання ефективної дози або потужності іонізуючого випромінювання протягом певного проміжку часу.

Перш ніж приступати до виготовлення (або купівлі) даного пристрою необхідно мати уявлення про природу вимірюваного параметра. Іонізуюче випромінювання (радіація) – це потоки фотонів, елементарних частинок або уламків поділу атомів, здатні іонізувати речовину. Поділяється на кілька видів. Альфа-випромінюванняє потік альфа частинок - ядер гелію-4, альфа-частинки, що народжуються при радіоактивному розпаді, можуть бути легко зупинені аркушем паперу, тому небезпека представляє в основному при потраплянні всередину організму. Бета-випромінювання- це потік електронів, що виникають при бета-розпаді, для захисту від бета-часток енергією до 1 МеВ досить алюмінієвої пластини завтовшки кілька міліметрів. Гамма-випромінюваннямає набагато більшу проникаючу здатність, оскільки складається з високоенергійних фотонів, що не володіють зарядом, для захисту ефективні важкі елементи (свинець і т.п.) шаром кілька сантиметрів. Проникаюча здатність всіх видів іонізуючого випромінювання залежить від енергії.

Для реєстрації іонізуючого випромінювання переважно використовуються лічильники Гейгера-Мюллера. Цей простий і ефективний пристрій зазвичай являє собою металевий циліндр металевий або скляний металізований зсередини і тонкої металевої нитки, натягнутої по осі цього циліндра, сам циліндр наповнюється розрідженим газом. Принцип роботи ґрунтується на ударній іонізації. При попаданні на стінки лічильника іонізуючого випромінювання вибивають з нього електрони, електрони, рухаючись у газі та зіштовхуючись з атомами газу, вибивають з атомів електрони та створюють позитивні іони та вільні електрони. Електричне поле між катодом та анодом прискорює електрони до енергій, за яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, що веде до розмноження первинних носіїв. При досить велику напруженість поля енергії цих іонів стає достатньою, щоб породжувати вторинні лавини, здатні підтримувати самостійний розряд, у результаті струм через лічильник різко зростає.

Не всі лічильники Гейгер можуть реєструвати всі види іонізуючого випромінювання. В основному вони чутливі до одного випромінювання - альфа, бета або гамма-випромінювання, але часто також певною мірою можуть реєструвати й інше випромінювання. Так, наприклад, лічильник Гейгера СІ-8Б призначений для реєстрації м'якого бета-випромінювання (так, в залежності від енергії частинок випромінювання може розділятися на м'яке і жорстке), проте даний датчик так само певною мірою чутливий до альфа-випромінювання і гамма- випромінювання.

Однак, наближаючись до конструкції статті, наше завдання зробити максимально простий, природно портативний, лічильник Гейгера або вірніше сказати дозиметр. Для виготовлення цього пристрою мені вдалося роздобути лише СБМ-20. Цей лічильник Гейгера призначений для реєстрації жорсткого бета- та гамма випромінювання. Як і більшість інших лічильників, СБМ-20 працює при напрузі 400 вольт.

Основні характеристики лічильника Гейгера-Мюллера СБМ-20 (таблиця з довідника):

Даний лічильник має відносно невисокі показники точності вимірювання іонізуючого випромінювання, але достатні для визначення перевищення допустимої для людини дози випромінювання. СБМ-20 застосовується у багатьох побутових дозиметрах нині. Для покращення показників часто використовується одразу кілька трубок. А для збільшення точності вимірювання гамма-випромінювання дозиметри оснащуються фільтрами бета-випромінювання, в цьому випадку дозиметр реєструє тільки гамма-випромінювання, але досить точно.

При вимірі дози радіації необхідно враховувати деякі фактори, які можуть бути важливими. Навіть за повної відсутності джерел іонізуючого випромінювання лічильник Гейгера даватиме кілька імпульсів. Це так зване власне тло лічильника. Сюди також відноситься кілька факторів: радіоактивне забруднення матеріалів самого лічильника, спонтанна емісія електронів з катода лічильника і космічне випромінювання. Все це дає кілька «зайвих» імпульсів в одиницю часу.

Отже, схема простого дозиметра на основі лічильника Гейгера СБМ-20:

Схему збираю на макетній платі:

Схема не містить дефіцитних деталей (крім, природно, самого лічильника) і не містить програмованих елементів (мікроконтролерів), що дозволить зібрати схему протягом короткого часу без особливих труднощів. Однак такий дозиметр не містить шкали і визначати дозу радіації необхідно на слух за кількістю клацань. Такий класичний варіант. Схема складається з перетворювача напруги 9 вольт – 400 вольт.

