การแนะนำ

1. วัตถุประสงค์ของเมตร

อุปกรณ์และหลักการทำงานของมิเตอร์

กฎทางกายภาพขั้นพื้นฐาน

1 การคืนค่าฟังก์ชันการทำงานหลังจากการลงทะเบียนอนุภาค

2 ลักษณะทางโดซิเมตริก

3 คุณลักษณะการนับเซ็นเซอร์

บทสรุป

บรรณานุกรม

การแนะนำ

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์เป็นเครื่องตรวจจับ (เซ็นเซอร์) ที่ใช้กันทั่วไปในการแผ่รังสีไอออไนซ์ จนถึงขณะนี้ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อต้นศตวรรษของเรา เพื่อตอบสนองความต้องการด้านฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่ ที่น่าแปลกก็คือไม่มีการทดแทนอย่างเต็มรูปแบบ โดยแก่นแท้แล้ว ตัวนับไกเกอร์นั้นเรียบง่ายมาก ส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยนีออนและอาร์กอนที่แตกตัวเป็นไอออนได้ง่ายเป็นส่วนใหญ่จะถูกใส่เข้าไปในกระบอกสูบที่ปิดผนึกอย่างดีซึ่งมีอิเล็กโทรดสองตัว กระบอกสูบอาจเป็นแก้วโลหะ ฯลฯ โดยทั่วไปแล้วตัวนับจะรับรู้การแผ่รังสีบนพื้นผิวทั้งหมด แต่ก็มีบางอันที่มี "หน้าต่าง" พิเศษในกระบอกสูบเพื่อจุดประสงค์นี้

อิเล็กโทรดใช้แรงดันไฟฟ้าสูง U กับอิเล็กโทรด (ดูรูป) ซึ่งในตัวมันเองไม่ทำให้เกิดปรากฏการณ์คายประจุใดๆ ตัวนับจะยังคงอยู่ในสถานะนี้จนกว่าศูนย์ไอออไนซ์จะปรากฏในตัวกลางที่เป็นก๊าซ ซึ่งเป็นร่องรอยของไอออนและอิเล็กตรอนที่เกิดจากอนุภาคไอออไนซ์ที่มาจากภายนอก อิเล็กตรอนปฐมภูมิซึ่งเร่งความเร็วในสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดไอออน "ระหว่างทาง" โมเลกุลอื่น ๆ ของตัวกลางที่เป็นก๊าซ ทำให้เกิดอิเล็กตรอนและไอออนใหม่ ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ กระบวนการนี้พัฒนาขึ้นเหมือนกับหิมะถล่ม และจบลงด้วยการก่อตัวของเมฆอิเล็กตรอน-ไอออนในพื้นที่ระหว่างอิเล็กโทรด ซึ่งเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว การปล่อยประจุเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมก๊าซของมาตรซึ่งมองเห็นได้ (หากภาชนะมีความโปร่งใส) แม้ด้วยตาเปล่า

กระบวนการย้อนกลับ - การคืนตัวกลางก๊าซกลับสู่สถานะดั้งเดิมที่เรียกว่ามิเตอร์ฮาโลเจน - เกิดขึ้นด้วยตัวเอง การกระทำดังกล่าวเกิดขึ้นกับฮาโลเจน (โดยปกติคือคลอรีนหรือโบรมีน) ซึ่งบรรจุอยู่ในสภาพแวดล้อมของก๊าซในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการรวมตัวของประจุที่รุนแรงอีกครั้ง แต่กระบวนการนี้ช้ากว่ามาก ระยะเวลาที่ต้องใช้ในการคืนความไวต่อรังสีของตัวนับ Geiger และกำหนดประสิทธิภาพที่แท้จริง - เวลาที่ "ตาย" - เป็นคุณลักษณะที่สำคัญ มิเตอร์ดังกล่าวเรียกว่ามิเตอร์ดับเพลิงชนิดฮาโลเจน โดดเด่นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำที่สุด พารามิเตอร์สัญญาณเอาท์พุตที่ดีเยี่ยม และความเร็วที่ค่อนข้างสูง ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าสะดวกเป็นพิเศษสำหรับการใช้เป็นเซ็นเซอร์รังสีไอออไนซ์ในอุปกรณ์ตรวจสอบรังสีในครัวเรือน

เครื่องนับไกเกอร์สามารถตอบสนองได้มากที่สุด ประเภทต่างๆรังสีไอออไนซ์ - a, b, g, อัลตราไวโอเลต, เอ็กซ์เรย์, นิวตรอน แต่ความไวสเปกตรัมที่แท้จริงของตัวนับส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ดังนั้น หน้าต่างอินพุตของตัวนับที่ไวต่อรังสี b และรังสีอ่อนจะต้องบางมาก เพื่อจุดประสงค์นี้มักใช้ไมกาที่มีความหนา 3...10 ไมครอน กระบอกสูบตัวนับซึ่งทำปฏิกิริยากับรังสี b และ g แข็ง มักจะมีรูปร่างของทรงกระบอกที่มีความหนาของผนัง 0.05...0.06 มม. (ทำหน้าที่เป็นแคโทดของตัวนับด้วย) หน้าต่างเคาน์เตอร์เอ็กซ์เรย์ทำจากเบริลเลียม และหน้าต่างเคาน์เตอร์รังสีอัลตราไวโอเลตทำจากแก้วควอทซ์

ไกเกอร์ มุลเลอร์ เคาน์เตอร์รังสีโดซิเมตริก

1. วัตถุประสงค์ของเมตร

เครื่องนับ Geiger-Muller เป็นอุปกรณ์สองอิเล็กโทรดที่ออกแบบมาเพื่อกำหนดความเข้มของรังสีไอออไนซ์หรืออีกนัยหนึ่งเพื่อนับอนุภาคไอออไนซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์: ฮีเลียมไอออน (- อนุภาค), อิเล็กตรอน (- อนุภาค), รังสีเอกซ์ ควอนตัม (- อนุภาค) และนิวตรอน อนุภาคแพร่กระจายด้วยความเร็วสูงมาก [มากถึง 2 10 7 m/s สำหรับไอออน (พลังงานสูงถึง 10 MeV) และความเร็วแสงสำหรับอิเล็กตรอน (พลังงาน 0.2 - 2 MeV)] เนื่องจากไอออนดังกล่าวทะลุผ่านภายในตัวนับ บทบาทของตัวนับคือการสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้าสั้น ๆ (เศษส่วนของมิลลิวินาที) (หน่วย - สิบโวลต์) เมื่ออนุภาคเข้าสู่ปริมาตรของอุปกรณ์

เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องตรวจจับ (เซ็นเซอร์) อื่น ๆ ของรังสีไอออไนซ์ (ห้องไอออไนซ์, ตัวนับสัดส่วน) ตัวนับ Geiger-Muller มีความไวตามเกณฑ์สูง - ช่วยให้คุณควบคุมพื้นหลังของกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติของโลก (1 อนุภาคต่อซม. 2 ใน 10 - 100 วินาที) ขีดจำกัดบนของการวัดค่อนข้างต่ำ - มากถึง 10 4 อนุภาคต่อ cm 2 ต่อวินาที หรือสูงถึง 10 Sieverts ต่อชั่วโมง (Sv/h) คุณสมบัติพิเศษของตัวนับคือความสามารถในการสร้างพัลส์แรงดันเอาต์พุตที่เหมือนกัน โดยไม่คำนึงถึงประเภทของอนุภาค พลังงานของพัลส์ และจำนวนไอออนไนซ์ที่เกิดจากอนุภาคในปริมาตรของเซ็นเซอร์

2. การออกแบบและหลักการทำงานของมิเตอร์

การทำงานของเครื่องนับไกเกอร์จะขึ้นอยู่กับการปล่อยก๊าซพัลซิ่งที่ไม่ยั่งยืนในตัวเองระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ ซึ่งเริ่มต้นโดยอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคก๊าซ -, - หรือ - มิเตอร์มักจะใช้การออกแบบอิเล็กโทรดทรงกระบอก และเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบด้านใน (ขั้วบวก) จะเล็กกว่ามาก (2 หรือมากกว่าขนาด) มากกว่าด้านนอก (แคโทด) ซึ่งมีความสำคัญพื้นฐาน เส้นผ่านศูนย์กลางลักษณะของขั้วบวกคือ 0.1 มม.

อนุภาคเข้าสู่ตัวนับผ่านเปลือกสุญญากาศและแคโทดในรูปแบบ "ทรงกระบอก" (รูปที่ 2, ก) หรือผ่านหน้าต่างบางแบนพิเศษในการออกแบบเวอร์ชัน "สิ้นสุด" (รูปที่ 2 ,ข). ตัวเลือกหลังใช้เพื่อลงทะเบียนอนุภาคที่มีความสามารถในการทะลุทะลวงต่ำ (เช่น ถูกกักไว้โดยกระดาษหนึ่งแผ่น) แต่จะเป็นอันตรายทางชีวภาพอย่างมากหากแหล่งที่มาของอนุภาคเข้าสู่ร่างกาย อุปกรณ์ตรวจจับที่มีหน้าต่างไมกายังใช้ในการนับอนุภาคที่มีพลังงานค่อนข้างต่ำ (“รังสีบีตาอ่อน”)

ข้าว. 2. การออกแบบแผนผังของทรงกระบอก ( ก) และสิ้นสุด ( ข)เคาน์เตอร์ไกเกอร์ การกำหนด: 1 - เปลือกสูญญากาศ (แก้ว); 2 - ขั้วบวก; 3 - แคโทด; 4 - หน้าต่าง (ไมกา, กระดาษแก้ว)

ในเคาน์เตอร์รุ่นทรงกระบอกที่ออกแบบมาเพื่อลงทะเบียนอนุภาคพลังงานสูงหรือรังสีเอกซ์อ่อนจะใช้เปลือกสุญญากาศที่มีผนังบางและแคโทดทำจากฟอยล์บาง ๆ หรืออยู่ในรูปของฟิล์มโลหะบาง ๆ (ทองแดง ,อลูมิเนียม) ฝากไว้ พื้นผิวด้านในเปลือกหอย ในการออกแบบหลายๆ แบบ แคโทดโลหะผนังบาง (พร้อมตัวทำให้แข็ง) เป็นองค์ประกอบของเปลือกสุญญากาศ การแผ่รังสีเอ็กซ์เรย์อย่างหนัก (อนุภาค) ได้เพิ่มพลังทะลุทะลวง ดังนั้นจึงถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับที่มีผนังสุญญากาศและแคโทดขนาดใหญ่ค่อนข้างหนา ในเครื่องนับนิวตรอนจะมีการปิดแคโทดไว้ ชั้นบางแคดเมียมหรือโบรอน ซึ่งรังสีนิวตรอนจะถูกแปลงเป็นรังสีกัมมันตรังสีโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์

โดยปกติปริมาตรของอุปกรณ์จะเต็มไปด้วยอาร์กอนหรือนีออนโดยมีส่วนผสมของอาร์กอนเล็กน้อย (มากถึง 1%) ที่ความดันใกล้กับบรรยากาศ (10 -50 kPa) เพื่อกำจัดปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์หลังจากการคายประจุ จะมีการเติมส่วนผสมของโบรมีนหรือไอแอลกอฮอล์ (มากถึง 1%) ลงในการบรรจุแก๊ส

ความสามารถของตัวนับไกเกอร์ในการลงทะเบียนอนุภาคโดยไม่คำนึงถึงประเภทและพลังงาน (เพื่อสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้าหนึ่งพัลส์โดยไม่คำนึงถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่สร้างโดยอนุภาค) ถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมากของขั้วบวกเกือบ แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่จ่ายให้กับอิเล็กโทรดจะกระจุกตัวอยู่ในชั้นใกล้ขั้วบวกที่แคบ ด้านนอกชั้นจะมี "บริเวณดักจับอนุภาค" ซึ่งพวกมันจะแตกตัวเป็นไอออนโมเลกุลของก๊าซ อิเล็กตรอนที่ฉีกขาดออกจากอนุภาคจากโมเลกุลจะถูกเร่งไปยังขั้วบวก แต่ก๊าซจะแตกตัวเป็นไอออนอ่อนเนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าต่ำ ไอออนไนซ์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากที่อิเล็กตรอนเข้าสู่ชั้นใกล้ขั้วบวกที่มีความแรงของสนามไฟฟ้าสูง โดยที่อิเล็กตรอนถล่ม (หนึ่งหรือหลายตัว) พัฒนาขึ้นด้วยการคูณอิเล็กตรอนในระดับที่สูงมาก (มากถึง 10 7) อย่างไรก็ตามกระแสที่เกิดจากสิ่งนี้ยังไม่ถึงค่าที่สอดคล้องกับการก่อตัวของสัญญาณเซ็นเซอร์

กระแสที่เพิ่มขึ้นอีกในมูลค่าการปฏิบัติงานนั้นเกิดจากการที่โฟตอนที่อัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานประมาณ 15 eV ถูกสร้างขึ้นในหิมะถล่มพร้อมกับไอออไนเซชันซึ่งเพียงพอที่จะทำให้โมเลกุลสิ่งเจือปนแตกตัวเป็นไอออนในการเติมก๊าซ (ตัวอย่างเช่น ศักยภาพของโมเลกุลโบรมีนคือ 12.8 V) อิเล็กตรอนที่เกิดจากการโฟโตไรเซชันของโมเลกุลที่อยู่นอกชั้นจะถูกเร่งไปยังขั้วบวก แต่หิมะถล่มจะไม่เกิดขึ้นที่นี่เนื่องจากความแรงของสนามแม่เหล็กต่ำ และกระบวนการนี้มีผลเพียงเล็กน้อยต่อการพัฒนาของการปล่อยประจุ ในชั้นนี้ สถานการณ์แตกต่างออกไป: โฟตอนอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นเนื่องจากไฟฟ้าแรงสูง ทำให้เกิดหิมะถล่มอย่างรุนแรงซึ่งโฟตอนใหม่จะถูกสร้างขึ้น จำนวนของมันเกินกว่าค่าเริ่มต้นและกระบวนการในเลเยอร์ตามรูปแบบ "โฟตอน - อิเล็กตรอนถล่ม - โฟตอน" เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (หลายไมโครวินาที) (เข้าสู่ "โหมดทริกเกอร์") ในกรณีนี้ การปล่อยออกจากบริเวณที่เกิดหิมะถล่มครั้งแรกซึ่งเกิดจากอนุภาคจะแพร่กระจายไปตามขั้วบวก (“การจุดระเบิดตามขวาง”) กระแสแอโนดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและขอบนำของสัญญาณเซ็นเซอร์จะเกิดขึ้น

ขอบต่อท้ายของสัญญาณ (กระแสลดลง) เกิดจากสองสาเหตุ: ศักยภาพของแอโนดลดลงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกจากกระแสคร่อมตัวต้านทาน (ที่ขอบนำ ศักยภาพจะถูกรักษาไว้โดยความจุของอิเล็กโทรด) และ ความแรงของสนามไฟฟ้าในชั้นลดลงภายใต้อิทธิพลของประจุอวกาศของไอออนหลังจากอิเล็กตรอนออกจากขั้วบวก (ประจุเพิ่มศักยภาพของจุดซึ่งเป็นผลมาจากแรงดันตกคร่อมชั้นลดลงและในการดักจับอนุภาค พื้นที่เพิ่มขึ้น) ทั้งสองเหตุผลลดความรุนแรงของการพัฒนาหิมะถล่ม และกระบวนการตามแผน "หิมะถล่ม - โฟตอน - หิมะถล่ม" ก็จางหายไป และกระแสไฟฟ้าที่ผ่านเซ็นเซอร์ลดลง หลังจากสิ้นสุดพัลส์ปัจจุบัน ศักย์ของแอโนดจะเพิ่มขึ้นถึงระดับเริ่มต้น (โดยมีความล่าช้าบ้างเนื่องจากการชาร์จความจุของอิเล็กโทรดผ่านตัวต้านทานแอโนด) การกระจายศักย์ไฟฟ้าในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดจะกลับสู่รูปแบบดั้งเดิมเป็น ผลจากการที่ไอออนไปยังแคโทดและตัวนับจะคืนความสามารถในการบันทึกการมาถึงของอนุภาคใหม่

