Гейгер-Мюллер счетчик – ионизациялық сәулеленуді анықтайтын құрал. Радиация дозиметриясы, ядролық физикада қолданылады. Қай принциппен жұмыс істейді? Толығырақ оқыңыз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Иондаушы сәулеленуді өлшеуге арналған құрал.
Instrument used for measuring ionizing radiation
the album
Гейгер санағышы (/'//g//ai//g//@r/, GYgər; сондай-ақ Гейгер-Мюллер санағышы немесе G M санағышы деп те аталады) – иондаушы сәулеленуді анықтау және өлшеу үшін қолданылатын электрондық құрал. Ол сәулелену дозиметриясы, радиологиялық қорғау, эксперименталды физика және ядролық өнеркәсіп сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Ол альфа бөлшектері, бета бөлшектері және гамма сәулелері сияқты иондаушы сәулеленуді Гейгер-Мюллер түтігінде туындайтын иондану әсерін пайдалана отырып анықтайды, осы түтік құралға атын береді. Бірақ 1928 жылы Гейгер-Мюллер түтігін жасағанға дейін Гейгер санағышы практикалық құрал ретінде шығарыла алмады. Содан бері ол берік сезімтал элементі мен салыстырмалы түрде төмен құнының арқасында кең танымал болды. Дегенмен, жоғары сәулелену қарқыны мен түсетін сәулеленудің энергиясын өлшеуде шектеулер бар. Дұрыс кернеуді әдетте өндіруші көрсетеді. Түтіктегі әрбір разрядты жылдам тоқтатуға көмектесу үшін толтыру газына аздаған мөлшерде галоген газы немесе өшіргіш қоспа деп аталатын органикалық материал қосылады.
A Geiger counter (/'//g//ai//g//@r/, GYgər; also known as a Geiger–Müller counter or G M counter) is an electronic instrument used for detecting and measuring ionizing radiation. It is widely used in applications such as radiation dosimetry, radiological protection, experimental physics and the nuclear industry. It detects ionizing radiation such as alpha particles, beta particles, and gamma rays using the ionization effect produced in a Geiger–Müller tube, which gives its name to the instrument. but it was not until the development of the Geiger–Müller tube in 1928 that the Geiger counter could be produced as a practical instrument. Since then, it has been very popular due to its robust sensing element and relatively low cost. However, there are limitations in measuring high radiation rates and the energy of incident radiation. The correct voltage is usually specified by the manufacturer. To help quickly terminate each discharge in the tube a small amount of halogen gas or organic material known as a quenching mixture is added to the fill gas.
Оқылу
Радиациялық көрсеткіштердің екі түрі бар: санау саны және радиациялық доза. Санау саны көрсеткіші ең қарапайым түрі болып табылады және анықталған иондау оқиғаларының санын көрсетеді, мысалы, "минутына санау саны" немесе "секундына санау саны" түріндегі санау жылдамдығы ретінде, немесе белгілі бір уақыт кезеңіндегі санау санының жалпы сомасы (жинақталған мән). Әдетте, альфа немесе бета бөлшектерін анықтағанда санау саны қолданылады. Гамма немесе рентген сәулелерінің дозасын өлшеуге қолданылатын сиверт сияқты өлшем бірліктерінде көрсетілген радиациялық доза жылдамдығын көрсету әлдеқайда күрделі. Гейгер-Мюллер түтігі радиацияның бар-жоғын анықтай алады, бірақ оның энергиясын анықтай алмайды, ал энергия радиацияның иондау әсеріне әсер етеді. Сондықтан, доза жылдамдығын өлшейтін құралдар энергияға түзетілген Гейгер-Мюллер түтігін пайдалануды талап етеді, осылайша көрсетілген доза анықталған санау санымен байланысты болады. Электроникалық құрылғы осы түрлендіруді жүзеге асыру үшін белгілі коэффициенттерді қолданады, бұл әр құралға тән және оның жобалануы мен калибрленуі арқылы анықталады. Көрсеткіштер аналогты немесе цифрлық болуы мүмкін, ал қазіргі заманғы құралдар хост-компьютермен немесе желімен тікелей байланыс мүмкіндігін ұсынады. Әдетте, анықталған иондау оқиғаларының санын көрсететін естілетін дыбыс шығару опциясы бар. Бұл қолмен ұсталатын немесе тасымалданатын Гейгер санағыштарымен байланысты ерекше дыбыс. Осының мақсаты – пайдаланушыға радиация жылдамдығы туралы дыбыстық хабарлама беру арқылы құралды басқаруға назар аударуға мүмкіндік беру.