На мікросхемі NE555 виконаний мультивібратор, частота якого становить приблизно 14 кГц. Для збільшення частоти роботи можна зменшити номінал резистора R1 приблизно 2,7 кОм. Це буде корисно, якщо вибраний вами дросель (а може й виготовлений) видаватиме писк – зі збільшенням частоти роботи писк зникне. Дросель L1 необхідний номіналом 1000 – 4000 мкГн. Найшвидше можна знайти відповідний дросель у згорілій енергозберігаючій лампочці. Такий дросель і застосований у схемі, на фото вище він намотаний на осерді, які зазвичай використовують для виготовлення імпульсних трансформаторів. Транзистор T1 можна використовувати будь-який інший польовий n-канальний з напругою сток-витік не менше 400 вольт, а краще більше. Такий перетворювач дасть всього кілька міліампер струму при напрузі 400 вольт, але для роботи Гейгера цього вистачить з головою кілька разів. Після відключення живлення від схеми на зарядженому конденсаторі C3 схема працюватиме ще приблизно 20-30 секунд, враховуючи його невелику ємність. Супресор VD2 обмежує напругу лише на рівні 400 вольт. Конденсатор C3 необхідно використовувати на напругу не менше 400 – 450 вольт.

Як Ls1 можна використовувати будь-який п'єзодинамік або динамік. За відсутності іонізуючого випромінювання струм через резистори R2 – R4 не протікає (на фото на макетній платі п'ять резисторів, але їх загальний опір відповідає схемі). Як тільки на лічильник Гейгера потрапить відповідна частка всередині датчика, відбувається іонізація газу і його опір різко зменшується внаслідок чого виникає імпульс струму. Конденсатор С4 відсікає постійну частину та пропускає на динамік лише імпульс струму. Чуємо клацання.

У моєму випадку як джерело живлення використовується дві акумуляторні батареї від старих телефонів (дві, тому що необхідне живлення має бути більше 5,5 вольт для запуску роботи схеми через застосовану елементну базу).

Отже, схема працює, зрідка клацає. Тепер як це використати. Найпростіший варіант - це клацає трохи - все добре, клацає часто або взагалі безперервно - погано. Інший варіант – це приблизно підраховуємо кількість імпульсів за хвилину та переводимо кількість клацань у мкР/год. Для цього із довідника необхідно взяти значення чутливості лічильника Гейгера. Однак у різних джерелах завжди трохи різні цифри. В ідеальному випадку необхідно провести лабораторні виміри для обраного Гейгерового лічильника з еталонними джерелами випромінювання. Так для СБМ-20 значення чутливості варіюється в межах від 60 до 78 імп/мкР за різними джерелами та довідниками. Так ось, підрахували кількість імпульсів за одну хвилину, далі це число множимо на 60 для апроксимації числа імпульсів за одну годину і все це розділити на чутливість датчика, тобто на 60 або 78 або що у вас ближче до дійсності виходить і в результаті отримуємо значення у мкР/год. Для достовірнішого значення необхідно зробити кілька вимірів і порахувати між ними середньоарифметичне значення. Верхня межа безпечного рівня радіації становить приблизно 20 – 25 мкР/год. Допустимий рівень становить приблизно до 50 мкР/год. У різних країнах цифри можуть відрізнятись.

P.S. На розгляд цієї теми мене підштовхнула стаття про концентрацію газу радон, що проникає в приміщення, воду тощо. у різних регіонах країни та її джерелах.

Список радіоелементів

Позначення	Тип	Номінал	Кількість	Примітка	Магазин	Мій блокнот
IC1	Програмований таймер та осцилятор	NE555	1			До блокноту
T1	MOSFET-транзистор	IRF710	1			До блокноту
VD1	Випрямний діод	1N4007	1			До блокноту
VD2	Захисний діод	1V5KE400CA	1			До блокноту
C1, C2	Конденсатор	10 нФ	2			До блокноту
C3	Електролітичний конденсатор	2.7 мкФ	1			До блокноту
C4	Конденсатор	100 нФ	1	400В

Будова та принцип роботи лічильника Гейгера – Мюллера

У Останнім часом увага до радіаційної безпеки з боку звичайних громадян у нашій країні все більшою мірою зростає. І це пов'язано не лише з трагічними подіями на чорнобильській АЕС та подальшими її наслідками, а й з різними подіями, які періодично трапляються в тому чи іншому місці планети. У зв'язку з цим наприкінці минулого століття почали з'являтися прилади. дозиметричного контролю радіації побутового призначення. І такі прилади дуже багатьом людям врятували не тільки здоров'я, а іноді й життя, і це стосується не тільки територій, що прилягають до зони відчуження. Тому питання радіаційної безпеки актуальні в будь-якому місці нашої країни і до сьогодні.