มีการผลิตเครื่องตรวจจับรังสีไอออไนซ์หลายประเภท มีการใช้หลายระบบเพื่อกำหนด ตัวอย่างเช่น STS-2, STS-4 - ตัวนับจุดสิ้นสุดที่ดับไฟได้เองหรือ MS-4 - ตัวนับด้วยแคโทดทองแดง (B - ด้วยทังสเตน, G - ด้วยกราไฟท์) หรือ SAT-7 - ตัวนับอนุภาคปลาย, SBM- 10 - ตัวนับ - อนุภาคโลหะ, SNM-42 - ตัวนับนิวตรอนโลหะ, SRM-1 - ตัวนับสำหรับรังสีเอกซ์ ฯลฯ

3. กฎทางกายภาพขั้นพื้นฐาน

.1 การฟื้นฟูฟังก์ชันการทำงานหลังการลงทะเบียนอนุภาค

เวลาที่ไอออนจะออกจากช่องว่างหลังจากตรวจพบอนุภาคจะค่อนข้างนาน ไม่กี่มิลลิวินาที ซึ่งจำกัดขีดจำกัดบนในการวัดอัตราปริมาณรังสี ที่ความเข้มข้นของการแผ่รังสีสูง อนุภาคจะมาถึงในช่วงเวลาที่สั้นกว่าเวลาออกเดินทางของไอออน และเซ็นเซอร์ตรวจไม่พบอนุภาคบางส่วน กระบวนการนี้แสดงด้วยออสซิลโลแกรมแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วบวกของเซ็นเซอร์ระหว่างการฟื้นฟูการทำงาน (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ออสซิลโลแกรมแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วบวกของตัวนับไกเกอร์ อู๋- ความกว้างของสัญญาณในโหมดปกติ (หลายร้อยโวลต์) 1 - 5 - หมายเลขอนุภาค

การเข้ามาของอนุภาคแรก (1 ในรูปที่ 3) เข้าไปในปริมาตรของเซ็นเซอร์จะเริ่มต้นการปล่อยก๊าซแบบพัลซิ่ง ซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงตามจำนวน อู๋(ความกว้างของสัญญาณปกติ) นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้ายังเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากการลดลงอย่างช้าๆ ของกระแสข้ามช่องว่างเมื่อไอออนออกจากแคโทด และเนื่องจากการประจุความจุไฟฟ้าของอินเตอร์อิเล็กโทรดจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานจำกัด หากอนุภาคอื่นเข้าสู่เซ็นเซอร์ภายในช่วงเวลาสั้น ๆ หลังจากที่อนุภาคแรกมาถึง (2 ในรูปที่ 3) กระบวนการคายประจุจะพัฒนาอย่างอ่อนเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงและความแรงของสนามแม่เหล็กต่ำที่ขั้วบวกภายใต้เงื่อนไขของการกระทำของช่องว่าง ประจุของไอออน ในกรณีนี้ สัญญาณเซ็นเซอร์มีขนาดเล็กจนไม่อาจยอมรับได้ การมาถึงของอนุภาคที่สองหลังจากช่วงเวลาที่นานขึ้นหลังจากอนุภาคแรก (อนุภาค 3 - 5 ในรูปที่ 3) ให้สัญญาณที่มีแอมพลิจูดมากขึ้น เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและประจุในพื้นที่ลดลง

หากอนุภาคที่สองเข้าสู่เซ็นเซอร์หลังจากอนุภาคแรกในช่วงเวลาที่สั้นกว่าช่วงเวลาระหว่างอนุภาค 1 และ 2 ในรูปที่ 1 3 ดังนั้นด้วยเหตุผลที่ระบุไว้ข้างต้น เซ็นเซอร์จึงไม่สร้างสัญญาณเลย (“ไม่นับ” อนุภาค) ในเรื่องนี้ ช่วงเวลาระหว่างอนุภาค 1 และ 2 เรียกว่า "เวลาตายของตัวนับ" (ความกว้างของสัญญาณของอนุภาค 2 คือ 10% ของค่าปกติ) ช่วงเวลาระหว่างอนุภาค 2 และ 5 ในรูป 3 เรียกว่า “เวลาฟื้นตัวของเซ็นเซอร์” (สัญญาณอนุภาค 5 เป็นค่าปกติ 90%) ในช่วงเวลานี้ แอมพลิจูดของสัญญาณเซ็นเซอร์จะลดลง และอาจไม่ได้รับการบันทึกโดยตัวนับพัลส์ไฟฟ้า

เวลาตาย (0.01 - 1 ms) และเวลาปล่อย (0.1 - 1 ms) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของตัวนับ Geiger ยิ่งค่าของพารามิเตอร์เหล่านี้ต่ำลงเท่าใด อัตราปริมาณรังสีสูงสุดที่บันทึกไว้ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ปัจจัยหลักที่กำหนดพารามิเตอร์คือแรงดันแก๊สและค่าของตัวต้านทานจำกัด เมื่อค่าความดันและตัวต้านทานลดลง เวลาตายและเวลาในการฟื้นตัวจะลดลง เนื่องจากอัตราการปล่อยไอออนออกจากช่องว่างจะเพิ่มขึ้น และเวลาคงที่ของกระบวนการชาร์จของความจุอินเตอร์อิเล็กโทรดจะลดลง

3.2 ลักษณะทางโดซิเมตริก

ความไวของตัวนับไกเกอร์คืออัตราส่วนของความถี่ของพัลส์ที่สร้างโดยเซ็นเซอร์ต่ออัตราปริมาณรังสี ซึ่งวัดเป็นไมโครซีเวิร์ตต่อชั่วโมง (μSv/h; ตัวเลือก: Sv/s, mSv/s, μSv/s) ค่าความไวโดยทั่วไป: 0.1 - 1 พัลส์ต่อไมโครซีเวิร์ต ในช่วงการทำงาน ความไวคือสัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างการอ่านมาตร (จำนวนพัลส์ต่อวินาที) และอัตราโดส นอกช่วงจะมีการละเมิดสัดส่วนซึ่งสะท้อนให้เห็นโดยลักษณะการวัดปริมาณรังสีของเครื่องตรวจจับ - การพึ่งพาการอ่านอัตราปริมาณรังสี (รูปที่ 4)

ข้าว. การขึ้นอยู่กับอัตราการนับต่ออัตราปริมาณรังสีของกัมมันตภาพรังสี (ลักษณะปริมาณรังสี) สำหรับสองตัวนับที่มีแรงดันก๊าซต่างกัน (1 - 5 kPa, 2 - 30 kPa)

จากการพิจารณาทางกายภาพ จะตามมาว่าการอ่านเซ็นเซอร์เมื่ออัตราปริมาณรังสีเพิ่มขึ้นจะต้องไม่เกินค่า (1/) โดยที่คือเวลาตายของเซ็นเซอร์ (อนุภาคที่มาถึงหลังจากช่วงเวลาที่สั้นกว่า จะไม่นับ) ดังนั้น ส่วนเชิงเส้นที่ใช้งานของลักษณะการวัดปริมาณรังสีจะเปลี่ยนอย่างราบรื่นในบริเวณที่มีการแผ่รังสีที่รุนแรงเป็นเส้นตรงแนวนอนที่ระดับ (1/)

เมื่อเวลาตายลดลง คุณลักษณะการวัดปริมาณรังสีของเซนเซอร์จะเปลี่ยนเป็นแนวนอนในระดับที่สูงขึ้นเมื่อมีพลังงานรังสีสูงขึ้น และขีดจำกัดบนของการวัดจะเพิ่มขึ้น สถานการณ์นี้จะสังเกตได้เมื่อความดันแก๊สลดลง (รูปที่ 4) อย่างไรก็ตาม ในขณะเดียวกัน ความไวของเซ็นเซอร์ก็ลดลง (จำนวนอนุภาคที่ข้ามช่องว่างการปล่อยก๊าซโดยไม่เกิดการชนกับโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น) ดังนั้น เมื่อความดันลดลง คุณลักษณะของปริมาตรจะลดลง ในทางคณิตศาสตร์ คุณลักษณะนี้อธิบายได้ด้วยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ที่ไหน เอ็น- อัตราการนับ (การอ่านเซ็นเซอร์ - จำนวนพัลส์ต่อวินาที) - ความไวของตัวนับ (พัลส์ต่อวินาทีต่อไมโครซีเวิร์ต) ร- อัตราปริมาณรังสี - เวลาตายของเซ็นเซอร์ (เป็นวินาที)

3.3 ลักษณะการนับเซนเซอร์

การตรวจสอบอัตราปริมาณรังสีมักต้องทำกลางแจ้งหรือภาคสนาม แหล่งจ่ายไฟเซ็นเซอร์ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่หรือแหล่งพลังงานไฟฟ้าอื่นๆ แรงดันไฟฟ้าจะลดลงขณะทำงาน ในขณะเดียวกัน กระบวนการปล่อยก๊าซในเซ็นเซอร์จะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าในระดับที่แรงมาก ดังนั้นการพึ่งพาการอ่านค่าตัวนับ Geiger กับแรงดันไฟฟ้าที่อัตราปริมาณรังสีคงที่จึงเป็นหนึ่งในคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของเซ็นเซอร์ การพึ่งพาอาศัยกันเรียกว่าลักษณะการนับของเซ็นเซอร์ (รูปที่ 5)

มีการทำเครื่องหมายจุดคุณลักษณะการพึ่งพาที่นำเสนอ (เส้นโค้ง 2) อ-ดี. ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ (ด้านซ้ายของจุด ก) อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นในเซ็นเซอร์เมื่ออนุภาคไอออไนซ์กระทบกับอิเล็กตรอนจะทำให้เกิดหิมะถล่ม แต่ความเข้มของอิเล็กตรอนไม่เพียงพอที่จะสร้างพัลส์กระแสตามแอมพลิจูดที่ต้องการ และค่าที่อ่านได้จากตัวนับเป็นศูนย์ จุด กสอดคล้องกับ "แรงดันไฟฟ้านับเริ่มต้น" ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่ เอ - บีการอ่านค่าตัวนับเพิ่มขึ้นเนื่องจากความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนจะเข้ามาจากบริเวณดักจับอนุภาคเข้าสู่ชั้นใกล้ขั้วบวกที่มีความแรงของสนามสูงเพิ่มขึ้น ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ อิเล็กตรอนจะรวมตัวกันอีกครั้งกับไอออนในระหว่างที่พวกมันเคลื่อนที่ไปยังชั้นนั้น (ก่อนอื่นพวกมันสามารถ "เกาะติด" กับโมเลกุลโบรมีนที่ไม่บริสุทธิ์เพื่อสร้างไอออนลบ) ตรงจุด ในแรงดันไฟฟ้าเพียงพอที่จะเคลื่อนอิเล็กตรอนเกือบทั้งหมดเข้าไปในชั้นได้อย่างรวดเร็ว และความเข้มของการรวมตัวกันใหม่อยู่ใกล้กับศูนย์ เซ็นเซอร์จะสร้างสัญญาณแอมพลิจูดปกติ

ที่บริเวณการทำงานของลักษณะการนับ บี - ซี(“ลักษณะเฉพาะ”) ค่าที่อ่านได้ของตัวนับจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ซึ่งมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งและเป็นข้อได้เปรียบของตัวนับ Geiger คุณภาพจะสูงขึ้น ยิ่งที่ราบสูงยาว (100-400 V) และความชันของส่วนแนวนอนของลักษณะการนับก็จะยิ่งต่ำลง

ข้าว. 5. การขึ้นอยู่กับความเร็วในการนับของแรงดันไฟฟ้า (ลักษณะการนับ) ที่ค่าต่างๆ ของความดันก๊าซและปริมาณสิ่งเจือปนของโบรมีน: 1 - 8 kPa, 0.5%; 2 - 16 ปาสคาล, 0.5%; 3 - 16 kPa, 0.1% สำหรับอัตราปริมาณรังสีที่ 5 µSv/h เอบีซีดี- จุดลักษณะเฉพาะของเส้นโค้ง 2

ความชัน (หรือความลาดชัน) ของที่ราบสูง สมีลักษณะเฉพาะโดยเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลงในการอ่านค่ามาตรต่อแรงดันไฟฟ้าหนึ่งหน่วย:

, (2)

ที่ไหน เอ็นบีและ เอ็น ซี -การอ่านค่ามิเตอร์ ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของที่ราบสูง ยู บีและ ยู ซี- ค่าแรงดันไฟฟ้าที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของที่ราบสูง ค่าความชันโดยทั่วไปคือ 0.01 - 0.05%/V

ความเสถียรสัมพัทธ์ของการอ่านค่าบนที่ราบสูงของคุณลักษณะการนับนั้นมั่นใจได้ด้วยการคายประจุประเภทเฉพาะที่เกิดขึ้นในเซ็นเซอร์พร้อมกับการมาถึงของอนุภาคไอออไนซ์ แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นทำให้การพัฒนาของอิเล็กตรอนถล่มรุนแรงขึ้น แต่สิ่งนี้นำไปสู่การเร่งความเร็วของการแพร่กระจายของการปล่อยประจุไปตามขั้วบวกเท่านั้น และความสามารถของตัวนับในการสร้างสัญญาณหนึ่งสัญญาณต่ออนุภาคแทบจะไม่ลดลงเลย

อัตราการนับเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นที่ที่ราบสูงของลักษณะการนับนั้นเกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนจากแคโทดภายใต้การกระทำของการปล่อย การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเกิดจากสิ่งที่เรียกว่ากระบวนการ ซึ่งหมายถึงการดีดตัวของอิเล็กตรอนด้วยไอออน อะตอมที่ตื่นเต้น และโฟตอน ค่าสัมประสิทธิ์นี้ถือว่าตามอัตภาพเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนต่อไอออน (โดยนัยคืออะตอมและโฟตอนที่ถูกกระตุ้น) ค่าคุณลักษณะของสัมประสิทธิ์คือ 0.1 - 0.01 (10 - 100 ไอออนจะปล่อยอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซและวัสดุแคโทด) ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ดังกล่าวตัวนับ Geiger ไม่ทำงานเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ออกจากแคโทดจะถูกลงทะเบียนเป็นอนุภาคไอออไนซ์ (“ สัญญาณเท็จ” จะถูกบันทึก)

การทำงานปกติของมิเตอร์รับประกันได้โดยการใส่โบรมีนหรือไอแอลกอฮอล์เข้าไปในการเติมแก๊ส (“การดับสิ่งสกปรก”) ซึ่งจะลดค่าสัมประสิทธิ์ลงอย่างมาก (ต่ำกว่า 10 -4) ในกรณีนี้ จำนวนสัญญาณเท็จก็ลดลงอย่างรวดเร็วเช่นกัน แต่ยังคงสังเกตเห็นได้ชัดเจน (เช่น ไม่กี่เปอร์เซ็นต์) ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น กระบวนการคายประจุจะรุนแรงขึ้น เช่น จำนวนไอออน อะตอมที่ถูกกระตุ้นและโฟตอนเพิ่มขึ้น และจำนวนสัญญาณเท็จก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย สิ่งนี้จะอธิบายการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในการอ่านค่าเซ็นเซอร์บนที่ราบสูงของคุณลักษณะการนับ (ความชันที่เพิ่มขึ้น) และจุดสิ้นสุดของที่ราบสูง (การเปลี่ยนไปใช้ส่วนที่ชัน ค- ดี). เมื่อปริมาณสิ่งเจือปนเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์จะลดลงในระดับที่มากขึ้น ซึ่งจะลดความลาดเอียงของที่ราบสูงและเพิ่มความยาว (เส้นโค้ง 2 และ 3 ในรูปที่ 5)