There are two types of detected radiation readout: counts and radiation dose. The counts display is the simplest, and shows the number of ionizing events detected, displayed either as a count rate, such as "counts per minute" or "counts per second", or as a total number of counts over a set time period (an integrated total). The counts readout is normally used when alpha or beta particles are being detected. More complex to achieve is a display of radiation dose rate, displayed in units such as the sievert, which is normally used for measuring gamma or X ray dose rates. A Geiger–Müller tube can detect the presence of radiation, but not its energy, which influences the radiation's ionizing effect. Consequently, instruments measuring dose rate require the use of an energy compensated Geiger–Müller tube, so that the dose displayed relates to the counts detected. The electronics will apply known factors to make this conversion, which is specific to each instrument and is determined by design and calibration. The readout can be analog or digital, and modern instruments offer serial communications with a host computer or network. There is usually an option to produce audible clicks representing the number of ionization events detected. This is the distinctive sound associated with handheld or portable Geiger counters. The purpose of this is to allow the user to concentrate on manipulation of the instrument while retaining auditory feedback on the radiation rate.
Нейтронды анықтау
Гейгер түтігінің Боннер сферасы деп аталатын түрін нейтронды ұстау арқылы гамма-сәулеленуден емес, тек нейтрондардан түсетін сәулелену дозасын өлшеу үшін қолдануға болады. Түтік, ішінде борон трифториді немесе гелий-3 газы болуы мүмкін, нейтрондарды ұстау алдында олардың энергиясын төмендету үшін пластикалық модератормен қоршалған. Газ ішінде ұстау орын алғанда, босатылған энергия детекторда тіркеледі.
A variation of the Geiger tube known as a Bonner sphere can be used to exclusively measure radiation dosage from neutrons rather than from gammas by the process of neutron capture. The tube, which can contain the fill gas boron trifluoride or helium 3, is surrounded by a plastic moderator that reduces neutron energies prior to capture. When a capture occurs in the fill gas, the energy released is registered in the detector.
Гамма өлшеужұмыскерлерді қорғау және процестерді басқару
"Гейгерлік есептегіш" көбінесе қолмен ұсталатын түрмен байланысты болғанымен, Гейгер принципі персоналды қорғауға арналған орнатылған "аумақтық гамма" дабылындарында, сондай-ақ процестік өлшемдерде және қауіпсіздік блоктауларында кеңінен қолданылады. Мұндай жүйелердің электрондық өңдеуі қолмен ұсталатын өлшегіштерге қарағанда күрделілігі мен сенімділігі жоғары.
While "Geiger counter" is practically synonymous with the hand held variety, the Geiger principle is in wide use in installed "area gamma" alarms for personnel protection, as well as in process measurement and interlock applications. The processing electronics of such installations have a higher degree of sophistication and reliability than those of hand held meters.