У всі побутові та практично всі професійні сучасні дозиметри оснащуються. Інакше його можна назвати чутливим елементом дозиметра. Даний прилад був винайдений в 1908 році німецьким фізиком Гансом Гейгером, а через двадцять років, цю розробку вдосконалив ще один фізик Вальтер Мюллер, і саме принцип цього пристрою і застосовується і зараз.

Н деякі сучасні дозиметри мають одразу по чотири лічильники, що дозволяє підвищити точність вимірювань та чутливість приладу, а також зменшити час проведення виміру. Більшість лічильників Гейгера – Мюллера здатні реєструвати гамма-випромінювання, високоенергетичне бета-випромінювання та рентгенівське проміння. Проте є спеціальні розробки визначення альфа-частинок високих енергій. Для налаштування дозиметра на визначення тільки гамма-випромінювання, найнебезпечнішого із трьох видів радіації, чутливу камеру вкривають спеціальним кожухом зі свинцю або іншої сталі, що дозволяє відсікнути проникнення в лічильник бета-частин.

У Сучасні дозиметри побутового та професійного призначення широко застосовуються датчики типу СБМ-20, СБМ-20-1, СБМ-20У, СБМ-21, СБМ-21-1. Вони відрізняються габаритними розмірами камери та іншими параметрами, для лінійки 20-х датчиків характерні такі габарити, довжина 110 мм, діаметр 11 мм, а для 21 моделі, довжина 20-22 мм при діаметрі 6мм. Важливо розуміти, що чим більше розміри камери, тим більше радіоактивних елементів через неї пролітатиме, і тим більшою чутливістю і точністю вона володіє. Так, для 20-х серій датчика характерні розміри в 8-10 разів більші, ніж для 21-ї, приблизно в таких же пропорціях ми матимемо різницю в чутливості.

До Онструкцію лічильника Гейгера можна схематично описати так. Датчик, що складається з циліндричного контейнера, який закачаний інертний газ (наприклад, аргон, неон або їх суміші) під мінімальним тиском, це робиться для полегшення виникнення електричного розряду між катодом і анодом. Катод, найчастіше, являє собою весь металевий корпус чутливого датчика, а анод невелику тяганину, розміщену на ізоляторах. Іноді катод додатково обертають захисним кожухом з нержавіючої сталі або свинцю, це робиться для налаштування лічильника на визначення тільки гамма-квантів.

Д Для побутового застосування, в даний час, найчастіше використовуються датчики торцевого виконання (наприклад, Бета-1, Бета-2). Такі лічильники влаштовані таким чином, що здатні виявляти та реєструвати навіть альфа-частинки. Такий лічильник є плоским циліндром з розташованими всередині електродами, і вхідним (робочим) вікном, виконаним зі слюдяної плівки товщиною всього 12 мкм. Така конструкція дозволяє визначити (з близької відстані) високоенергетичні альфа-частинки та слабоенергетичні бета-частинки. При цьому площа робочого вікна лічильників Бета-1 та Бета 1-1 складає 7 кв.см. Площа слюдяного робочого вікна для приладу Бета-2 вдвічі більше, ніж у Бета-1, його можна використовувати визначення , і т.д.

Е Якщо говорити про принцип роботи камери лічильника Гейгера, то коротко її можна описати так. При активації на катод і анод подається висока напруга (порядку 350 - 475 вольт), через навантажувальний резистор, однак між ними не відбувається розряду через інертний газ, що служить діелектриком. При попаданні в камеру її енергії виявляється достатньо, щоб вибити вільний електрон з матеріалу корпусу камери або катода, цей електрон лавиноподібно починає вибивати вільні електрони з інертного навколишнього газу і відбувається його іонізація, яка в результаті призводить до розряду між електродами. Ланцюг замикається, і цей факт можна зареєструвати за допомогою мікросхеми приладу, що є фактом виявлення або кванта гама або рентгенівського випромінювання. Потім камера входить у вихідний стан, що дозволяє виявити наступну частинку.