กลไกทางกายภาพของการกระทำของการดับสิ่งสกปรกคือการลดลงอย่างรวดเร็วของปริมาณไอออนอะตอมที่ตื่นเต้นและโฟตอนที่ไปยังแคโทดซึ่งอาจทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนรวมถึงการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากแคโทด ไอออนของก๊าซหลัก (นีออนหรืออาร์กอน) ในกระบวนการเคลื่อนที่ไปทางแคโทดจะกลายเป็นอะตอมที่เป็นกลางอันเป็นผลมาจาก "การแลกเปลี่ยนประจุ" ในการชนกับโมเลกุลที่ไม่บริสุทธิ์ เนื่องจากศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนของนีออนและอาร์กอนมีค่ามากกว่าศักยภาพของโบรมีน และแอลกอฮอล์ (ตามลำดับ: 21.5 V; 15. 7 V; 12.8 V; 11.3 V) พลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้ถูกใช้ไปกับการทำลายโมเลกุลหรือการก่อตัวของโฟตอนพลังงานต่ำซึ่งไม่สามารถทำให้เกิดการปล่อยแสงของอิเล็กตรอนได้ โฟตอนดังกล่าวยังถูกดูดซับได้ดีโดยโมเลกุลของสิ่งเจือปน

ไอออนเจือปนที่เกิดขึ้นระหว่างการแลกเปลี่ยนประจุจะเข้าสู่แคโทด แต่ไม่ก่อให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอน ในกรณีของโบรมีน อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานศักย์ของไอออน (12.8 eV) ไม่เพียงพอที่จะดึงอิเล็กตรอนสองตัวออกจากแคโทด (ตัวหนึ่งเพื่อทำให้ไอออนเป็นกลาง และอีกตัวหนึ่งเพื่อเริ่มต้นการถล่มของอิเล็กตรอน) เนื่องจากฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนที่ออกจากแคโทดต่อหน้าโบรมีนที่ไม่บริสุทธิ์จะเพิ่มขึ้นเป็น 7 eV ในกรณีของแอลกอฮอล์ เมื่อทำให้ไอออนเป็นกลางที่แคโทด พลังงานที่ปล่อยออกมามักจะถูกใช้ไปกับการแยกตัวของโมเลกุลเชิงซ้อน ไม่ใช่กับการดีดตัวของอิเล็กตรอน

โดยหลักการแล้วอะตอมที่ตื่นเต้นที่มีอายุยืนยาว (แพร่กระจายได้) ของก๊าซหลักที่เกิดขึ้นในการปล่อยสามารถตกลงบนแคโทดและทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนเนื่องจากพลังงานศักย์ของพวกมันค่อนข้างสูง (เช่น 16.6 eV สำหรับนีออน) อย่างไรก็ตามความน่าจะเป็นของกระบวนการนี้ต่ำมากเนื่องจากอะตอมเมื่อชนกับโมเลกุลที่ไม่บริสุทธิ์จะถ่ายโอนพลังงานของพวกมันไปให้พวกมัน - "ดับ" พลังงานถูกใช้ไปกับการแยกตัวของโมเลกุลสิ่งเจือปนหรือกับการปล่อยโฟตอนพลังงานต่ำ ซึ่งไม่ก่อให้เกิดการปล่อยแสงของอิเล็กตรอนจากแคโทด และถูกดูดซับอย่างดีโดยโมเลกุลของสิ่งเจือปน

ในทำนองเดียวกันโฟตอนพลังงานสูงที่มาจากการปล่อยซึ่งสามารถทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนจากแคโทดจะถูก "ดับ": พวกมันถูกดูดซับโดยโมเลกุลที่ไม่บริสุทธิ์พร้อมการใช้พลังงานตามมาสำหรับการแยกตัวของโมเลกุลและการปล่อยก๊าซ โฟตอนพลังงานต่ำ

ความทนทานของเคาน์เตอร์ด้วยการเติมโบรมีนนั้นสูงกว่ามาก (10 10 - 10 11 พัลส์) เนื่องจากไม่ได้ถูกจำกัดด้วยการสลายตัวของโมเลกุลของสิ่งเจือปนที่ดับแล้ว ความเข้มข้นของโบรมีนที่ลดลงนั้นเนื่องมาจากฤทธิ์ทางเคมีที่ค่อนข้างสูง ซึ่งทำให้เทคโนโลยีการผลิตเซ็นเซอร์มีความซับซ้อน และกำหนดข้อจำกัดในการเลือกใช้วัสดุแคโทด (เช่น ใช้สแตนเลส)

ลักษณะการนับขึ้นอยู่กับแรงดันแก๊ส: เมื่อเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่จุดเริ่มต้นของการนับจะเพิ่มขึ้น (จุดที่ กในรูปที่ 5 เลื่อนไปทางขวา) และระดับที่ราบสูงจะเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากการจับอนุภาคไอออไนซ์ด้วยโมเลกุลก๊าซในเซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (เส้นโค้ง 1 และ 2 ในรูปที่ 5) การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นการนับอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเงื่อนไขในเซ็นเซอร์สอดคล้องกับสาขาด้านขวาของเส้นโค้ง Paschen

บทสรุป

การใช้งานเครื่องนับ Geiger-Muller อย่างแพร่หลายนั้นอธิบายได้จากความไวสูงและความสามารถในการบันทึก หลากหลายชนิดการแผ่รังสีความเรียบง่ายเชิงเปรียบเทียบและต้นทุนการติดตั้งต่ำ เคาน์เตอร์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1908 โดย Geiger และปรับปรุงโดย Müller

เครื่องนับ Geiger-Muller ทรงกระบอกประกอบด้วยท่อโลหะหรือหลอดแก้วที่เคลือบโลหะจากด้านใน และมีด้ายโลหะบางทอดยาวไปตามแกนของกระบอกสูบ เธรดทำหน้าที่เป็นขั้วบวก หลอดเป็นแคโทด หลอดเต็มไปด้วยก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์โดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้ก๊าซมีตระกูล - อาร์กอนและนีออน ระหว่างแคโทดและแอโนดจะสร้างแรงดันไฟฟ้าประมาณ 400V สำหรับเมตรส่วนใหญ่จะมีสิ่งที่เรียกว่าที่ราบสูงซึ่งอยู่ระหว่างประมาณ 360 ถึง 460 V ในช่วงนี้ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยจะไม่ส่งผลต่อความเร็วในการนับ

การทำงานของตัวนับนั้นขึ้นอยู่กับการกระแทกของไอออนไนซ์ γ-ควอนต้าที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีชนผนังของตัวนับและทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกไป อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในแก๊สและชนกับอะตอมของแก๊ส จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมและสร้างขึ้น ไอออนบวกและอิเล็กตรอนอิสระ สนามไฟฟ้าระหว่างแคโทดและแอโนดจะเร่งอิเล็กตรอนให้เป็นพลังงานซึ่งจะเริ่มเกิดการแตกตัวเป็นไอออน ไอออนถล่มเกิดขึ้นและกระแสที่ไหลผ่านตัวนับจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในกรณีนี้ แรงดันพัลส์จะเกิดขึ้นที่ความต้านทาน R ซึ่งป้อนเข้ากับอุปกรณ์บันทึก เพื่อให้ตัวนับบันทึกอนุภาคถัดไปที่กระทบนั้น จะต้องดับการปล่อยหิมะถล่ม สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ ในขณะที่พัลส์ปัจจุบันปรากฏขึ้น แรงดันตกคร่อมขนาดใหญ่เกิดขึ้นที่ความต้านทาน R ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าระหว่างแอโนดและแคโทดจึงลดลงอย่างรวดเร็ว มากจนการคายประจุหยุดลงและมิเตอร์ก็พร้อมสำหรับการทำงานอีกครั้ง

ลักษณะสำคัญของมิเตอร์คือประสิทธิภาพ ไม่ใช่โฟตอนที่ γ ทั้งหมดที่ชนกับเคาน์เตอร์จะให้อิเล็กตรอนทุติยภูมิและจะถูกบันทึกไว้ เนื่องจากการกระทำอันตรกิริยาของรังสี γ กับสสารนั้นค่อนข้างหายาก และอิเล็กตรอนทุติยภูมิบางส่วนถูกดูดซับในผนังของอุปกรณ์โดยไม่ต้องไปถึงแก๊ส ปริมาณ.

ประสิทธิภาพของเคาน์เตอร์ขึ้นอยู่กับความหนาของผนังเคาน์เตอร์ วัสดุ และพลังงานของรังสีγ ตัวนับที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือผนังที่ทำจากวัสดุที่มีเลขอะตอม Z สูงเนื่องจากจะเป็นการเพิ่มการก่อตัวของอิเล็กตรอนทุติยภูมิ นอกจากนี้ผนังมิเตอร์ก็ต้องหนาพอสมควร ความหนาของผนังเคาน์เตอร์เลือกจากเงื่อนไขที่เท่ากับเส้นทางอิสระเฉลี่ยของอิเล็กตรอนทุติยภูมิในวัสดุผนัง หากความหนาของผนังมีขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนทุติยภูมิจะไม่ผ่านเข้าไปในปริมาตรการทำงานของตัวนับ และจะไม่เกิดพัลส์ปัจจุบัน เนื่องจากรังสี γ มีปฏิกิริยากับสสารเพียงเล็กน้อย ประสิทธิภาพของตัวนับ γ มักจะต่ำเช่นกันและมีค่าเพียง 1-2% เท่านั้น ข้อเสียอีกประการหนึ่งของเครื่องนับ Geiger-Muller คือไม่สามารถระบุอนุภาคและกำหนดพลังงานได้ ข้อเสียเหล่านี้ไม่มีอยู่ในเคาน์เตอร์เรืองแสงวาบ

บรรณานุกรม

1 แอคตัน ดี.อาร์. อุปกรณ์ระบายแก๊สที่มีแคโทดเย็น ม.;ล.: พลังงาน, 2508.

2 คากานอฟ ไอ.แอล. อุปกรณ์ไอออนิก อ.: พลังงาน, 2515.

3 Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ปล่อยก๊าซสุญญากาศด้วยไฟฟ้า: คู่มือ อ.: วิทยุและการสื่อสาร, 2528.

4 โนลล์ เอ็ม., ไอค์ไมเชอร์ ไอ. เทคนิคอิเล็กทรอนิกส์ต. 2 ม.: พลังงาน, 2514.

5 ซิโดเรนโก วี.วี. เครื่องตรวจวัดรังสีไอออไนซ์: คู่มือ ล.: การต่อเรือ, 2532

ด้วยการใช้เครื่องนับไกเกอร์ที่ทันสมัย ​​คุณสามารถวัดระดับรังสีได้ วัสดุก่อสร้าง, ที่ดินหรืออพาร์ตเมนต์รวมทั้งอาหาร มันแสดงให้เห็นความน่าจะเป็นเกือบหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ของอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากมีคู่อิเล็กตรอน-ไอออนเพียงคู่เดียวเท่านั้นที่จะตรวจจับได้

เทคโนโลยีที่สร้างเครื่องวัดปริมาณรังสีสมัยใหม่โดยใช้ตัวนับ Geiger-Muller ช่วยให้คุณได้ผลลัพธ์ ความแม่นยำสูงในระยะเวลาอันสั้นมาก การวัดใช้เวลาไม่เกิน 60 วินาที และข้อมูลทั้งหมดจะแสดงในรูปแบบกราฟิกและตัวเลขบนหน้าจอเครื่องวัดปริมาตร

การตั้งค่าอุปกรณ์

อุปกรณ์มีความสามารถในการตั้งค่าเกณฑ์เมื่อเกินจะมีสัญญาณเสียงเตือนคุณถึงอันตราย เลือกหนึ่งในค่าเกณฑ์ที่ระบุในส่วนการตั้งค่าที่เกี่ยวข้อง สามารถปิดเสียงบี๊บได้ ก่อนทำการวัดแนะนำให้ทำก่อน การปรับแต่งเลือกความสว่างของจอแสดงผล สัญญาณเสียง และพารามิเตอร์แบตเตอรี่

ขั้นตอนการวัด

เลือกโหมด "การวัด" และอุปกรณ์จะเริ่มประเมินสถานการณ์กัมมันตภาพรังสี หลังจากผ่านไปประมาณ 60 วินาที ผลการวัดจะปรากฏบนจอแสดงผล หลังจากนั้นรอบการวิเคราะห์ถัดไปจะเริ่มต้นขึ้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ แนะนำให้ทำการวัดอย่างน้อย 5 รอบ การเพิ่มจำนวนการสังเกตทำให้การอ่านมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

เพื่อวัดการแผ่รังสีพื้นหลังของวัตถุ เช่น วัสดุก่อสร้างหรือ ผลิตภัณฑ์อาหารคุณต้องเปิดโหมด "การวัด" ที่ระยะห่างจากวัตถุหลายเมตร จากนั้นนำอุปกรณ์ไปที่วัตถุและวัดพื้นหลังให้ใกล้กับวัตถุมากที่สุด เปรียบเทียบการอ่านค่าของอุปกรณ์กับข้อมูลที่ได้รับที่ระยะหลายเมตรจากวัตถุ ความแตกต่างระหว่างค่าที่อ่านได้เหล่านี้คือพื้นหลังของการแผ่รังสีเพิ่มเติมของวัตถุที่กำลังศึกษา

หากผลการตรวจวัดเกินลักษณะพื้นหลังตามธรรมชาติของพื้นที่ที่คุณอยู่ แสดงว่ามีการปนเปื้อนรังสีของวัตถุที่กำลังศึกษา เพื่อประเมินการปนเปื้อนของของเหลว แนะนำให้ทำการวัดเหนือพื้นผิวเปิด จะต้องห่ออุปกรณ์เพื่อป้องกันความชื้น ฟิล์มพลาสติกแต่ต้องไม่เกินหนึ่งชั้น หากเครื่องวัดปริมาตรอยู่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C เป็นเวลานาน ต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 2 ชั่วโมงก่อนทำการวัด

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์

ดี เพื่อกำหนดระดับรังสีจะใช้อุปกรณ์พิเศษ - และสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าว อุปกรณ์ตรวจวัดรังสีในครัวเรือนและระดับมืออาชีพส่วนใหญ่ จะมีการใช้องค์ประกอบการตรวจจับ เคาน์เตอร์ไกเกอร์ . เครื่องวัดรังสีส่วนนี้ช่วยให้คุณกำหนดระดับรังสีได้อย่างแม่นยำ

ประวัติความเป็นมาของเคาน์เตอร์ไกเกอร์

ใน ประการแรกอุปกรณ์สำหรับกำหนดอัตราการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2451 โดยชาวเยอรมันประดิษฐ์ขึ้น นักฟิสิกส์ ฮันส์ ไกเกอร์ . ยี่สิบปีต่อมาร่วมกับนักฟิสิกส์อีกคน วอลเตอร์ มุลเลอร์ อุปกรณ์ได้รับการปรับปรุง และได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์สองคนนี้

ใน ในช่วงเวลาของการพัฒนาและการก่อตั้งฟิสิกส์นิวเคลียร์ในอดีตสหภาพโซเวียต อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกันซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในกองทัพ ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และในกลุ่มควบคุมรังสีพิเศษของการป้องกันพลเรือน เริ่มตั้งแต่ทศวรรษที่เจ็ดสิบของศตวรรษที่ผ่านมา เครื่องวัดปริมาตรดังกล่าวได้รวมตัวนับตามหลักการของไกเกอร์ ได้แก่ SBM-20 . ตัวนับนี้เหมือนกับอะนาล็อกอื่นทุกประการ เอสทีเอส-5 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมาจนถึงทุกวันนี้และยังเป็นส่วนหนึ่งของ วิธีการที่ทันสมัยการตรวจสอบรังสี .