Физикалық жобалау
Қолмен ұсталатын құрылғылар үшін екі негізгі физикалық конфигурация бар: детектор мен электроникасы бір құрылғыда орналасқан "толық" құрылғы және жеке детектор зонды мен қысқа кабель арқылы қосылған электроника модулі бар "екі бөліктен тұратын" құрылғы. 1930 жылдары цилиндрлік конструкцияға мика терезесі қосылды, бұл төмен өту қабілеті бар сәулелердің оңай өтуіне мүмкіндік берді. Толық құрылғы бір қолмен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, сондықтан оператор екінші қолын қиын жағдайларда жеке қауіпсіздік үшін пайдалана алады, бірақ екі бөліктен тұратын конструкция детекторды басқаруды жеңілдетеді және альфа және бета беттік ластануын бақылау үшін жиі қолданылады, мұнда зондты мұқият басқару қажет немесе электроника модулінің салмағы жұмысты қиындатады. Белгілі бір жағдайларға сәйкес келетін әртүрлі өлшемдегі детекторлар бар, мысалы, зондты кішкентай апертураларға немесе шектеулі кеңістіктерге орналастыру. Гамма және рентген сәулелерін анықтаушылар көбінесе "толық" конструкцияны қолданады, сондықтан Гейгер-Мюллер түтігі электроника корпусының ішінде ыңғайлы түрде орналасқан. Бұл оңай жүзеге асырылады, өйткені корпус әдетте аз мөлшерде сәулеленуді әлсіретеді және сәулелену көзінен қашықтық маңызды фактор болмайтын қоршаған ортадағы гамма өлшемдерінде қолданылады. Дегенмен, "беттік доза" сияқты жергілікті өлшемдерді жеңілдету үшін түтіктің корпустағы орны кейде корпусқа белгіленген нысаналармен көрсетіледі, сонда түтікті дұрыс бағыттаумен және беттен белгілі бір қашықтықта дәл өлшеу жасауға болады. Гамма приборының "қызған нүкте" детекторы деп аталатын ерекше түрі бар, онда детектор түтігі ұзын полюске немесе иілгіш құбырға бекітілген. Олар операторды қашықтықтан қорғай отырып, жоғары радиациялық гамма орындарын өлшеу үшін қолданылады. Альфа және бета бөлшектерін анықтау толық және екі бөліктен тұратын конструкциялардың екеуінде де қолданылуы мүмкін. Панкейк зонды (альфа/бета үшін) көбінесе екі бөліктен тұратын құралдарда анықтау аумағын арттыру үшін қолданылады, ал салмағы салыстырмалы түрде жеңіл. Соңғы терезелі түтікті пайдаланатын толық құралдарда бөлшектердің қалқандануын болдырмау үшін корпус денесінде терезе қарастырылған. Сондай-ақ, электроника модулінің ішінде бөлшектерді анықтауға арналған жеке зонды және гамма анықтау түтігі бар гибридтік құралдар бар. Оператор детекторларды өлшенетін сәуле түріне қарай ауыстыра алады.
For hand held units there are two fundamental physical configurations: the "integral" unit with both detector and electronics in the same unit, and the "two piece" design which has a separate detector probe and an electronics module connected by a short cable. In the 1930s a mica window was added to the cylindrical design allowing low penetration radiation to pass through with ease. The integral unit allows single handed operation, so the operator can use the other hand for personal security in challenging monitoring positions, but the two piece design allows easier manipulation of the detector, and is commonly used for alpha and beta surface contamination monitoring where careful manipulation of the probe is required or the weight of the electronics module would make operation unwieldy. A number of different sized detectors are available to suit particular situations, such as placing the probe in small apertures or confined spaces. Gamma and X Ray detectors generally use an "integral" design so the Geiger–Müller tube is conveniently within the electronics enclosure. This can easily be achieved because the casing usually has little attenuation, and is employed in ambient gamma measurements where distance from the source of radiation is not a significant factor. However, to facilitate more localised measurements such as "surface dose", the position of the tube in the enclosure is sometimes indicated by targets on the enclosure so an accurate measurement can be made with the tube at the correct orientation and a known distance from the surface. There is a particular type of gamma instrument known as a "hot spot" detector which has the detector tube on the end of a long pole or flexible conduit. These are used to measure high radiation gamma locations whilst protecting the operator by means of distance shielding. Particle detection of alpha and beta can be used in both integral and two piece designs. A pancake probe (for alpha/beta) is generally used to increase the area of detection in two piece instruments whilst being relatively light weight. In integral instruments using an end window tube there is a window in the body of the casing to prevent shielding of particles. There are also hybrid instruments which have a separate probe for particle detection and a gamma detection tube within the electronics module. The detectors are switchable by the operator, depending the radiation type that is being measured.