Ч щоб процес розряду в камері припинити і підготувати камеру для реєстрації наступної частки, існує два способи, один з них заснований на тому, що на дуже короткий проміжок часу припиняється подача напруги на електроди, що припиняє процес іонізації газу. Другий спосіб заснований на додаванні в інертний газ ще однієї речовини, наприклад, йоду, спирту та інших речовин, при цьому вони призводять до зменшення напруги на електродах, що припиняє процес подальшої іонізації і камера стає здатною виявити наступний радіоактивний елемент. При цьому методі використовується резистор навантаження великий ємності.

П про кількість розрядів у камері лічильника і можна судити про рівень радіації на вимірюваній місцевості чи конкретного предмета.

Незважаючи на те, бажаємо ми того чи ні, але термін «радіація» надовго вклинився в нашу свідомість та буття, і нікому не втекти від факту її присутності. Людям доводиться вчитися жити з цим певною мірою негативним феноменом. Явище радіації може виявляти себе з допомогою невидимих ​​і невідчутних випромінювань, і спеціальної апаратури виявити його майже неможливо.

З історії вивчення радіації

1895 року відбулося відкриття рентгенівських променів. Вже через рік було відкрито феномен радіоактивності урану, також пов'язаний із відкриттям та застосуванням рентгенівських променів. Дослідникам довелося зіткнутися з абсолютно новим, небаченим до того часу природним явищем.

Слід зазначити, що з феноменом радіації вже стикалися кілька років до цього, проте явище не було приділено належної уваги. І це при тому, що обпалювалися рентгенівськими променями навіть знаменитий Нікола Тесла, а також робітник у лабораторії Едісона. Погіршення здоров'я пояснювали всім, що тільки могли, але не випромінюванням.

Пізніше з початком XX століття відбулася поява статтею про шкідливий вплив радіації на піддослідних тварин. Це також пройшло без уваги до однієї гучної події, в якій постраждали «радієві дівчата» – робітниці фабрики, що випускала годинник, що світився.

Керівництво фабрики розповіло дівчатам про нешкідливість радію, і вони приймали смертельні дози радіації: облизували кінчики пензликів з радієвою фарбою, заради розваги фарбували нігті і навіть зуби субстанцією, що світилася. П'ятьом дівчатам, які постраждали від такої роботи, вдалося подати на фабрику судовий позов. Внаслідок чого було створено прецедент стосовно прав деяких робітників, які отримували професійні захворювання та подавали до суду на своїх роботодавців.

Історія появи лічильника Гейгера - Мюллера

Німецький фізик Ганс Гейгер, який працював в одній з лабораторій Резерфорда, в 1908 розробив і запропонував принципову схему дії лічильника «заряджених частинок». Він був модифікацією вже знайомої тоді іонізаційної камери, яка була представлена ​​у вигляді електричного конденсатора, наповненого газом з невеликим тиском. Камеру застосовував ще П'єр Кюрі, коли вивчав електричні властивості газів. Гейгер придумав її використати для виявлення іонізуючого випромінювання саме тому, що це випромінювання безпосередньо впливало на рівень іонізації газів.

Наприкінці 20-х Вальтер Мюллер під керівництвом Гейгера створив деякі типи лічильників радіації, за допомогою яких можна було реєструвати найрізноманітніші іонізуючі частинки. Робота над створенням лічильників була необхідна, бо без них не можна було досліджувати радіоактивні матеріали. Гейгеру з Мюллером довелося цілеспрямовано попрацювати над створенням таких лічильників, які б чутливі до будь-якої з виявлених на той час різновидів випромінювань типу α, β і γ.

Лічильники Гейгера-Мюллера виявились простими, надійними, дешевими, а також практичними датчиками радіації. Це при тому, що вони не були найточнішими інструментами для вивчення випромінювання або деяких частинок. Зате дуже добре підходили як прилади для загальних вимірювань насиченості іонізуючого випромінювання. У поєднанні з іншими приладами вони і зараз використовуються фізиками-практиками для більш точних вимірів у процесі експериментування.

Що таке іонізуюче випромінювання?