รูปที่ 1. เคาน์เตอร์จำหน่ายก๊าซ STS-5

รูปที่ 2. เครื่องวัดการปล่อยก๊าซ SBM-20

หลักการทำงานของเครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์

และ แนวคิดในการลงทะเบียนอนุภาคกัมมันตภาพรังสีที่เสนอโดย Geiger นั้นค่อนข้างง่าย ขึ้นอยู่กับหลักการของการปรากฏตัวของแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าในตัวกลาง ก๊าซเฉื่อยภายใต้อิทธิพลของอนุภาคกัมมันตภาพรังสีที่มีประจุสูงหรือควอนตัมของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า หากต้องการดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการทำงานของตัวนับให้เราอาศัยการออกแบบและกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคกัมมันตภาพรังสีผ่านองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของอุปกรณ์

ร อุปกรณ์บันทึกเสียงเป็นกระบอกหรือภาชนะปิดสนิทซึ่งบรรจุก๊าซเฉื่อย อาจเป็นนีออน อาร์กอน ฯลฯ ภาชนะดังกล่าวสามารถทำจากโลหะหรือแก้วและก๊าซในนั้นอยู่ภายใต้แรงดันต่ำซึ่งทำขึ้นโดยเฉพาะเพื่อลดความซับซ้อนของกระบวนการลงทะเบียนอนุภาคที่มีประจุ ภายในภาชนะจะมีอิเล็กโทรดสองตัว (แคโทดและแอโนด) ซึ่งใช้ไฟฟ้าแรงสูง กระแสตรงผ่านตัวต้านทานโหลดพิเศษ

รูปที่ 3 แผนภาพอุปกรณ์และวงจรสำหรับการเปิดเครื่องนับ Geiger

ป เมื่อเปิดใช้งานตัวนับในสภาพแวดล้อมของก๊าซเฉื่อย จะไม่มีการคายประจุบนอิเล็กโทรดเนื่องจากความต้านทานสูงของตัวกลาง อย่างไรก็ตาม สถานการณ์จะเปลี่ยนไปหากอนุภาคกัมมันตภาพรังสีหรือควอนตัมของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไปในห้องขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของ อุปกรณ์. ในกรณีนี้ อนุภาคที่มีประจุพลังงานสูงเพียงพอจะทำให้อิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งหลุดออกจากสภาพแวดล้อมใกล้เคียง กล่าวคือ จากส่วนประกอบของตัวเรือนหรือจากตัวอิเล็กโทรดทางกายภาพ อิเล็กตรอนดังกล่าวซึ่งครั้งหนึ่งเคยอยู่ในสภาพแวดล้อมก๊าซเฉื่อยจะถูกสัมผัส ไฟฟ้าแรงสูงระหว่างแคโทดและแอโนด เริ่มเคลื่อนที่ไปทางแอโนด และทำให้โมเลกุลของก๊าซนี้แตกตัวเป็นไอออนไปตลอดทาง เป็นผลให้พวกมันเคาะอิเล็กตรอนทุติยภูมิออกจากโมเลกุลของก๊าซ และกระบวนการนี้จะเติบโตในระดับเรขาคณิตจนกระทั่งเกิดการพังทลายระหว่างอิเล็กโทรด ในสถานะดิสชาร์จ วงจรจะปิดในช่วงเวลาสั้นๆ และทำให้กระแสกระโดดในตัวต้านทานโหลด และการกระโดดนี้เองที่ทำให้สามารถบันทึกการผ่านของอนุภาคหรือควอนตัมผ่านห้องบันทึกเสียงได้

ต กลไกนี้ทำให้สามารถบันทึกอนุภาคได้หนึ่งอนุภาค อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่รังสีไอออไนซ์มีความเข้มข้นค่อนข้างมาก ต้องให้ห้องบันทึกกลับคืนสู่ตำแหน่งเดิมอย่างรวดเร็วจึงจะสามารถระบุได้ อนุภาคกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่ . นี่คือความสำเร็จโดยสองคน วิธีทางที่แตกต่าง. ประการแรกคือการหยุดจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับอิเล็กโทรดในช่วงเวลาสั้น ๆ ในกรณีนี้การแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซเฉื่อยจะหยุดทันทีและการเปิดห้องทดสอบอีกครั้งทำให้คุณสามารถเริ่มการบันทึกได้ตั้งแต่เริ่มต้น เคาน์เตอร์ประเภทนี้เรียกว่า เครื่องวัดปริมาณรังสีแบบไม่ดับไฟ . อุปกรณ์ประเภทที่สอง ได้แก่ เครื่องวัดปริมาณที่ดับไฟได้เอง หลักการทำงานของอุปกรณ์คือการเติมสารเติมแต่งพิเศษตามองค์ประกอบต่าง ๆ เช่น โบรมีน ไอโอดีน คลอรีน หรือแอลกอฮอล์ ให้กับสภาพแวดล้อมของก๊าซเฉื่อย ในกรณีนี้การมีอยู่ของพวกเขาจะนำไปสู่การยุติการจำหน่ายโดยอัตโนมัติ ด้วยโครงสร้างของห้องทดสอบนี้ ความต้านทานบางครั้งอาจสูงถึงหลายสิบเมกะโอห์มถูกใช้เป็นตัวต้านทานโหลด ทำให้สามารถลดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ปลายแคโทดและแอโนดในระหว่างการคายประจุได้อย่างมาก ซึ่งจะหยุดกระบวนการนำกระแสและห้องจะกลับสู่สถานะเดิม เป็นที่น่าสังเกตว่าแรงดันไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดน้อยกว่า 300 โวลต์จะหยุดการคายประจุโดยอัตโนมัติ

กลไกทั้งหมดที่อธิบายไว้ทำให้สามารถบันทึกอนุภาคกัมมันตภาพรังสีจำนวนมากได้ในช่วงเวลาอันสั้น

ประเภทของรังสีกัมมันตภาพรังสี

ชม เพื่อทำความเข้าใจกับสิ่งที่ถูกบันทึกไว้อย่างแน่นอน เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ มันคุ้มค่าที่จะพิจารณาว่ามันมีอยู่ประเภทใด เป็นเรื่องที่ควรกล่าวถึงทันทีว่าเคาน์เตอร์ปล่อยก๊าซซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องวัดปริมาตรที่ทันสมัยที่สุดสามารถบันทึกจำนวนอนุภาคหรือควอนตัมที่มีประจุกัมมันตภาพรังสีเท่านั้น แต่ไม่สามารถระบุลักษณะพลังงานหรือประเภทของรังสีได้ เพื่อจุดประสงค์นี้ โดมิเตอร์ถูกสร้างให้ใช้งานได้หลากหลายและตรงเป้าหมายมากขึ้น และเพื่อที่จะเปรียบเทียบได้อย่างถูกต้อง ควรเข้าใจความสามารถของพวกมันให้แม่นยำยิ่งขึ้น

ป ตามแนวคิดสมัยใหม่ของฟิสิกส์นิวเคลียร์ รังสีสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ประเภทแรกอยู่ในรูปแบบ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ที่สองในรูปแบบ การไหลของอนุภาค (การฉายรังสีในร่างกาย) ประเภทแรกได้แก่ ฟลักซ์ของอนุภาคแกมมา หรือ การฉายรังสีเอกซ์ . คุณสมบัติหลักของพวกเขาคือความสามารถในการแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นในระยะทางที่ยาวมากในขณะที่พวกมันสามารถผ่านวัตถุต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดายและสามารถเจาะวัสดุที่หลากหลายได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น หากบุคคลจำเป็นต้องซ่อนตัวจากกระแสรังสีแกมมาเนื่องจากการระเบิดของนิวเคลียร์ จากนั้นโดยการเข้าไปหลบภัยในห้องใต้ดินของบ้านหรือที่กำบังระเบิด โดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องปิดผนึกอย่างแน่นหนา เขาก็ทำได้เพียงป้องกันตัวเองจากสิ่งนี้ ประเภทของรังสีได้ร้อยละ 50

รูปที่ 4. ควอนตัมรังสีเอกซ์และแกมมา

ต รังสีประเภทนี้มีลักษณะเป็นจังหวะในธรรมชาติและมีลักษณะพิเศษคือการแพร่กระจายในสิ่งแวดล้อมในรูปของโฟตอนหรือควอนตัม กล่าวคือ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าระยะสั้น รังสีดังกล่าวสามารถมีคุณลักษณะด้านพลังงานและความถี่ที่แตกต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น รังสีเอกซ์มีความถี่ต่ำกว่ารังสีแกมมาหลายพันเท่า นั่นเป็นเหตุผล รังสีแกมมามีอันตรายมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด สำหรับ ร่างกายมนุษย์และผลกระทบของมันก็ทำลายล้างมากกว่ามาก

และ การแผ่รังสีตามหลักการของคอร์ปัสเคิลคืออนุภาคอัลฟ่าและเบต้า (คอร์ปัสเคิล) เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิดถูกแปลงเป็นไอโซโทปอื่น ๆ และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา ในกรณีนี้ อนุภาคบีตาเป็นตัวแทนของกระแสอิเล็กตรอน และอนุภาคอัลฟามีขนาดใหญ่กว่ามากและมีการก่อตัวที่เสถียรกว่ามาก ซึ่งประกอบด้วยนิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัวที่เกาะกัน ในความเป็นจริง นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมมีโครงสร้างเช่นนี้ จึงสามารถโต้แย้งได้ว่าการไหลของอนุภาคแอลฟาคือการไหลของนิวเคลียสของฮีเลียม

ยอมรับการจำแนกประเภทต่อไปนี้ อนุภาคอัลฟ่ามีความสามารถในการทะลุทะลวงน้อยที่สุด เพื่อป้องกันตัวเองจากพวกมัน กระดาษแข็งหนาก็เพียงพอสำหรับบุคคล อนุภาคบีตามีความสามารถในการทะลุทะลวงได้ดีกว่า เพื่อให้บุคคลสามารถป้องกันตัวเองจากการไหลของรังสีดังกล่าวได้ เขาจะต้อง ป้องกันโลหะหนาหลายมิลลิเมตร (เช่น แผ่นอลูมิเนียม) ในทางปฏิบัติแล้วไม่มีการป้องกันจากควอนตัมแกมมา และพวกมันแพร่กระจายไปในระยะทางที่ไกลพอสมควร และจางหายไปเมื่อพวกมันเคลื่อนออกจากจุดศูนย์กลางหรือแหล่งกำเนิด และปฏิบัติตามกฎการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รูปที่ 5 อนุภาคกัมมันตภาพรังสีชนิดอัลฟ่าและเบต้า

ถึง ปริมาณพลังงานที่รังสีทั้งสามประเภทครอบครองก็แตกต่างกันเช่นกัน และฟลักซ์ของอนุภาคอัลฟาก็มีปริมาณมากที่สุด ตัวอย่างเช่น, พลังงานที่อนุภาคอัลฟ่าครอบครองนั้นมากกว่าพลังงานของอนุภาคบีตาถึงเจ็ดพันเท่า , เช่น. พลังทะลุทะลวง หลากหลายชนิดการแผ่รังสีจะแปรผกผันกับความสามารถในการทะลุทะลวง

ดี สำหรับร่างกายมนุษย์มากที่สุด ประเภทที่เป็นอันตรายการพิจารณารังสีกัมมันตภาพรังสี ควอนตัมแกมมา เนื่องจากพลังทะลุทะลวงสูง และจากนั้นจึงลดลงตามลำดับ อนุภาคบีตาและอนุภาคอัลฟา ดังนั้นจึงค่อนข้างยากที่จะระบุอนุภาคแอลฟา แม้ว่าจะเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกด้วยเครื่องนับทั่วไปก็ตาม ไกเกอร์-มุลเลอร์เนื่องจากวัตถุเกือบทุกชนิดเป็นอุปสรรคสำหรับพวกเขา ไม่ต้องพูดถึงภาชนะแก้วหรือโลหะ เป็นไปได้ที่จะตรวจจับอนุภาคบีตาด้วยตัวนับดังกล่าว แต่เฉพาะในกรณีที่พลังงานของพวกมันเพียงพอที่จะผ่านวัสดุของภาชนะบรรจุตัวนับเท่านั้น

สำหรับอนุภาคบีตาพลังงานต่ำ เครื่องนับไกเกอร์–มึลเลอร์แบบธรรมดาจะไม่มีประสิทธิภาพ

เกี่ยวกับ สถานการณ์คล้ายกับรังสีแกมมาซึ่งมีความเป็นไปได้ที่รังสีจะผ่านภาชนะโดยไม่เริ่มปฏิกิริยาไอออไนเซชัน ในการทำเช่นนี้มีการติดตั้งหน้าจอพิเศษ (ทำจากเหล็กหนาแน่นหรือตะกั่ว) ไว้ที่เคาน์เตอร์ซึ่งทำให้สามารถลดพลังงานของรังสีแกมมาและเปิดใช้งานการปล่อยประจุในห้องเคาน์เตอร์

ลักษณะพื้นฐานและความแตกต่างของเครื่องนับ Geiger–Müller

กับ นอกจากนี้ยังควรเน้นย้ำถึงคุณลักษณะพื้นฐานและความแตกต่างระหว่างเครื่องวัดปริมาณรังสีต่างๆ ที่ติดตั้งด้วย เคาน์เตอร์จำหน่ายก๊าซ Geiger-Muller. ในการทำเช่นนี้คุณควรเปรียบเทียบบางส่วน

มีการติดตั้งเครื่องนับ Geiger–Müller ทั่วไปไว้ด้วย ทรงกระบอกหรือ เซ็นเซอร์ปลาย. ทรงกระบอกมีลักษณะคล้ายกับทรงกระบอกเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าในรูปของท่อที่มีรัศมีเล็ก ห้องไอออไนซ์ส่วนปลายมีรูปร่างกลมหรือสี่เหลี่ยมขนาดเล็ก แต่มีพื้นผิวการทำงานส่วนปลายที่สำคัญ บางครั้งก็มีห้องท้ายหลายแบบที่มีท่อทรงกระบอกยาวและมีหน้าต่างทางเข้าเล็ก ๆ ที่ด้านท้าย การกำหนดค่าต่างๆตัวนับ กล่าวคือตัวกล้องเองสามารถบันทึกรังสีประเภทต่างๆ หรือการรวมกันได้ (เช่น การรวมกันของรังสีแกมมาและเบต้า หรือสเปกตรัมทั้งหมดของอัลฟา เบต้า และแกมมา) สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการออกแบบตัวเรือนมิเตอร์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษตลอดจนวัสดุที่ใช้ทำ

อี องค์ประกอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับการใช้งานมาตรวัดคือ พื้นที่ขององค์ประกอบการตรวจจับอินพุตและ พื้นที่ทำงาน . กล่าวอีกนัยหนึ่ง นี่คือภาคที่อนุภาคกัมมันตภาพรังสีที่เราสนใจจะเข้าไปและบันทึกผ่าน ยิ่งพื้นที่นี้ใหญ่ขึ้น ตัวนับก็จะสามารถจับอนุภาคได้มากขึ้น และความไวต่อรังสีก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ข้อมูลหนังสือเดินทางระบุพื้นที่ พื้นผิวการทำงานโดยทั่วไปมีหน่วยเป็นตารางเซนติเมตร

