Geiger számlálócső

Geiger - számláló , Geiger-Muller számláló  egy gázkisülési eszköz , amely automatikusan megszámolja a beleesett ionizáló részecskék számát .

Történelem

Az elvet 1908-ban Hans Geiger javasolta ; 1928-ban Walter Müller , Geiger irányítása alatt, a gyakorlatba ültette a készülék több változatát, amelyek a számláló által regisztrált sugárzás típusától függően különböztek egymástól.

Eszköz

Ez egy gázzal töltött kondenzátor , amely áttöri, amikor egy ionizáló részecske áthalad egy térfogatú gázon. Egy további elektronikus áramkör biztosítja a mérő tápellátását (általában legalább 300 V ). Ha szükséges, biztosítja a kisülés elnyomását és a számlálón keresztül számolja a kisülések számát.

A Geiger-számlálók nem önkioltókra és önkioltókra oszthatók (nem igényelnek külső kisütés-lezáró áramkört).

A Szovjetunióban és Oroszországban gyártott háztartási dózismérőkben és radiométerekben általában 390 V üzemi feszültségű számlálókat használnak :

• "SBM-20" (méretben - egy kicsit vastagabb, mint egy ceruza ), "SBM-21" (mint egy cigarettaszűrő, mindkettő acél tokkal, kemény β- és γ - sugárzásra alkalmas );
• "SI-8B" (csillámablakkal a testben, lágy β - sugárzás mérésére alkalmas ).

A Geiger-Muller számláló széleskörű elterjedtségét a nagy érzékenység, a különféle típusú sugárzások regisztrálásának képessége, valamint a telepítés viszonylagos egyszerűsége és alacsony költsége magyarázza.

Hogyan működik

A hengeres Geiger-Muller számláló egy belülről fémezett fémcsőből vagy üvegcsőből és a henger tengelye mentén kifeszített vékony fémszálból áll. Az izzószál az anód , a cső a katód . A csövet ritkított gázzal töltik meg, a legtöbb esetben nemesgázokat használnak  - argont és neont . A katód és az anód között a geometriai méretektől, az elektródák anyagától és a mérőben lévő gáznemű közegtől függően száztól több ezer voltig terjedő feszültség jön létre. A legtöbb esetben a széles körben elterjedt hazai Geiger számlálók 400 V feszültséget igényelnek.

A számláló működése ütési ionizáción alapul . A pult falaira hulló radioaktív izotóp által kibocsátott gamma kvantumok kiütik belőlük az elektronokat. A gázban mozgó és gázatomokkal ütköző elektronok kiütik az elektronokat az atomokból, és pozitív ionokat és szabad elektronokat hoznak létre. A katód és az anód közötti elektromos tér olyan energiákra gyorsítja az elektronokat, amelyeknél az ütközési ionizáció megindul. Ionok lavina keletkezik, ami az elsődleges hordozók szaporodásához vezet. Megfelelően nagy térerősség mellett ezeknek az ionoknak az energiája elegendő ahhoz, hogy független kisülést fenntartani képes másodlagos lavinákat generáljanak, aminek következtében a számlálón átmenő áram erősen megnő. Ez különbözteti meg a Geiger-számlálót az arányos számlálótól , ahol a térerősség nem elegendő a másodlagos lavina kialakulásához, és a kisülés az elsődleges lavina áthaladása után leáll. Ebben az esetben az R ellenálláson feszültségimpulzus jön létre , amelyet a rögzítő készülékbe táplálunk. Ahhoz, hogy a számláló regisztrálni tudja a következő részecskét, ami beleesett, a lavinakisülést el kell oltani. Ez automatikusan megtörténik. Abban a pillanatban, amikor áramimpulzus jelenik meg az R ellenálláson , nagy feszültségesés lép fel, így az anód és a katód közötti feszültség meredeken csökken - olyannyira, hogy a kisülés leáll, és a mérő ismét üzemkész. A kioltás felgyorsítására speciális áramkörök használhatók, amelyek erőszakosan csökkentik a számláló feszültségét, ami lehetővé teszi az anódellenállás csökkentését és a jelszint növelését is. Gyakrabban azonban kevés halogént (brómot vagy jódot) vagy viszonylag nagy molekulatömegű szerves vegyületet (általában valamilyen alkoholt) adnak a pultban lévő gázelegyhez – ezek a molekulák kölcsönhatásba lépnek a pozitív ionokkal, aminek eredményeként az nagyobb tömeg és kisebb mobilitás. Ráadásul intenzíven elnyelik a kisülés ultraibolya sugárzását – ez a két tényező kis anódellenállás mellett is gyors és spontán kisülési kialáshoz vezet. Az ilyen számlálókat önkioltónak nevezik. Abban az esetben, ha alkoholt oltó adalékként használunk, minden impulzussal bizonyos mennyiség megsemmisül, így az oltó adalékanyag elfogy, és a számlálónak van egy bizonyos (bár meglehetősen nagy) erőforrása a regisztrált részecskék számát tekintve. Amikor kimerült, a számláló elkezd "égni" - a számlálási sebesség besugárzás hiányában is spontán növekedni kezd, majd folyamatos kisülés következik be a számlálóban. A halogénszámlálókban a lebontott halogénmolekulák rekombinálódnak, így erőforrásuk sokkal hosszabb ( 10 10 impulzus és több).