Для кращого розуміння роботи лічильників Гейгера-Мюллера не завадило б ознайомитися з іонізуючим випромінюванням. До нього може належати все те, що викликає іонізацію речовин, що перебувають у природному стані. Для цього буде потрібна присутність якоїсь енергії. Зокрема, ультрафіолетове світло або радіохвилі не зараховуються до іонізуючого випромінювання. Розмежування може починатися так званим «жорстким ультрафіолетом», що ще називається «м'яким рентгеном». Такий різновид потоку називається фотонне випромінювання. Потік фотонів високої енергії це гамма-кванти.

Вперше поділ іонізуючого випромінювання за трьома видами було зроблено Ернстом Резерфордом. Все робилося на дослідному устаткуванні, в якому було задіяно магнітне поле в порожньому просторі. Надалі все це було названо:

• α – ядрами атомів гелію;
• β – електронами високої енергії;
• γ – гамма-квантами (фотонами).

Пізніше відбулося відкриття нейтронів. Так, з'ясувалося, що альфа-частинки можуть з легкістю затримуватися навіть за допомогою звичайного паперу, бета-частинки мають дещо більшу проникаючу здатність, а гамма-промені – найвищу. Найнебезпечнішими вважаються нейтрони, особливо на дистанції багато десятків метрів у повітряному просторі. Внаслідок їх електричної індиферентності, вони не вступають у взаємодію з жодною електронною оболонкою молекул у речовині.

Однак при попаданні в атомні ядра з високим потенціалом призводять до їх нестійкості та розпаду, після чого утворюються радіоактивні ізотопи. А ті, далі в процесі розпаду самі утворюють всю повноту іонізуючого випромінювання.

Пристрої лічильника Гейгера-Мюллера та принципи роботи

Газорозрядні лічильники Гейгера-Мюллера, головним чином, виконуються як герметичні трубки, скляні або металеві, з яких викачане все повітря. Його замінюють доданим інертним газом (неоном або аргоном або їх сумішшю) при невисокому тиску з галогеновим або спиртовими домішками. По осях трубок натягнуті тонкі дроти, а співвісно з ними розташовані металеві циліндри. І трубки та дроти – це електроди: трубки – катоди, а дроти – аноди.

До катодів підключаються мінуси від джерел постійної напруги, а до анодів – з використанням великого постійного опору – плюси джерел з постійною напругою. З електричної точки зору виходить дільник напруги. а в середині нього рівень напруги майже такий самий, як напруга на джерелі. Як правило, він може доходити до кількох сотень вольт.

У процесі прольоту іонізуючих частинок через трубки атоми в інертному газі, які вже знаходяться в електрополі високої інтенсивності, стикаються з цими частинками. Та енергія, яка була віддана частками у процесі зіткнення чимала, її вистачить для того, щоб відірвалися електрони від атомів газу. Електрони, що утворилися, вторинного порядку самі в змозі формувати подальші зіткнення, після чого виходить цілий електронний та іонний каскад.

При впливі електрополя відбувається прискорення електронів у напрямку до анодів, а позитивно заряджених іонів газу – до катодів трубок. Внаслідок цього зароджується електрострум. Оскільки енергію частинок вже витратили для зіткнень, повністю або частково (частки пролетіли через трубку), іонізовані атоми газу почали закінчуватися.

Як тільки заряджені частинки потрапили в лічильник Гейгера-Мюллера, шляхом струму, що зароджується, сталося падіння опору трубки, одночасно з цим змінюється напруга в центральній відмітці роздільника, про що було зазначено раніше. Після цього опір у трубці в результаті його зростання відновлюється, а рівень напруги знову приходить у колишній стан. В результаті виходять негативні імпульси напруги. Зробивши відлік імпульсів, можна встановити кількість частинок, які пролетіли. Найбільша інтенсивність електрополя спостерігається поряд з анодом, завдяки його малим розмірам, внаслідок цього лічильники стають чутливішими.

Конструкції лічильників Гейгера-Мюллера

У всіх сучасних лічильників Гейгера-Мюллера є два основні різновиди: «класична» та плоска. Класичні лічильники виконуються з тонкостінних гофрованих металевих трубок. Гофровані поверхні лічильників роблять трубки жорсткими, вони встоять перед зовнішнім атмосферним тиском і не дадуть їм м'ятися під будь-якими впливами. З торців трубок є скляні чи пластмасові гермоізолятори. Там же знаходяться відводи-ковпачки, щоб підключатися до схеми. Трубки марковані та покриті за допомогою міцного ізолюючого лаку із зазначенням полярності відводів. Взагалі це універсальні лічильники для будь-якого різновиду іонізуючого випромінювання, особливо для бета-гамма-випромінювань.