อี ตัวบ่งชี้สำคัญอีกประการหนึ่งที่ระบุในลักษณะของเครื่องวัดปริมาณรังสีคือ ขนาดเสียงรบกวน (วัดเป็นพัลส์ต่อวินาที) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตัวบ่งชี้นี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นค่าของพื้นหลังของมันเอง สามารถกำหนดได้ในห้องปฏิบัติการโดยการวางอุปกรณ์ไว้ในห้องหรือห้องที่มีการป้องกันอย่างดี โดยปกติจะมีผนังตะกั่วหนา และบันทึกระดับรังสีที่อุปกรณ์ปล่อยออกมา เป็นที่ชัดเจนว่าหากระดับดังกล่าวมีนัยสำคัญเพียงพอ สัญญาณรบกวนที่เหนี่ยวนำเหล่านี้จะส่งผลโดยตรงต่อข้อผิดพลาดในการวัด

ผู้เชี่ยวชาญและการฉายรังสีแต่ละคนมีลักษณะเฉพาะ เช่น ความไวของรังสี ซึ่งวัดเป็นพัลส์ต่อวินาที (imp/s) หรือเป็นพัลส์ต่อไมโครเรินต์เกน (imp/μR) พารามิเตอร์นี้หรือการใช้งานนั้นขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของการแผ่รังสีไอออไนซ์โดยตรงซึ่งตัวนับจะถูกปรับและเทียบกับการวัดเพิ่มเติมที่จะดำเนินการ บ่อยครั้งที่การปรับจูนทำได้โดยใช้แหล่งที่มีวัสดุกัมมันตภาพรังสี เช่น เรเดียม - 226, โคบอลต์ - 60, ซีเซียม - 137, คาร์บอน - 14 และอื่นๆ

อี ตัวบ่งชี้อีกประการหนึ่งที่ควรค่าแก่การเปรียบเทียบเครื่องวัดปริมาณรังสีคือ ประสิทธิภาพการตรวจจับรังสีไอออน หรืออนุภาคกัมมันตภาพรังสี การมีอยู่ของเกณฑ์นี้เกิดจากการที่อนุภาคกัมมันตภาพรังสีบางชนิดที่ผ่านองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของเครื่องวัดปริมาณรังสีจะไม่ได้รับการลงทะเบียน กรณีนี้อาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่ควอนตัมรังสีแกมมาไม่ก่อให้เกิดไอออนไนซ์ในห้องเคาน์เตอร์ หรือจำนวนอนุภาคที่ผ่านเข้าไปและทำให้เกิดการไอออนไนซ์และการคายประจุมีมากจนอุปกรณ์ไม่สามารถนับอนุภาคเหล่านั้นได้อย่างเพียงพอ และด้วยเหตุผลอื่นๆ บางประการ . เพื่อระบุคุณลักษณะของเครื่องวัดปริมาตรเฉพาะอย่างแม่นยำ จึงมีการทดสอบโดยใช้แหล่งกัมมันตรังสีบางชนิด เช่น พลูโทเนียม-239 (สำหรับอนุภาคอัลฟา) หรือแทลเลียม - 204, สตรอนเซียม - 90, อิตเทรียม - 90 (ตัวปล่อยเบต้า) รวมถึง วัสดุกัมมันตภาพรังสีอื่น ๆ

กับ เกณฑ์ต่อไปที่ต้องมุ่งเน้นคือ ช่วงของพลังงานที่บันทึกไว้ . อนุภาคกัมมันตภาพรังสีหรือควอนตัมของรังสีใด ๆ มีลักษณะพลังงานที่แตกต่างกัน ดังนั้น โดมิเตอร์จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดไม่เพียงแต่เฉพาะประเภทของรังสีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลักษณะพลังงานที่สอดคล้องกันด้วย ตัวบ่งชี้นี้วัดเป็นเมกะอิเล็กตรอนโวลต์หรือกิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV, KeV) ตัวอย่างเช่น หากอนุภาคบีตามีพลังงานไม่เพียงพอ พวกมันจะไม่สามารถทำให้อิเล็กตรอนในห้องเคาน์เตอร์แตกได้ และดังนั้นจึงไม่ถูกตรวจจับ หรือมีเพียงอนุภาคอัลฟ่าพลังงานสูงเท่านั้นที่จะสามารถทะลุผ่านวัสดุได้ ของตัวเรือนเคาน์เตอร์ไกเกอร์-มึลเลอร์และทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกไป

และ จากที่กล่าวมาทั้งหมด ผู้ผลิตที่ทันสมัยเครื่องวัดปริมาณรังสีผลิตอุปกรณ์ได้หลากหลายเพื่อวัตถุประสงค์และอุตสาหกรรมเฉพาะต่างๆ ดังนั้นจึงควรพิจารณาเครื่องนับไกเกอร์บางประเภทโดยเฉพาะ

เครื่องนับ Geiger–Muller หลายรุ่น

ป เครื่องวัดปริมาตรเวอร์ชันแรกเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อลงทะเบียนและตรวจจับโฟตอนแกมมาและรังสีบีตาความถี่สูง (แข็ง) เกือบทั้งหมดที่ผลิตก่อนหน้านี้และสมัยใหม่ทั้งของใช้ในครัวเรือนเช่น: และเครื่องวัดปริมาณรังสีระดับมืออาชีพเช่น: ได้รับการออกแบบมาสำหรับช่วงการวัดนี้ การแผ่รังสีดังกล่าวมีพลังงานเพียงพอและมีกำลังทะลุทะลวงสูงเพื่อให้กล้องนับของไกเกอร์บันทึกได้ อนุภาคและโฟตอนดังกล่าวทะลุผนังของเคาน์เตอร์ได้ง่ายและทำให้เกิดกระบวนการไอออไนเซชัน และบันทึกได้อย่างง่ายดายด้วยการเติมเครื่องวัดปริมาตรทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สอดคล้องกัน

ดี เคาน์เตอร์ยอดนิยมเช่น SBM-20 โดยมีเซ็นเซอร์ในรูปของท่อบอลลูนทรงกระบอกที่มีแคโทดและแอโนดของลวดโคแอกเชียล นอกจากนี้ ผนังของท่อเซ็นเซอร์ยังทำหน้าที่เป็นทั้งแคโทดและตัวเรือน และทำจากสแตนเลส ตัวนับนี้มีลักษณะดังต่อไปนี้:

• พื้นที่ทำงานขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนคือ 8 ตารางเซนติเมตร
• ความไวของรังสีต่อรังสีแกมมาคือประมาณ 280 พัลส์/วินาที หรือ 70 พัลส์/μR (ทำการทดสอบซีเซียม - 137 ที่ 4 μR/s)
• พื้นหลังของเครื่องวัดปริมาตรจะอยู่ที่ประมาณ 1 พัลส์/วินาที;
• เซ็นเซอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อบันทึกรังสีแกมมาด้วยพลังงานในช่วงตั้งแต่ 0.05 MeV ถึง 3 MeV และอนุภาคบีตาที่มีพลังงาน 0.3 MeV ที่ขีดจำกัดล่าง

รูปที่ 6. เครื่องนับไกเกอร์ SBM-20

ยู มีการปรับเปลี่ยนตัวนับนี้หลายอย่าง เช่น SBM-20-1 หรือ SBM-20U ซึ่งมีลักษณะคล้ายกัน แต่แตกต่างกันในการออกแบบพื้นฐานขององค์ประกอบหน้าสัมผัสและวงจรการวัด การดัดแปลงอื่น ๆ ของตัวนับ Geiger-Müller และเหล่านี้คือ SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG ก็มีพารามิเตอร์ที่คล้ายกันเช่นกัน ซึ่งส่วนใหญ่พบได้ในเครื่องวัดปริมาณรังสีในครัวเรือนซึ่งสามารถพบได้ในร้านค้าในปัจจุบัน .

กับ เครื่องวัดปริมาณรังสีกลุ่มถัดไปได้รับการออกแบบเพื่อลงทะเบียน โฟตอนแกมมาและรังสีเอกซ์ . หากเราพูดถึงความแม่นยำของอุปกรณ์ดังกล่าว ก็ควรเข้าใจว่ารังสีโฟตอนและแกมมาเป็นปริมาณรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง (ประมาณ 300,000 กม./วินาที) ดังนั้นการลงทะเบียนวัตถุดังกล่าวจึงดูเหมือนจะค่อนข้างยาก งาน.

ประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องนับไกเกอร์ดังกล่าวคือประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์

ชม หากต้องการเพิ่มขึ้นจำเป็นต้องเพิ่มพื้นผิวแคโทด ในความเป็นจริง รังสีแกมมาจะถูกบันทึกทางอ้อม เนื่องจากอิเล็กตรอนที่พวกมันทำให้กระเด็นออกมา ซึ่งต่อมามีส่วนร่วมในการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซเฉื่อย เพื่อส่งเสริมปรากฏการณ์นี้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จึงได้คัดเลือกวัสดุและความหนาของผนังห้องเคาน์เตอร์ ตลอดจนขนาด ความหนา และวัสดุของแคโทดเป็นพิเศษ ที่นี่ ความหนาและความหนาแน่นสูงของวัสดุสามารถลดความไวของห้องบันทึกเสียงได้ และน้อยเกินไปจะทำให้รังสีบีตาความถี่สูงเข้าไปในห้องได้ง่าย และยังจะเพิ่มปริมาณสัญญาณรบกวนของรังสีตามธรรมชาติต่ออุปกรณ์ด้วย ซึ่ง จะทำให้ความแม่นยำในการกำหนดแกมมาควอนต้าหายไป โดยธรรมชาติแล้วผู้ผลิตจะเลือกสัดส่วนที่แน่นอน ตามหลักการนี้ เครื่องวัดปริมาณรังสีถูกผลิตขึ้นโดยใช้พื้นฐาน เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ สำหรับ คำจำกัดความโดยตรงรังสีแกมมาในพื้นที่ในขณะที่อุปกรณ์ดังกล่าวไม่รวมความเป็นไปได้ในการกำหนดรังสีและการสัมผัสกัมมันตภาพรังสีประเภทอื่น ๆ ซึ่งช่วยให้คุณระบุการปนเปื้อนและระดับรังสีได้อย่างแม่นยำ ผลกระทบเชิงลบต่อคนเท่านั้นสำหรับรังสีแกมมา

ใน ในเครื่องวัดปริมาตรในประเทศซึ่งติดตั้งเซ็นเซอร์ทรงกระบอกมีการติดตั้งประเภทต่อไปนี้: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 และอื่น ๆ อีกมากมาย . นอกจากนี้ ในบางประเภท จะมีการติดตั้งตัวกรองพิเศษไว้ที่หน้าต่างอินพุต สิ้นสุด หน้าต่างละเอียดอ่อน ซึ่งทำหน้าที่ตัดอนุภาคอัลฟ่าและเบตาโดยเฉพาะ และยังเพิ่มพื้นที่แคโทดเพิ่มเติมเพื่อการตรวจวัดรังสีแกมมาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เซ็นเซอร์ดังกล่าว ได้แก่ Beta - 1M, Beta - 2M, Beta - 5M, Gamma - 6, Beta - 6M และอื่น ๆ

ชม เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ควรพิจารณาตัวนับตัวใดตัวหนึ่งเหล่านี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น เครื่องนับปลายพร้อมเซนเซอร์ เบต้า – 2M ซึ่งมี รูปร่างโค้งมนหน้าต่างทำงานประมาณ 14 ตารางเซนติเมตร ในกรณีนี้ ความไวของรังสีต่อโคบอลต์-60 จะอยู่ที่ประมาณ 240 พัลส์/ไมโครอาร์ ประเภทนี้มิเตอร์มีเสียงรบกวนต่ำมาก ซึ่งไม่เกิน 1 พัลส์ต่อวินาที สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากห้องตะกั่วที่มีผนังหนา ซึ่งในทางกลับกัน ได้รับการออกแบบมาเพื่อบันทึกการแผ่รังสีโฟตอนด้วยพลังงานในช่วงตั้งแต่ 0.05 MeV ถึง 3 MeV

รูปที่ 7 สิ้นสุดตัวนับแกมม่า Beta-2M

ในการหาค่ารังสีแกมมา ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้ตัวนับพัลส์แกมมา-เบตา ซึ่งออกแบบมาเพื่อบันทึกอนุภาคบีตาแข็ง (ความถี่สูงและพลังงานสูง) และควอนตาแกมมา ตัวอย่างเช่น รุ่น SBM - 20 หากในแบบจำลองเครื่องวัดปริมาตรนี้คุณต้องการยกเว้นการลงทะเบียนอนุภาคบีตา ในการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะติดตั้งตะแกรงตะกั่วหรือเกราะที่ทำจากวัสดุโลหะอื่น ๆ (ตะแกรงตะกั่วคือ มีประสิทธิภาพมากขึ้น) นี่เป็นวิธีการทั่วไปที่นักพัฒนาส่วนใหญ่ใช้เมื่อสร้างเครื่องนับแกมมาและเอ็กซเรย์

การลงทะเบียนรังสีบีตาแบบอ่อน

ถึง ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว การลงทะเบียนรังสีเบตาอ่อน (การแผ่รังสีที่มีคุณสมบัติพลังงานต่ำและมีความถี่ค่อนข้างต่ำ) ถือเป็นงานที่ค่อนข้างยาก ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องแน่ใจว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเจาะเข้าไปในห้องทะเบียนได้ง่ายขึ้น เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ หน้าต่างการทำงานบางพิเศษถูกสร้างขึ้นโดยปกติจากไมกาหรือฟิล์มโพลีเมอร์ ซึ่งแทบจะไม่สร้างอุปสรรคต่อการแทรกซึมของรังสีบีตาประเภทนี้เข้าไปในห้องไอออไนซ์ ในกรณีนี้ ตัวเซ็นเซอร์สามารถทำหน้าที่เป็นแคโทดได้ และแอโนดเป็นระบบของอิเล็กโทรดเชิงเส้นที่มีการกระจายเท่าๆ กันและติดตั้งบนฉนวน หน้าต่างการลงทะเบียนถูกสร้างขึ้นในเวอร์ชันสุดท้าย และในกรณีนี้ มีเพียงฟิล์มไมกาบางๆ เท่านั้นที่จะขวางทางอนุภาคบีตาได้ ในเครื่องวัดปริมาตรที่มีตัวนับดังกล่าว รังสีแกมมาจะถูกบันทึกเป็นแอปพลิเคชันและในความเป็นจริงเป็นคุณสมบัติเพิ่มเติม และถ้าคุณต้องการกำจัดรังสีแกมมาการลงทะเบียนก็จำเป็นต้องลดพื้นผิวแคโทดให้เหลือน้อยที่สุด

รูปที่ 8. อุปกรณ์ของเครื่องนับไกเกอร์แบบติดตั้งปลาย

กับ เป็นที่น่าสังเกตว่าตัวนับสำหรับการพิจารณาอนุภาคเบตาอ่อนนั้นถูกสร้างขึ้นเมื่อนานมาแล้วและถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ผ่านมา ในหมู่พวกเขาที่พบมากที่สุดคือเซ็นเซอร์เช่น เอสบีที10 และ SI8B ซึ่งมีหน้าต่างทำงานไมก้าผนังบาง มากกว่า รุ่นที่ทันสมัยอุปกรณ์ดังกล่าว เบต้า-5มีพื้นที่หน้าต่างใช้งานประมาณ 37 ตร.ซม. ทรงสี่เหลี่ยมทำจากวัสดุไมกา สำหรับขนาดขององค์ประกอบที่มีความละเอียดอ่อนดังกล่าว อุปกรณ์สามารถลงทะเบียนได้ประมาณ 500 พัลส์/μR หากวัดด้วยโคบอลต์ - 60 ในเวลาเดียวกัน ประสิทธิภาพการตรวจจับอนุภาคจะสูงถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ตัวบ่งชี้อื่นๆ ของอุปกรณ์นี้มีดังนี้: สัญญาณรบกวนของตัวเองคือ 2.2 พัลส์/วินาที ช่วงการตรวจจับพลังงานอยู่ที่ 0.05 ถึง 3 MeV ในขณะที่เกณฑ์ขั้นต่ำในการพิจารณารังสีเบตาอ่อนคือ 0.1 MeV