Қолданбаны пайдалану жөніндегі нұсқаулар
Ұлыбританияда Ұлттық радиологиялық қорғау кеңесі нақты радиацияны өлшеуге қатысты қолданыс үшін ең қолайлы портативті құралдың түрін таңдау бойынша пайдаланушыға арналған нұсқаулық жариялады. Бұл барлық радиациялық қорғау құралдарының технологияларын қамтиды және ГМ детекторларын қолдану бойынша нұсқаулықты да қамтиды.
In the United Kingdom the National Radiological Protection Board issued a user guidance note on selecting the best portable instrument type for the radiation measurement application concerned. This covers all radiation protection instrument technologies and includes a guide to the use of G M detectors.
Тарих
1908 жылы Ханс Гайгер Эрнест Резерфордтың жетекшілігімен Манчестердегі Виктория университетінде (қазіргі Манчестер университеті) альфа бөлшектерін анықтау үшін тәжірибелік әдіс әзірледі, бұл әдіс кейіннен 1928 жылы Гайгер-Мюллер түтігін жасау үшін қолданылды. Бұл алғашқы санауыш тек альфа бөлшектерін ғана анықтай алатын және үлкен тәжірибелік құралдың бір бөлігі болды. Негізгі иондану механизмін Джон Сили Таунсенд 1897-1901 жылдар аралығында ашқан, ол Таунсенд разряды деп аталады, яғни иондардың соқтығысуы арқылы молекулалардың иондануы. 1928 жылға дейін Гайгер мен Уолтер Мюллер (Гайгердің докторанты) бұрын тәжірибеде қолданылған негізгі иондану принциптерін пайдаланып герметикалық Гайгер-Мюллер түтігін жасаған жоқ. Шағын және берік, ол бұрынғы үлгілердегідей альфа және бета сәулелерін ғана емес, сонымен қатар гамма сәулелерін де анықтай алды. Енді радиациялық құралдарды салыстырмалы түрде арзанға шығаруға болады, осылайша Гайгер санауышы пайда болды. Түтіктің шығысына аз электрондық өңдеу қажет болды, термоэлектрондық клапан дәуірінде минималды клапан саны мен төмен қуат тұтынуының арқасында бұл үлкен артықшылық болды, ал құрал портативті сәулелену детекторы ретінде кең танымалдылыққа ие болды. Гайгер санауышының қазіргі нұсқалары 1947 жылы Сидни Х. Либсон тапқан галогендік сөндіру газдарын қолданады. Галогендік қосылыстар органикалық сөндіру газдарынан ұзақ қызмет ету мерзімі және төмен жұмыс кернеуі болғандықтан басымдыққа ие болды; әдетте 400-900 вольт.
In 1908 Hans Geiger, under the supervision of Ernest Rutherford at the Victoria University of Manchester (now the University of Manchester), developed an experimental technique for detecting alpha particles that would later be used to develop the Geiger–Müller tube in 1928. This early counter was only capable of detecting alpha particles and was part of a larger experimental apparatus. The fundamental ionization mechanism used was discovered by John Sealy Townsend between 1897 and 1901, and is known as the Townsend discharge, which is the ionization of molecules by ion impact. It was not until 1928 that Geiger and Walther Müller (a PhD student of Geiger) developed the sealed Geiger–Müller tube which used basic ionization principles previously used experimentally. Small and rugged, not only could it detect alpha and beta radiation as prior models had done, but also gamma radiation. Now a practical radiation instrument could be produced relatively cheaply, and so the Geiger counter was born. As the tube output required little electronic processing, a distinct advantage in the thermionic valve era due to minimal valve count and low power consumption, the instrument achieved great popularity as a portable radiation detector. Modern versions of the Geiger counter use halogen quench gases, a technique invented in 1947 by Sidney H. Liebson. Halogen compounds have superseded the organic quench gases because of their much longer life and lower operating voltages; typically 400 900 volts.