Лічильники, які можуть бути чутливими до м'яких β-випромінювань, виробляються інакше. Внаслідок малих пробігів β-частинок їх роблять плоскими. Слюдяні віконця слабо затримують бета-випромінювання. Одним таким лічильником можна назвати датчик Бета-2. У решті лічильників визначення їх властивостей відносять до матеріалів виготовлення.

Всі лічильники, які реєструють гамма-випромінювання, мають катоди, виготовлені з таких металів, в яких присутні велике зарядове число. Гази надзвичайно незадовільно іонізуються за допомогою гамма-фотонів. Тим не менш, гамма-фотони можуть вибивати множину електронів вторинного походження з катодів, якщо вибирати їх належним чином. Більшість лічильників Гейгера-Мюллера для бета-частинок виготовляються так, щоб у них були тонкі вікна. Це робиться, щоб поліпшити проникність частинок, тому що це лише звичайні електрони, що отримали більше енергії. З речовинами у них відбувається взаємодія дуже хороша та швидка, внаслідок цього енергія втрачається.

З альфа-частинками справи куди кепськіші. Наприклад, незважаючи на досить-таки порядну енергію, кілька МеВ, у альфа-часток відбувається сильна взаємодія з молекулами, що рухаються в дорозі і швидко втрачають енергетичний потенціал. Звичайні лічильники непогано реагують на α-випромінювання, але винятково на видаленні кілька сантиметрів.

Щоб зробити об'єктивну оцінку рівня іонізуючого випромінювання дозиметри на лічильниках із загальним застосуванням нерідко забезпечуються двома лічильниками, що послідовно функціонують. Один може бути більш чутливим до α-β-випромінювань, а інший до γ-випромінювання. Іноді серед лічильників містяться бруски або пластини зі сплавів, в яких є домішки кадмію. При попаданні нейтронів у такі бруски виникає γ-випромінювання, яке реєструється. Це робиться для визначення нейтронного випромінювання, а до нього у простих лічильників Гейгера практично відсутня чутливість.

Як на практиці застосовуються лічильники Гейгера

Радянською, а зараз уже й російською промисловістю випускається безліч різновидів лічильників Гейгера-Мюллера. Такими приладами переважно користуються люди, які мають якесь відношення до об'єктів ядерної індустрії, до наукових чи навчальних установ, до цивільної оборони, до медичної діагностики.

Після того, як сталася чорнобильська катастрофа, побутові дозиметри, раніше абсолютно незнайомі населенню нашої країни навіть за найменуванням, почали набувати справді всенародної популярності. Початок з'являтиметься безліч моделей побутового призначення. У всіх них використовуються власне лічильники Гейгера-Мюллера як датчики радіації. Зазвичай у побутових дозиметрах встановлюються одна-дві трубки або торцеві лічильники.

Винайдений ще в 1908 р. німецьким фізиком Гансом Вільгельмом Гейгером прилад, здатний визначити, що широко використовується і в наші дні. Причиною тому є висока чутливість пристрою, його можливість реєструвати різні випромінювання. Простота експлуатації та дешевизна дозволяють купити лічильник Гейгера будь-якій людині, яка вирішила самостійно виміряти рівень радіації в будь-який час і в будь-якому місці. Що це за прилад і як він працює?

Принцип дії лічильника Гейгера

За своєю конструкцією досить простий. У герметизований балон із двома електродами закачується газова суміш, що складається з неону та аргону, яка легко іонізується. На електроди подається (порядку 400В), яке саме по собі ніяких розрядних явищ не викликає до того моменту, поки в газовому середовищі приладу не почнеться процес іонізації. Поява частинок, що прийшли ззовні, призводить до того, що первинні електрони, прискорені у відповідному полі, починають іонізувати інші молекули газового середовища. В результаті під впливом електричного поля відбувається лавиноподібне створення нових електронів та іонів, які різко збільшують провідність електронно-іонної хмари. У газовому середовищі лічильника Гейгер відбувається розряд. Кількість імпульсів, що виникають протягом певного проміжку часу, прямо пропорційно кількості частинок, що фіксуються. Такий загалом принцип роботи лічильника Гейгера.