รูปที่ 9. จบตัวนับเบต้าแกมมาเบต้า-5

และ โดยธรรมชาติแล้วมันก็คุ้มค่าที่จะกล่าวถึง เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์, สามารถตรวจจับอนุภาคแอลฟาได้ หากการลงทะเบียนรังสีบีตาอ่อนดูเหมือนจะเป็นงานที่ค่อนข้างยาก การตรวจจับอนุภาคแอลฟา แม้แต่อนุภาคที่มีตัวบ่งชี้พลังงานสูงก็ยังยากยิ่งกว่านั้นอีก งานที่ยากลำบาก. ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการลดความหนาของหน้าต่างการทำงานให้เหลือความหนาเพียงพอสำหรับการผ่านของอนุภาคอัลฟ่าเข้าไปในห้องบันทึกของเซ็นเซอร์ เช่นเดียวกับการนำหน้าต่างอินพุตเข้าใกล้เซ็นเซอร์เกือบทั้งหมด แหล่งกำเนิดรังสีอนุภาคแอลฟา ระยะนี้ควรเป็น 1 มม. เป็นที่ชัดเจนว่าอุปกรณ์ดังกล่าวจะบันทึกรังสีประเภทอื่นโดยอัตโนมัติและยิ่งไปกว่านั้นก็เพียงพอแล้ว ประสิทธิภาพสูง. เรื่องนี้มีทั้งด้านบวกและด้านลบ:

เชิงบวก – อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์รังสีกัมมันตรังสีได้หลากหลายที่สุด

เชิงลบ – เนื่องจากความไวที่เพิ่มขึ้น จึงทำให้เกิดสัญญาณรบกวนจำนวนมาก ซึ่งจะทำให้การวิเคราะห์ข้อมูลการลงทะเบียนที่ได้รับมีความซับซ้อน

ถึง นอกจากนี้หน้าต่างการทำงานของไมกาที่บางเกินไปถึงแม้ว่ามันจะเพิ่มความสามารถของมิเตอร์ แต่ก็ส่งผลเสียต่อ ความแข็งแรงทางกลและความแน่นของห้องไอออไนซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากตัวหน้าต่างมีพื้นที่ผิวการทำงานค่อนข้างใหญ่ สำหรับการเปรียบเทียบ ในเคาน์เตอร์ SBT10 และ SI8B ที่เรากล่าวถึงข้างต้น โดยมีพื้นที่หน้าต่างการทำงานประมาณ 30 ตร.ซม./ซม. ความหนาของชั้นไมกาคือ 13 - 17 ไมครอน และด้วย ความหนาที่ต้องการในการลงทะเบียนอนุภาคอัลฟ่าขนาด 4-5 ไมครอน หน้าต่างอินพุตสามารถทำได้ไม่เกิน 0.2 ตร.ซม./ซม. เรากำลังพูดถึงตัวนับ SBT9

เกี่ยวกับ อย่างไรก็ตาม ความหนาขนาดใหญ่ของหน้าต่างการทำงานการลงทะเบียนสามารถชดเชยได้ด้วยความใกล้ชิดกับวัตถุกัมมันตภาพรังสี และในทางกลับกัน ด้วยความหนาของหน้าต่างไมกาที่ค่อนข้างเล็ก ก็เป็นไปได้ที่จะลงทะเบียนอนุภาคอัลฟ่าที่ระยะห่างมากกว่า 1 - 2 มม. ควรยกตัวอย่าง: ด้วยความหนาของหน้าต่างสูงถึง 15 ไมครอน วิธีการเข้าใกล้แหล่งกำเนิดรังสีอัลฟ่าควรน้อยกว่า 2 มม. ในขณะที่แหล่งกำเนิดของอนุภาคอัลฟ่าเข้าใจว่าเป็นตัวปล่อยพลูโตเนียม-239 ที่มีรังสี พลังงาน 5 MeV มาต่อกันที่ความหนาของหน้าต่างอินพุตสูงสุด 10 ไมครอน สามารถบันทึกอนุภาคอัลฟ่าที่ระยะห่างสูงสุด 13 มม. ถ้าเราสร้างหน้าต่างไมกาที่มีความหนาสูงสุด 5 ไมครอน จากนั้นรังสีอัลฟ่าจะถูกบันทึกที่ ระยะห่าง 24 มม. เป็นต้น พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่ส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการตรวจจับอนุภาคอัลฟ่าก็คือตัวบ่งชี้พลังงาน หากพลังงานของอนุภาคอัลฟ่ามากกว่า 5 MeV ระยะห่างการลงทะเบียนสำหรับความหนาของหน้าต่างการทำงานของประเภทใด ๆ จะเพิ่มขึ้นตามลำดับ และหากพลังงานน้อยลง ระยะห่างจะต้องลดลงจนเป็นไปไม่ได้เลย ของการลงทะเบียนรังสีอัลฟ่าอ่อน

อี จุดสำคัญอีกประการหนึ่งที่ทำให้สามารถเพิ่มความไวของตัวนับอัลฟาได้คือการลดความสามารถในการบันทึกรังสีแกมมา ในการทำเช่นนี้ ก็เพียงพอที่จะลดขนาดทางเรขาคณิตของแคโทดให้เหลือน้อยที่สุด และโฟตอนแกมมาจะผ่านห้องบันทึกเสียงโดยไม่ก่อให้เกิดไอออนไนซ์ การวัดนี้ทำให้สามารถลดอิทธิพลของรังสีแกมมาที่มีต่อการแตกตัวเป็นไอออนได้นับพันหรือหลายหมื่นครั้ง ไม่สามารถกำจัดอิทธิพลของรังสีเบต้าในห้องบันทึกเสียงได้อีกต่อไป แต่มีวิธีที่ค่อนข้างง่ายในการออกจากสถานการณ์นี้ ขั้นแรก รังสีอัลฟ่าและเบต้าของประเภททั้งหมดจะถูกบันทึก จากนั้นจึงติดตั้งตัวกรองกระดาษหนา และทำการวัดครั้งที่สอง ซึ่งจะบันทึกเฉพาะอนุภาคบีตาเท่านั้น ปริมาณรังสีอัลฟ่าในกรณีนี้คำนวณจากความแตกต่างระหว่างรังสีทั้งหมดกับตัวบ่งชี้การคำนวณแยกต่างหากสำหรับรังสีบีตา

ตัวอย่างเช่น คุ้มค่าที่จะเสนอคุณลักษณะของตัวนับ Beta-1 สมัยใหม่ซึ่งช่วยให้คุณสามารถบันทึกรังสีอัลฟ่าเบต้าและแกมมาได้ เหล่านี้คือตัวชี้วัด:

• พื้นที่ทำงานขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนคือ 7 ตร.ม. / ซม.
• ความหนาของชั้นไมกาคือ 12 ไมครอน (ระยะการตรวจจับที่มีประสิทธิภาพของอนุภาคอัลฟ่าสำหรับพลูโทเนียมคือ 239 หรือประมาณ 9 มม. สำหรับโคบอลต์ - 60 ความไวของรังสีจะทำได้ตามลำดับ 144 พัลส์/μR)
• ประสิทธิภาพการวัดรังสีสำหรับอนุภาคอัลฟ่า - 20% (สำหรับพลูโทเนียม - 239), อนุภาคบีตา - 45% (สำหรับแทลเลียม -204) และแกมมาควอนต้า - 60% (สำหรับองค์ประกอบสตรอนเซียม - 90, อิตเทรียม - 90)
• พื้นหลังของเครื่องวัดปริมาตรคือประมาณ 0.6 พัลส์/วินาที;
• เซ็นเซอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อบันทึกรังสีแกมมาด้วยพลังงานในช่วง 0.05 MeV ถึง 3 MeV และอนุภาคบีตาที่มีพลังงานมากกว่า 0.1 MeV ที่ขีดจำกัดล่าง และอนุภาคอัลฟาที่มีพลังงาน 5 MeV หรือมากกว่า

มะเดื่อ 10. เครื่องนับอัลฟ่า-เบต้า-แกมมาแบบติดตั้งปลาย Beta-1

ถึง แน่นอนว่ายังมีเคาน์เตอร์อีกหลายรุ่นที่ออกแบบมาสำหรับพื้นที่แคบและ การใช้งานระดับมืออาชีพ. อุปกรณ์ดังกล่าวมีการตั้งค่าและตัวเลือกเพิ่มเติมมากมาย (ไฟฟ้า เครื่องกล รังสีเมตริก ภูมิอากาศ ฯลฯ) ซึ่งรวมถึงข้อกำหนดและความสามารถพิเศษมากมาย อย่างไรก็ตามเราจะไม่มุ่งความสนใจไปที่สิ่งเหล่านั้น ท้ายที่สุดเพื่อทำความเข้าใจหลักการพื้นฐานของการกระทำ เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ รุ่นที่อธิบายไว้ข้างต้นก็เพียงพอแล้ว

ใน สิ่งสำคัญที่ต้องพูดถึงคือมีคลาสย่อยพิเศษ เคาน์เตอร์ไกเกอร์ ซึ่งได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อกำหนด หลากหลายชนิดรังสีอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เพื่อกำหนดปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลต เพื่อลงทะเบียนและกำหนดนิวตรอนช้าที่ทำงานบนหลักการของการปล่อยโคโรนา และตัวเลือกอื่นๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับหัวข้อนี้จะไม่ได้รับการพิจารณา

ไม่ว่าเราจะชอบหรือไม่ก็ตาม รังสีก็เข้ามาในชีวิตเราอย่างมั่นคงและจะไม่หายไป เราต้องเรียนรู้ที่จะอยู่กับปรากฏการณ์นี้ซึ่งทั้งมีประโยชน์และอันตราย การแผ่รังสีแสดงให้เห็นว่าเป็นรังสีที่มองไม่เห็นและมองไม่เห็น และหากไม่มีอุปกรณ์พิเศษก็ไม่สามารถตรวจจับได้

ประวัติรังสีเล็กน้อย

รังสีเอกซ์ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2438 หนึ่งปีต่อมา มีการค้นพบกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมซึ่งเกี่ยวข้องกับรังสีเอกซ์ด้วย นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าพวกเขากำลังเผชิญกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติใหม่ที่ไม่มีใครพบเห็นมาจนบัดนี้ เป็นที่น่าสนใจที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์รังสีเมื่อหลายปีก่อน แต่ก็ไม่ได้มีความสำคัญอะไรกับมัน แม้ว่านิโคลา เทสลาและคนงานคนอื่น ๆ ในห้องปฏิบัติการของเอดิสันก็ได้รับแผลไหม้จากรังสีเอกซ์เช่นกัน ความเสียหายต่อสุขภาพนั้นเกิดจากสิ่งใดสิ่งหนึ่ง แต่ไม่ใช่จากรังสี ซึ่งสิ่งมีชีวิตไม่เคยพบเห็นในปริมาณดังกล่าว ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 บทความเริ่มปรากฏเกี่ยวกับผลร้ายของรังสีต่อสัตว์ เรื่องนี้ก็ไม่ได้ให้ความสำคัญใดๆ เช่นกัน จนกระทั่งมีเรื่องราวอันน่าตื่นเต้นกับ "สาวเรเดียม" ซึ่งเป็นคนงานในโรงงานที่ผลิตนาฬิกาเรืองแสง พวกเขาเพียงแค่ทำให้แปรงเปียกด้วยปลายลิ้น ชะตากรรมอันเลวร้ายของบางคนไม่ได้ถูกตีพิมพ์ด้วยเหตุผลทางจริยธรรมและยังคงเป็นการทดสอบสำหรับประสาทที่แข็งแกร่งของแพทย์เท่านั้น

ในปี 1939 นักฟิสิกส์ Lise Meitner ซึ่งร่วมกับ Otto Hahn และ Fritz Strassmann เป็นของคนที่เป็นคนแรกในโลกที่แบ่งนิวเคลียสยูเรเนียม ได้โพล่งออกมาโดยไม่ได้ตั้งใจเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาลูกโซ่ และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ปฏิกิริยาลูกโซ่ของแนวคิดเกี่ยวกับการสร้างระเบิดเริ่มต้นขึ้น กล่าวคือระเบิด ไม่ใช่ "อะตอมที่สงบสุข" เลย ซึ่งแน่นอนว่านักการเมืองผู้กระหายเลือดแห่งศตวรรษที่ 20 จะไม่ให้เงินสักบาทเดียว บรรดาผู้ที่ "รู้" รู้อยู่แล้วว่าสิ่งนี้จะนำไปสู่อะไร และการแข่งขันด้านอาวุธปรมาณูก็เริ่มต้นขึ้น

ตัวนับ Geiger-Müller ปรากฏอย่างไร

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Hans Geiger ซึ่งทำงานในห้องปฏิบัติการของ Ernst Rutherford ในปี 1908 ได้เสนอหลักการทำงานของเครื่องนับ "อนุภาคที่มีประจุ" ดังนี้ การพัฒนาต่อไปห้องไอออไนซ์ที่รู้จักกันดีอยู่แล้วซึ่งเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่เต็มไปด้วยก๊าซที่ความดันต่ำ ปิแอร์ กูรีใช้ในปี พ.ศ. 2438 เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของก๊าซ ไกเกอร์มีแนวคิดที่จะใช้มันเพื่อตรวจจับรังสีไอออไนซ์ได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากการแผ่รังสีเหล่านี้มีผลโดยตรงต่อระดับไอออไนซ์ของก๊าซ

ในปี 1928 วอลเตอร์ มุลเลอร์ ภายใต้การนำของไกเกอร์ ได้สร้างเครื่องนับรังสีหลายประเภทที่ออกแบบมาเพื่อบันทึกอนุภาคไอออไนซ์ต่างๆ การสร้างตัวนับนั้นมีความจำเป็นเร่งด่วนมากโดยที่ไม่สามารถทำการศึกษาวัสดุกัมมันตภาพรังสีต่อไปได้เนื่องจากฟิสิกส์ในฐานะวิทยาศาสตร์เชิงทดลองนั้นคิดไม่ถึงหากไม่มี เครื่องมือวัด. ไกเกอร์และมึลเลอร์ตั้งใจทำงานเพื่อสร้างตัวนับที่ไวต่อรังสีแต่ละประเภทที่ถูกค้นพบ: α, β และ γ (นิวตรอนถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2475 เท่านั้น)

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเครื่องตรวจจับรังสีที่เรียบง่าย เชื่อถือได้ ราคาถูก และใช้งานได้จริง แม้ว่าจะไม่ใช่เครื่องมือที่แม่นยำที่สุดสำหรับการศึกษาอนุภาคหรือรังสีประเภทใดประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ แต่ก็เหมาะอย่างยิ่งที่จะเป็นเครื่องมือสำหรับการวัดความเข้มของรังสีไอออไนซ์โดยทั่วไป และเมื่อใช้ร่วมกับเครื่องตรวจจับอื่นๆ นักฟิสิกส์ก็ใช้เพื่อการวัดที่แม่นยำระหว่างการทดลอง