A számlálási karakterisztikának (a számlálási sebességnek a számláló feszültségétől való függése) van egy jól meghatározott platója, amelyen belül a számlálási sebesség nagyon kevéssé függ a számláló feszültségétől. Az ilyen fennsík hossza kisfeszültségű mérőknél eléri a 80-100 V -ot, nagyfeszültségű mérőknél pedig több száz voltot.

A Geiger-számláló jelének időtartama viszonylag hosszú ( ≈10 −4 s ). Ennyi idő szükséges ahhoz, hogy a lassú pozitív ionok, amelyek a részecske áthaladása és az elektronlavina áthaladása után kitöltötték az anódszál közelében lévő teret, a katódra kerüljenek és a detektor érzékenysége helyreálljon.

A számláló fontos jellemzője a hatékonysága. Nem minden γ -foton, amely a számlálóba ütközik, ad szekunder elektronokat, és nem kerül regisztrálásra, mivel a γ -sugarak anyaggal való kölcsönhatása viszonylag ritka, és a szekunder elektronok egy része elnyelődik a készülék falaiban anélkül, hogy elérné a gáz térfogata.

A részecskék Geiger-számlálóval történő regisztrálásának hatékonysága természetüktől függően eltérő. A töltött részecskék (például alfa- és béta-sugarak) szinte mindig kisülést okoznak a pultban, de egy részük elveszik a pultfalak anyagában. Ez különösen igaz az alfa-részecskékre és a lágy béta-sugárzásra. A számlálóban való regisztráláshoz egy vékony ablak ( 2–7 µm az alfa-sugárzás regisztrálásához és 10–15 µm a lágy béta-sugárzás regisztrálásához) csillámból, alumínium- vagy berilliumfóliából vagy polimer fóliából készül. A röntgen- és gammasugárzás számláló hatásfoka a pult falainak vastagságától, anyagától és sugárzási energiájától függ. Mivel a γ -sugárzás gyengén lép kölcsönhatásba az anyaggal, a γ - számlálók hatékonysága általában alacsony, és mindössze 1-2% . Azok a számlálók, amelyek fala nagy Z rendszámú anyagból készül, a legnagyobb hatásfokkal rendelkezik , mivel ebben az esetben a szekunder elektronok képződése fokozódik. Ezenkívül a pult falának elég vastagnak kell lennie. A számláló falvastagságát a falanyagban lévő szekunder elektronok átlagos szabad útja közötti egyenlőség feltétele alapján választjuk meg. Nagy falvastagság esetén a szekunder elektronok nem jutnak be a számláló munkatérfogatába, és nem lép fel áramimpulzus. Ez a számlálási sebesség jellegzetes függéséhez vezet a gamma-kvantum energiájától (az úgynevezett "kemény mozgás") kifejezett maximummal, amely a legtöbb Geiger-számláló esetében a lágy gamma-sugárzás tartományában található. A Geiger-számlálók dozimetriai berendezésekben történő használatakor a „keménységi mozgást” részben egy kiegészítő képernyő (például acél vagy ólom) segítségével korrigálják, amely elnyeli a lágy gamma-sugárzást az érzékenységi maximum közelében, és egyidejűleg kissé növeli a hatékonyságot. kemény gamma-kvantumok rögzítése a másodlagos elektronok és a Compton-sugárzás miatt a képernyő anyagában. Ennek eredményeként a számlálási sebesség dózisteljesítménytől való függősége nagymértékben kiegyenlítődik. Ezt a képernyőt gyakran eltávolíthatóvá teszik, hogy lehetővé tegye a béta- és gamma-sugárzás külön észlelését. Éppen ellenkezőleg, a röntgensugarak regisztrálására vékony ablakú számlálókat használnak, amelyek hasonlóak az alfa és lágy béta sugárzás detektoraiban használtakhoz.

A neutronokat közvetlenül nem érzékelik a gázkisülési számlálók. A hélium-3 vagy a bór-trifluorid gázközegként történő alkalmazása , illetve a bór bevitele a falanyag összetételébe lehetővé teszi a nukleáris reakciók töltött termékeiből származó neutronok kimutatását.

Az alacsony és erősen energiafüggő hatásfok mellett a Geiger-Muller számláló hátránya, hogy nem teszi lehetővé a részecskék azonosítását és energiájuk meghatározását. Ezek a hiányosságok a szcintillációs számlálókban hiányoznak .

Az ionizáló sugárzás gyenge fluxusainak Geiger-számlálóval történő mérésekor figyelembe kell venni a saját hátterét. Még vastag ólomárnyékolás esetén sem megy nullára a számlálási sebesség. A számláló spontán aktivitásának egyik oka a kozmikus sugárzás kemény komponense, amely jelentős csillapítás nélkül hatol át akár több tíz centiméternyi ólomon keresztül is, és főként müonokból áll. A Föld felszíne közelében minden négyzetcentiméteren percenként átlagosan körülbelül 1 müon repül át, miközben ezek Geiger-számlálóval történő regisztrálásának hatékonysága közel 100%. A háttér másik forrása magában a pultban lévő anyagok radioaktív "szennyeződése". Ezenkívül a belső háttérhez jelentősen hozzájárul a számláló katódjáról spontán elektronkibocsátás.

Megjegyzés

Történelmi okokból eltérés van a jelen és az azt követő feltételek orosz és angol változata között:

Lásd még

• Ionizációs kamra
• Közvetlen töltésérzékelő
• koszorúér-számláló
• Az ionizáló sugárzás regisztrálása

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11981090j GND : 4131874-2 J9U : 987007560574305171 LCCN : sh85053668