Зворотний процес, внаслідок якого газове середовище повертається у вихідний стан, відбувається саме собою. Під впливом галогенів (зазвичай використовується бром чи хлор) у цьому середовищі відбувається інтенсивна рекомбінація зарядів. Процес цей відбувається значно повільніше, тому час, необхідне відновлення чутливості лічильника Гейгера, - дуже важлива паспортна характеристика приладу.

Незважаючи на те, що принцип дії лічильника Гейгера досить простий, він здатний реагувати на іонізуючі випромінювання різних видів. Це α-, β-, γ-, а також рентгенівське, нейтронне і все залежить від конструкції приладу. Так, вхідне вікно лічильника Гейгера, здатного реєструвати - і м'яке -випромінювання, виконується зі слюди товщиною від 3 до 10 мікрон. Для виявлення його виготовляють із берилію, а ультрафіолетового - із кварцу.

Де застосовується лічильник Гейгера

Принцип дії лічильника Гейгера покладено основою роботи більшості сучасних дозиметрів. Ці невеликі прилади, що мають відносно невисоку вартість, вирізняються досить високою чутливістю і здатні виводити результати в зручних для сприйняття одиницях виміру. Простота їх використання дозволяє експлуатувати ці прилади навіть тим, хто має дуже віддалені уявлення про дозиметрію.

За своїми можливостями та точністю вимірювань дозиметри бувають професійні та побутові. За допомогою них можна своєчасно та ефективно визначити наявне джерело іонізованого випромінювання як на відкритій місцевості, так і всередині приміщень.

Ці прилади, що використовують у своїй роботі принцип дії лічильника Гейгера, можуть своєчасно подати сигнал небезпеки як візуальними, так і звуковими або вібросигналами. Так, можна завжди проконтролювати продукти харчування, одяг, обстежити меблі, техніку, будматеріали тощо на предмет відсутності шкідливих для організму людини випромінювань.

Лічильник Гейгера- газорозрядний прилад для рахунку числа іонізуючих частинок, що пройшли через нього. Є газонаповненим конденсатором, що пробивається при появі іонізуючої частинки в обсязі газу. Лічильники Гейгера – досить популярні детектори (датчики) іонізуючого випромінювання. Досі їм, винайденим на самому початку нашого століття для потреб ядерної фізики, що зароджується, немає, як це не дивно, скільки-небудь повноцінної заміни.

Конструкція лічильника Гейгер досить проста. У герметичний балон з двома електродами введена газова суміш, що складається з неону і аргону, що легко іонізуються. Матеріал балона може бути різним – скляним, металевим та ін.

Зазвичай лічильники сприймають випромінювання всією своєю поверхнею, але існують і такі, у яких для цього в балоні передбачено спеціальне вікно. Повсюдне застосування лічильника Гейгера-Мюллера пояснюється високою чутливістю, можливістю реєструвати різне випромінювання, порівняльною простотою та дешевизною установки.

Схема підключення лічильника Гейгера

До електродів підводять високу напругу U (див. рис.), яка сама по собі не викликає будь-яких розрядних явищ. У такому стані лічильник буде перебувати доти, доки в його газовому середовищі не виникне центр іонізації — слід з іонів і електронів, що породжується іонізуючою частинкою, що прийшла ззовні. Первинні електрони, прискорюючись в електричному полі, іонізують «дорогою» інші молекули газового середовища, породжуючи нові і нові електрони та іони. Розвиваючись лавиноподібно, цей процес закінчується утворенням у просторі між електродами електронно-іонної хмари, що значно збільшує його провідність. У газовому середовищі лічильника виникає розряд, видимий (якщо прозорий балон) навіть простим оком.

Зворотний процес - відновлення газового середовища в його початковий стан у так званих галогенових лічильниках - відбувається само собою. У хід вступають галогени (зазвичай хлор або бром), що в малій кількості містяться в газовому середовищі, які сприяють інтенсивній рекомбінації зарядів. Але цей процес відбувається досить повільно. Час, необхідний відновлення радіаційної чутливості лічильника Гейгера і фактично визначальний його швидкодія — «мертве» час — є його паспортної характеристикою.

Такі лічильники позначаються як галогенові, що самогасяться. Відрізняючись дуже низькою напругою живлення, хорошими параметрами вихідного сигналу та досить високою швидкодією, вони виявилися затребуваними як датчики іонізуючого випромінювання в побутових приладах радіаційного контролю.