รังสีไอออไนซ์

เพื่อให้เข้าใจการทำงานของเครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ได้ดีขึ้น ความเข้าใจเกี่ยวกับการแผ่รังสีโดยทั่วไปจะเป็นประโยชน์ ตามคำจำกัดความ สิ่งเหล่านี้รวมถึงสิ่งใดก็ตามที่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของสารได้ อยู่ในสภาพดี. สิ่งนี้ต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่น คลื่นวิทยุหรือแม้แต่แสงอัลตราไวโอเลตจะไม่ทำให้เกิดรังสี เส้นขอบเริ่มต้นด้วย "รังสีอัลตราไวโอเลตแข็ง" หรือที่เรียกว่า "soft x-ray" ประเภทนี้เป็นรังสีชนิดโฟตอน โฟตอนพลังงานสูงมักเรียกว่าแกมมาควอนต้า

Ernst Rutherford เป็นคนแรกที่แบ่งรังสีไอออไนซ์ออกเป็นสามประเภท ซึ่งดำเนินการในการตั้งค่าการทดลองโดยใช้สนามแม่เหล็กในสุญญากาศ ต่อมาปรากฎว่านี่คือ:

α - นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม
β - อิเล็กตรอนพลังงานสูง
γ - แกมมาควอนต้า (โฟตอน)

ต่อมามีการค้นพบนิวตรอน อนุภาคอัลฟ่าถูกบล็อกได้ง่ายแม้กระทั่งด้วยกระดาษธรรมดา อนุภาคบีตามีพลังทะลุทะลวงมากกว่าเล็กน้อย และรังสีแกมมามีพลังงานทะลุทะลวงสูงสุด นิวตรอนเป็นสิ่งที่อันตรายที่สุด (ในระยะไกลหลายสิบเมตรในอากาศ!) เนื่องจากความเป็นกลางทางไฟฟ้า พวกมันจึงไม่ทำปฏิกิริยากับเปลือกอิเล็กตรอนของโมเลกุลของสาร แต่เมื่อพวกเขาเข้าไปในนิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีความน่าจะเป็นที่ค่อนข้างสูงพวกมันจะนำไปสู่ความไม่เสถียรและการสลายตัวของมันตามกฎแล้วการก่อตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี และในทางกลับกันพวกมันก็สลายตัวไปจนกลายเป็น "ช่อ" ของการแผ่รังสีไอออไนซ์ทั้งหมด สิ่งที่แย่ที่สุดคือวัตถุที่ได้รับรังสีหรือสิ่งมีชีวิตนั้นกลายเป็นแหล่งกำเนิดรังสีเป็นเวลาหลายชั่วโมงและหลายวัน

การออกแบบเครื่องนับ Geiger-Muller และหลักการทำงานของเครื่อง

เครื่องนับปล่อยก๊าซไกเกอร์-มุลเลอร์มักจะทำในรูปแบบของท่อ แก้ว หรือโลหะที่ปิดสนิท ซึ่งอากาศจะถูกอพยพออกไป และแทนที่จะเติมก๊าซเฉื่อย (นีออนหรืออาร์กอน หรือส่วนผสมของทั้งสองอย่าง) ภายใต้แรงดันต่ำ โดยมีส่วนผสมของฮาโลเจนหรือแอลกอฮอล์ ลวดเส้นเล็กถูกยืดไปตามแกนของท่อและมีกระบอกโลหะอยู่ในแนวโคแอกเซียลด้วย ทั้งท่อและลวดเป็นอิเล็กโทรด: ท่อเป็นแคโทด และลวดเป็นขั้วบวก ลบจากแหล่งจ่ายแรงดันคงที่เชื่อมต่อกับแคโทดและบวกจากแหล่งจ่ายแรงดันคงที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกผ่านความต้านทานคงที่ขนาดใหญ่ ในทางไฟฟ้าจะได้รับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่จุดกึ่งกลางซึ่ง (ทางแยกของความต้านทานและขั้วบวกของมิเตอร์) แรงดันไฟฟ้าเกือบจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิด โดยปกติจะเป็นหลายร้อยโวลต์

เมื่ออนุภาคไอออไนซ์บินผ่านท่อ อะตอมของก๊าซเฉื่อยซึ่งอยู่ในสนามไฟฟ้าความเข้มสูงอยู่แล้ว จะเกิดการชนกับอนุภาคนี้ พลังงานที่อนุภาคปล่อยออกมาระหว่างการชนนั้นเพียงพอที่จะแยกอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของก๊าซได้ อิเล็กตรอนทุติยภูมิที่เกิดขึ้นนั้นสามารถสร้างการชนกันใหม่ได้ดังนั้นจึงได้รับอิเล็กตรอนและไอออนจำนวนมาก ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะถูกเร่งไปทางขั้วบวก และไอออนของก๊าซที่มีประจุบวกจะถูกเร่งไปทางแคโทดของหลอด จึงมีเกิดขึ้น ไฟฟ้า. แต่เนื่องจากพลังงานของอนุภาคถูกใช้ไปในการชนแล้วทั้งหมดหรือบางส่วน (อนุภาคบินผ่านท่อ) การจัดหาอะตอมของก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนก็สิ้นสุดลงเช่นกันซึ่งเป็นที่พึงปรารถนาและมั่นใจได้ด้วยมาตรการเพิ่มเติมบางอย่างซึ่งเราจะพูดถึง เกี่ยวกับการวิเคราะห์พารามิเตอร์ของตัวนับ

เมื่ออนุภาคที่มีประจุเข้าสู่เครื่องนับ Geiger-Muller เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ความต้านทานของท่อจะลดลง และด้วยแรงดันไฟฟ้าที่จุดกึ่งกลางของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ซึ่งได้กล่าวไว้ข้างต้น จากนั้นความต้านทานของท่อจะถูกคืนค่าเนื่องจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นและแรงดันไฟฟ้าก็กลับมาเหมือนเดิมอีกครั้ง ดังนั้นเราจึงได้พัลส์แรงดันลบ โดยการนับแรงกระตุ้น เราสามารถประมาณจำนวนอนุภาคที่ผ่านไปได้ ความแรงของสนามไฟฟ้าจะสูงเป็นพิเศษใกล้กับขั้วบวกเนื่องจากมีขนาดที่เล็ก ซึ่งทำให้ตัวนับไวต่อการสัมผัสมากขึ้น

การออกแบบเคาน์เตอร์ Geiger-Muller

เคาน์เตอร์ Geiger-Muller สมัยใหม่มีให้เลือกสองรุ่นหลัก: "คลาสสิก" และแบบเรียบ เคาน์เตอร์คลาสสิกทำจากท่อโลหะผนังบางพร้อมลอน พื้นผิวลูกฟูกของมิเตอร์ทำให้ท่อมีความแข็ง ทนทานต่อแรงดันบรรยากาศภายนอก และไม่อนุญาตให้เกิดรอยยับภายใต้อิทธิพลของมัน ที่ปลายท่อจะมีฉนวนปิดผนึกที่ทำจากแก้วหรือพลาสติกเทอร์โมเซตติง นอกจากนี้ยังมีฝาปิดขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อกับวงจรอุปกรณ์อีกด้วย ท่อถูกทำเครื่องหมายและเคลือบด้วยสารเคลือบเงาฉนวนที่ทนทานซึ่งแน่นอนว่าไม่รวมถึงขั้วต่อด้วย นอกจากนี้ยังระบุขั้วของขั้วต่อด้วย นี่คือตัวนับสากลสำหรับรังสีไอออไนซ์ทุกประเภท โดยเฉพาะเบต้าและแกมมา

ตัวนับที่ไวต่อรังสี β แบบอ่อนนั้นทำแตกต่างกัน เนื่องจากอนุภาคบีตามีช่วงสั้น พวกมันจึงต้องถูกทำให้แบน โดยมีหน้าต่างไมกาที่ปิดกั้นรังสีบีตาได้เล็กน้อย หนึ่งในตัวเลือกสำหรับตัวนับดังกล่าวคือเซ็นเซอร์รังสี เบต้า-2. คุณสมบัติอื่น ๆ ทั้งหมดของมิเตอร์นั้นพิจารณาจากวัสดุที่ใช้ทำ

เครื่องนับที่ออกแบบมาเพื่อบันทึกรังสีแกมมาประกอบด้วยแคโทดที่ทำจากโลหะซึ่งมีประจุสูง หรือเคลือบด้วยโลหะดังกล่าว ก๊าซถูกไอออนไนซ์ได้ไม่ดีนักโดยโฟตอนแกมมา แต่โฟตอนแกมมาสามารถกำจัดอิเล็กตรอนทุติยภูมิจำนวนมากออกจากแคโทดได้หากเลือกอย่างเหมาะสม ตัวนับไกเกอร์-มุลเลอร์สำหรับอนุภาคบีตาถูกสร้างขึ้นด้วยหน้าต่างบางๆ เพื่อให้ส่งผ่านอนุภาคได้ดีขึ้น เนื่องจากเป็นอิเล็กตรอนธรรมดาที่เพิ่งได้รับพลังงานมากขึ้น พวกมันโต้ตอบกับสสารได้เป็นอย่างดีและสูญเสียพลังงานนี้ไปอย่างรวดเร็ว

ในกรณีของอนุภาคอัลฟ่า สถานการณ์จะยิ่งแย่ลงไปอีก ดังนั้น แม้จะมีพลังงานที่เหมาะสมมาก ตามคำสั่งของ MeV หลายตัว อนุภาคอัลฟาจะมีปฏิกิริยารุนแรงกับโมเลกุลที่ขวางทางและสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว หากเปรียบเทียบสสารกับป่า และเปรียบเทียบอิเล็กตรอนกับกระสุน อนุภาคอัลฟ่าจะต้องถูกเปรียบเทียบกับรถถังที่พุ่งทะลุป่า อย่างไรก็ตาม ตัวนับแบบทั่วไปตอบสนองต่อรังสี α ได้ดี แต่มีระยะห่างไม่เกินหลายเซนติเมตรเท่านั้น

สำหรับการประเมินระดับรังสีไอออไนซ์ตามวัตถุประสงค์ เครื่องวัดปริมาตรมิเตอร์อเนกประสงค์มักติดตั้งเคาน์เตอร์สองตัวที่ทำงานขนานกัน อันหนึ่งไวต่อรังสีαและβมากกว่าและอันที่สองต่อรังสีγ รูปแบบการใช้ตัวนับสองตัวนี้ถูกนำมาใช้ในเครื่องวัดปริมาณรังสี ราเด็กซ์ RD1008และในเครื่องวัดปริมาณรังสี ราเดคส์ MKS-1009ซึ่งติดตั้งเคาน์เตอร์ไว้แล้ว เบต้า-2และ เบต้า-2เอ็ม. บางครั้งจะมีการวางแท่งหรือแผ่นโลหะผสมที่มีส่วนผสมของแคดเมียมไว้ระหว่างเคาน์เตอร์ เมื่อนิวตรอนชนแท่งดังกล่าว จะเกิดรังสี γ ซึ่งจะถูกบันทึกไว้ สิ่งนี้ทำเพื่อให้สามารถตรวจจับรังสีนิวตรอนได้ ซึ่งเครื่องนับไกเกอร์แบบธรรมดานั้นแทบไม่มีความรู้สึกเลย อีกวิธีหนึ่งคือการเคลือบตัวเรือน (แคโทด) ด้วยสิ่งเจือปนที่อาจก่อให้เกิดความไวต่อนิวตรอน

ฮาโลเจน (คลอรีน โบรมีน) จะถูกเติมลงในแก๊สเพื่อดับการระบายออกอย่างรวดเร็ว ไอแอลกอฮอล์ก็มีจุดประสงค์เดียวกันแม้ว่าในกรณีนี้แอลกอฮอล์จะมีอายุสั้น (โดยทั่วไปเป็นคุณลักษณะของแอลกอฮอล์) และมิเตอร์ที่ "มีสติ" จะเริ่ม "ส่งเสียง" อย่างต่อเนื่องนั่นคือมันไม่สามารถทำงานได้ในโหมดที่ต้องการ . สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ไหนสักแห่งหลังจากตรวจพบพัลส์ 1e9 (หนึ่งพันล้าน) ซึ่งไม่มากนัก มิเตอร์แบบฮาโลเจนมีความทนทานมากกว่ามาก

พารามิเตอร์และโหมดการทำงานของเครื่องนับไกเกอร์

ความไวของตัวนับไกเกอร์

ความไวของตัวนับประมาณโดยอัตราส่วนของจำนวนไมโครเรินต์เจนจากแหล่งอ้างอิงต่อจำนวนพัลส์ที่เกิดจากรังสีนี้ เนื่องจากเครื่องนับไกเกอร์ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อวัดพลังงานอนุภาค การประมาณการที่แม่นยำยาก. ตัวนับได้รับการสอบเทียบโดยใช้แหล่งไอโซโทปอ้างอิง ควรสังเกตว่าพารามิเตอร์นี้คือ ประเภทต่างๆตัวนับอาจแตกต่างกันอย่างมาก ด้านล่างนี้คือพารามิเตอร์ของตัวนับ Geiger-Müller ที่พบบ่อยที่สุด:

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ เบต้า-2- 160 ÷ 240 อิมพีเรียล/µR

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ เบต้า-1- 96 ۞ 144 อิมพีเรียล/µR

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ SBM-20- 60 ÷ 75 อิมพีเรียล/µR

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ SBM-21- 6.5 ÷ 9.5 อิมพีเรียล/µR

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ SBM-10- 9.6 ۞ 10.8 อิมพีเรียล/μR

บริเวณหน้าต่างทางเข้าหรือพื้นที่ทำงาน

พื้นที่ของเซ็นเซอร์รังสีที่อนุภาคกัมมันตภาพรังสีลอยผ่าน คุณลักษณะนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับขนาดของเซ็นเซอร์ ยังไง พื้นที่ขนาดใหญ่ยิ่งอนุภาคที่ตัวนับไกเกอร์-มุลเลอร์จับได้มากเท่าไร โดยทั่วไปพารามิเตอร์นี้จะระบุเป็นตารางเซนติเมตร

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ เบต้า-2- 13.8 ซม. 2

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ เบต้า-1- 7 ซม. 2

แรงดันไฟฟ้านี้สอดคล้องกับลักษณะการทำงานประมาณกึ่งกลาง ลักษณะการทำงานเป็นส่วนแบนของการพึ่งพาจำนวนพัลส์ที่บันทึกไว้กับแรงดันไฟฟ้าซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า "ที่ราบสูง" ณ จุดนี้ บรรลุความเร็วการทำงานสูงสุดได้ (ขีดจำกัดการวัดด้านบน) ค่าทั่วไปคือ 400 V

ความกว้างของลักษณะการทำงานของเคาน์เตอร์

นี่คือความแตกต่างระหว่างแรงดันพังทลายของประกายไฟและแรงดันเอาต์พุตบนส่วนแบนของคุณลักษณะ ค่าทั่วไปคือ 100 V

ความชันของลักษณะการทำงานของมิเตอร์

ความชันวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ของพัลส์ต่อโวลต์ เป็นการระบุลักษณะข้อผิดพลาดทางสถิติของการวัด (การนับจำนวนพัลส์) ค่าทั่วไปคือ 0.15%

อุณหภูมิในการทำงานที่อนุญาตของมิเตอร์

สำหรับงานทั่วไป เมตร -50 ... +70 องศาเซลเซียส นี่เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญมากหากมิเตอร์ทำงานในห้อง ช่อง และสถานที่อื่นๆ ของอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เช่น เครื่องเร่งความเร็ว เครื่องปฏิกรณ์ ฯลฯ