Лічильники Гейгера здатні виявляти різні види іонізуючого випромінювання - a, b, g, ультрафіолетове, рентгенівське, нейтронне. Але дійсна спектральна чутливість лічильника залежить від його конструкції. Так, вхідне вікно лічильника, чутливого до a- та м'якого b-випромінювання, має бути досить тонким; для цього зазвичай використовують слюду завтовшки 3...10 мкм. Балон лічильника, що реагує на жорстке b-і g-випромінювання, зазвичай має форму циліндра з товщиною стінки 0,05….0,06 мм (він служить і катодом лічильника). Вікно рентгенівського лічильника виготовляють із берилію, а ультрафіолетового — із кварцового скла.

Залежність швидкості рахунку від напруги живлення у лічильнику Гейгера

У лічильник нейтронів вводять бор, при взаємодії з яким потік нейтронів перетворюється на легко реєструються a-частинки. Фотонне випромінювання – ультрафіолетове, рентгенівське, g-випромінювання – лічильники Гейгера сприймають опосередковано – через фотоефект, комптон-ефект, ефект народження пар; у кожному випадку відбувається перетворення взаємодіючого з речовиною катода випромінювання на потік електронів.

Кожна фіксована лічильником частка утворює у його вихідний ланцюга короткий імпульс. Число імпульсів, що з'являються в одиницю часу, – швидкість рахунку лічильника Гейгера – залежить від рівня іонізуючої радіації та напруги на його електродах. Стандартний графік залежності швидкості рахунку від напруги живлення Uпіт показаний на малюнку вище. Тут Uнс - напруга початку рахунку; Uнг і Uвг - нижня та верхня межа робочої ділянки, так званого плато, на якому швидкість рахунку майже не залежить від напруги живлення лічильника. Робоча напруга Uр зазвичай обирають у середині цієї ділянки. Йому відповідає Nр - швидкість рахунку в цьому режимі.

Залежність швидкості рахунку від ступеня радіаційного опромінення лічильника — його основна характеристика. Графік цієї залежності має майже лінійний характер і тому найчастіше радіаційну чутливість лічильника показують через імп/мкР (імпульсів на мікрорентген; ця розмірність випливає з відношення швидкості рахунку — імп/с до рівня радіації — мкР/с).

У тих випадках, коли вона не вказана, визначати про радіаційну чутливість лічильника доводиться за іншим його теж вкрай важливим параметром — власним тлом. Так називають швидкість рахунку, фактором якої є дві складові: зовнішня — природне радіаційне тло, і внутрішня — випромінювання радіонуклідів, що опинилися в самій конструкції лічильника, а також спонтанна електронна емісія його катода.

Залежність швидкості рахунку від енергії гамма-квантів («хід із жорсткістю») у лічильнику Гейгера

Ще однією істотною характеристикою лічильника Гейгера є залежність його радіаційної чутливості від енергії (жорсткості) іонізуючих частинок. Наскільки ця залежність істотна, представляє графік малюнку. «Хід із жорсткістю» позначатиметься, очевидно, на точність здійснюваних вимірювань.

Те, що лічильник Гейгера є лавинним приладом, має і свої мінуси — щодо реакції такого приладу не можна судити про причину його збудження. Вихідні імпульси, що генеруються лічильником Гейгера під дією a-часток, електронів, g-квантів, нічим не відрізняються. Самі частинки, їх енергії повністю зникають у лавинах-близнюках, що породжуються ними.

У таблиці наведено відомості про галогенові лічильники Гейгера вітчизняного виробництва, що самогасяться, найбільш підходящих для побутових приладів радіаційного контролю.

	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
СІ8Б	390	80	2	350-500	20	82х31	2
СІ14Б	400	200	2	300	30	84х26	2
СІ22Г	390	100	1,3	540*	50	19х220	4
СІ23БГ	400	100	2	200-400*	—	19х195	1

• 1 - робоча напруга, В;
• 2 - плато - область малої залежності швидкості рахунку від напруги живлення, В;
• 3 — власне тло лічильника, імп/с, трохи більше;
• 4 - радіаційна чутливість лічильника, імп/мкР (* - по кобальту-60);
• 5 - амплітуда вихідного імпульсу, не менше;
• 6 - габарити, мм - діаметр х довжина (довжина х ширина х висота);
• 7.1 - жорстке b - і g - випромінювання;
• 7.2 - те саме і м'яке b - випромінювання;
• 7.3 - те саме і a - випромінювання;
• 7.4 - g - випромінювання.