ทรัพยากรการทำงานของเคาน์เตอร์

จำนวนพัลส์ทั้งหมดที่มิเตอร์บันทึกก่อนการอ่านค่าเริ่มไม่ถูกต้อง สำหรับอุปกรณ์ที่มีสารเติมแต่งอินทรีย์ การดับตัวเองมักจะอยู่ที่ 1e9 (สิบยกกำลังเก้า หรือหนึ่งพันล้าน) ทรัพยากรจะถูกนับเฉพาะเมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้ากับมิเตอร์เท่านั้น ถ้าตัวนับถูกจัดเก็บเพียงอย่างเดียว ทรัพยากรนี้จะไม่ถูกใช้

นับเวลาตาย

นี่คือเวลา (เวลาฟื้นตัว) ในระหว่างที่ตัวนับดำเนินการกระแสหลังจากถูกกระตุ้นโดยอนุภาคที่ผ่านไป การมีอยู่ของเวลาดังกล่าวหมายความว่ามีขีดจำกัดบนของความถี่พัลส์ และนี่เป็นการจำกัดช่วงการวัด ค่าทั่วไปคือ 1e-4 วินาที ซึ่งก็คือสิบไมโครวินาที

ควรสังเกตว่าเนื่องจาก Dead Time เซ็นเซอร์อาจ "ผิดมาตราส่วน" และยังคงเงียบในช่วงเวลาที่อันตรายที่สุด (เช่น ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดขึ้นเองในการผลิต) กรณีดังกล่าวได้เกิดขึ้น และเพื่อต่อสู้กับสิ่งเหล่านี้ ตะแกรงตะกั่วจะถูกนำมาใช้เพื่อปกปิดส่วนหนึ่งของเซ็นเซอร์ของระบบสัญญาณเตือนภัยฉุกเฉิน

พื้นหลังตัวนับแบบกำหนดเอง

วัดในห้องตะกั่วที่มีผนังหนาเพื่อประเมินคุณภาพของมิเตอร์ ค่าปกติคือ 1 ... 2 พัลส์ต่อนาที

การใช้งานเครื่องนับ Geiger ในทางปฏิบัติ

อุตสาหกรรมโซเวียตและปัจจุบันในรัสเซียผลิตเคาน์เตอร์ Geiger-Muller หลายประเภท ต่อไปนี้เป็นแบรนด์ทั่วไปบางส่วน: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, เมตรของซีรีส์ Gamma, เคาน์เตอร์ท้ายของซีรีส์ เบต้า“และยังมีอีกมากมาย ทั้งหมดนี้ใช้ในการติดตามและตรวจวัดรังสี: ที่โรงงานอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ในสถาบันวิทยาศาสตร์และการศึกษา ในการป้องกันพลเรือน การแพทย์ และแม้แต่ในชีวิตประจำวัน หลังจาก อุบัติเหตุเชอร์โนบิล, เครื่องวัดปริมาตรในครัวเรือนซึ่งก่อนหน้านี้ไม่เป็นที่รู้จักของประชากรแม้แต่ชื่อก็ได้รับความนิยมอย่างมาก เครื่องวัดปริมาณรังสีในครัวเรือนหลายยี่ห้อปรากฏขึ้น ทั้งหมดใช้เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์เป็นเซ็นเซอร์รังสี ในเครื่องวัดปริมาตรในครัวเรือน จะมีการติดตั้งท่อหรือตัวนับปลายหนึ่งถึงสองท่อ

หน่วยวัดปริมาณรังสี

เป็นเวลานานแล้วที่หน่วยวัด P (เรินต์เกน) เป็นเรื่องธรรมดา แต่เมื่อเคลื่อนเข้าสู่ระบบ SI หน่วยอื่นๆ จะปรากฏขึ้น รังสีเอกซ์เป็นหน่วยของปริมาณรังสีที่ได้รับ ซึ่งเป็น "ปริมาณรังสี" ซึ่งแสดงเป็นจำนวนไอออนที่ผลิตได้ในอากาศแห้ง ด้วยขนาด 1 R ในอากาศ 1 cm3 จะเกิดไอออน 2.082e9 คู่ (ซึ่งสอดคล้องกับประจุ 1 หน่วยของ SGSE) ในระบบ SI ปริมาณรังสีจะแสดงเป็นคูลอมบ์ต่อกิโลกรัม และรังสีเอกซ์จะสัมพันธ์กับสมการ:

1 ซีซี/กก. = 3876 อาร์

ปริมาณรังสีที่ดูดซับมีหน่วยวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัม และเรียกว่าสีเทา นี่คือการแทนที่หน่วย Rad ที่ล้าสมัย อัตราปริมาณรังสีที่ดูดซึมจะวัดเป็นสีเทาต่อวินาที อัตราปริมาณรังสีที่ได้รับ (EDR) ซึ่งเดิมวัดเป็นเรินต์เจนต่อวินาที ปัจจุบันวัดเป็นแอมแปร์ต่อกิโลกรัม ปริมาณรังสีที่เทียบเท่าซึ่งปริมาณรังสีที่ดูดซึมคือ 1 Gy (สีเทา) และปัจจัยด้านคุณภาพรังสีคือ 1 เรียกว่าซีเวิร์ต rem (เทียบเท่าทางชีวภาพของการเอ็กซเรย์) เท่ากับหนึ่งในร้อยของซีเวิร์ต ซึ่งปัจจุบันถือว่าล้าสมัย อย่างไรก็ตามแม้ในปัจจุบันหน่วยที่ล้าสมัยทั้งหมดก็ยังถูกใช้อย่างแข็งขัน

แนวคิดหลักในการวัดรังสีคือปริมาณและกำลัง ปริมาณคือจำนวนประจุเบื้องต้นในกระบวนการไอออไนเซชันของสาร และกำลังคืออัตราของการเกิดขนาดยาต่อหน่วยเวลา และสิ่งนี้จะแสดงออกมาในหน่วยใดเป็นเรื่องของรสนิยมและความสะดวกสบาย

แม้ในปริมาณที่น้อยที่สุดก็เป็นอันตรายในแง่ของผลที่ตามมาในระยะยาวต่อร่างกาย การคำนวณอันตรายนั้นค่อนข้างง่าย ตัวอย่างเช่น เครื่องวัดปริมาณรังสีของคุณแสดง 300 มิลลิเรนต์เจนต่อชั่วโมง หากคุณอยู่ที่นี่เป็นเวลาหนึ่งวัน คุณจะได้รับปริมาณ 24 * 0.3 = 7.2 เรินต์เกน สิ่งนี้เป็นอันตรายและคุณต้องออกจากที่นี่โดยเร็วที่สุด โดยทั่วไป หากคุณตรวจพบรังสีที่มีระดับอ่อน คุณจะต้องเคลื่อนตัวออกห่างจากรังสีนั้นและตรวจสอบแม้จากระยะไกล ถ้าเธอ “ตามคุณ” ก็ “ยินดี” ได้เลย เพราะคุณโดนนิวตรอน แต่ไม่ใช่ว่าทุกโดสมิเตอร์จะสามารถตอบสนองได้

สำหรับแหล่งกำเนิดรังสี จะใช้ปริมาณที่แสดงลักษณะจำนวนการสลายตัวต่อหน่วยเวลา ซึ่งเรียกว่ากิจกรรม และยังวัดได้จากหน่วยต่างๆ มากมาย เช่น คูรี เบกเคอเรล รัทเทอร์ฟอร์ด และอื่นๆ ปริมาณของกิจกรรมที่วัดสองครั้งโดยมีการแยกเวลาที่เพียงพอ หากลดลง ทำให้สามารถคำนวณเวลาได้ตามกฎการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีเมื่อแหล่งกำเนิดมีความปลอดภัยเพียงพอ

เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ (G-M) ปล่อยก๊าซ รูปที่ 1 เป็นกระบอกแก้ว (บอลลูน) บรรจุก๊าซเฉื่อย (ด้วย

สิ่งสกปรกจากฮาโลเจน) ภายใต้ความดันต่ำกว่าบรรยากาศเล็กน้อย กระบอกโลหะบางๆ ภายในบอลลูนทำหน้าที่เป็นแคโทด K; แอโนด A เป็นตัวนำไฟฟ้าบางๆ ที่วิ่งผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบ มีการใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและแคโทด ยู ใน =200-1000 V. แอโนดและแคโทดเชื่อมต่อกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์เรดิโอเมตริก

รูปที่ 1 เครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์ทรงกระบอก

1 – เธรดแอโนด 2 – แคโทดแบบท่อ

ยู วี – แหล่งกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง

ร n – ความต้านทานโหลด

กับ วี – ถังแยกและเก็บ

R – ตัวแปลงพร้อมข้อบ่งชี้

ξ – แหล่งกำเนิดรังสี

เมื่อใช้เครื่องนับ G-M คุณสามารถบันทึกอนุภาครังสีทั้งหมดได้ (ยกเว้นอนุภาค α ที่ดูดซับได้ง่าย) เพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาค β ถูกดูดซับโดยตัวเคาน์เตอร์ จึงมีช่องที่หุ้มด้วยฟิล์มบางๆ

ให้เราอธิบายคุณสมบัติของตัวนับ G-M

อนุภาค β มีปฏิกิริยาโดยตรงกับโมเลกุลก๊าซของเคาน์เตอร์ ในขณะที่นิวตรอนและ γ-โฟตอน (อนุภาคไม่มีประจุ) มีปฏิกิริยาโต้ตอบอย่างอ่อนกับโมเลกุลของก๊าซ ในกรณีนี้กลไกการก่อตัวของไอออนจะแตกต่างออกไป

เราจะดำเนินการวัดปริมาณโดซิเมตริก สิ่งแวดล้อมใกล้จุด K และ A เราจะป้อนข้อมูลที่ได้รับลงในตาราง 1.

ในการวัดคุณต้องมี:

1. เชื่อมต่อเครื่องวัดปริมาณรังสีเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ (9V)

2. ที่ด้านหลังของเครื่องวัดปริมาตร ให้ปิดหน้าต่างเครื่องตรวจจับด้วยชัตเตอร์ (หน้าจอ)

3. ตั้งสวิตช์โหมด(โหมด) ไปยังตำแหน่ง γ (“P”)

4. ตั้งสวิตช์พิสัย(ช่วง) ไปยังตำแหน่งx1 (ป n =0.1-50 μSv/ชั่วโมง)

5. ตั้งสวิตช์จ่ายไฟของเครื่องวัดปริมาตรไปที่ตำแหน่งบน(บน).

6. หากได้ยินเสียงสัญญาณเสียงในตำแหน่ง x1 และแถวตัวเลขของจอแสดงผลเต็มแล้ว คุณจะต้องเปลี่ยนไปใช้ช่วง x10 (P n =50-500 μSv/ชั่วโมง)

7. หลังจากการรวมพัลส์เสร็จสิ้น ปริมาณที่เทียบเท่ากับกำลังจะแสดงบนจอแสดงผลของเครื่องวัดปริมาณรังสีป Hγ µSv/ชั่วโมง; ภายใน 4-5 วินาที การอ่านจะถูกรีเซ็ต

8. เครื่องวัดปริมาณรังสีพร้อมสำหรับการตรวจวัดรังสีอีกครั้ง รอบการวัดใหม่จะเริ่มต้นโดยอัตโนมัติ

ตารางที่ 1.

ค่าผลลัพธ์ในพื้นที่ทำงาน (AB) ถูกกำหนดโดยสูตร

=
, μSv/ชั่วโมง (6)

- การอ่านค่า dosimeter ให้ค่ารังสีพื้นหลัง ณ จุดหนึ่ง

ปริมาณรังสีในแต่ละจุดตรวจวัดเป็นไปตามกฎความผันผวน ดังนั้นเพื่อให้ได้ค่าที่วัดได้มากที่สุดจึงจำเป็นต้องทำการวัดหลายชุด

- เมื่อวัดปริมาณรังสี β ต้องทำการวัดใกล้พื้นผิวของร่างกายที่กำลังศึกษา

4. ดำเนินการวัด ป.1. การกำหนดอัตราปริมาณรังสีที่เท่ากันของรังสีพื้นหลังตามธรรมชาติ

ในการกำหนดพื้นหลัง γ ของสภาพแวดล้อม เราเลือก (สัมพันธ์กับวัตถุใด ๆ (ร่างกาย)) สองจุด A, K ซึ่งอยู่ห่างจากกันที่ระยะประมาณ 1 เมตร และโดยไม่ต้องสัมผัสร่างกาย

นิวตรอนที่ทำปฏิกิริยากับอะตอมของแคโทดจะสร้างอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุ (ชิ้นส่วนนิวเคลียร์) รังสีแกมมา

ทำปฏิกิริยากับสาร (อะตอม) ของแคโทดเป็นหลัก ทำให้เกิดรังสีโฟตอน ซึ่งจะทำให้โมเลกุลของก๊าซแตกตัวเป็นไอออนต่อไป

ทันทีที่ไอออนปรากฏในปริมาตรของตัวนับ การเคลื่อนที่ของประจุจะเริ่มขึ้นภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแอโนด-แคโทด

ใกล้กับขั้วบวก เส้นความแรงของสนามไฟฟ้าจะควบแน่นอย่างรวดเร็ว (เป็นผลจากเส้นใยแอโนดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก) และความแรงของสนามไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว อิเล็กตรอนที่เข้าใกล้เกลียวจะได้รับความเร่งอย่างมาก และ ส่งผลกระทบต่อไอออไนเซชันของโมเลกุลก๊าซที่เป็นกลาง การปล่อยโคโรนาอิสระจะแพร่กระจายไปตามเส้นใย

เนื่องจากพลังงานของการคายประจุนี้ พลังงานของแรงกระตุ้นของอนุภาคเริ่มต้นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (มากถึง 10 8 ครั้งหนึ่ง). เมื่อการปล่อยโคโรนาแพร่กระจาย ประจุบางส่วนจะค่อยๆ ไหลผ่านแนวต้านขนาดใหญ่ ร n ~10 6 โอห์ม (รูปที่ 1) ในวงจรเครื่องตรวจจับที่มีความต้านทานร nพัลส์ปัจจุบันจะปรากฏเป็นสัดส่วนกับการไหลของอนุภาคเริ่มต้น พัลส์กระแสผลลัพธ์ที่ได้จะถูกถ่ายโอนไปยังความจุหน่วยเก็บข้อมูล C วี (ซ~10 3 พิโกฟารัด) จะถูกขยายเพิ่มเติมและบันทึกโดยวงจรแปลงค่า R

มีภูมิต้านทานมากร nในวงจรเครื่องตรวจจับทำให้เกิดประจุลบสะสมบนขั้วบวก ความแรงของสนามไฟฟ้าของขั้วบวกจะลดลง และเมื่อถึงจุดหนึ่ง ผลกระทบจากการแตกตัวเป็นไอออนจะถูกขัดจังหวะ และคายประจุก็จะหมดไป

มีบทบาทสำคัญในการดับผล การปล่อยก๊าซเล่นโดยฮาโลเจนที่มีอยู่ในก๊าซมิเตอร์ ศักยภาพไอออไนเซชันของฮาโลเจนต่ำกว่าก๊าซเฉื่อย ดังนั้น อะตอมของฮาโลเจนจะ "ดูดซับ" โฟตอนอย่างกระตือรือร้นมากขึ้นซึ่งทำให้เกิดการคายประจุในตัวเอง โดยแปลงพลังงานนี้เป็นพลังงานที่กระจายออกไป ดังนั้นจึงช่วยดับการคายประจุในตัวเอง

หลังจากที่ไอออนไนซ์จากการกระแทก (และการปล่อยโคโรนา) ถูกขัดจังหวะ กระบวนการฟื้นฟูก๊าซให้กลับสู่สถานะเดิม (ทำงาน) จะเริ่มต้นขึ้น ในช่วงเวลานี้ตัวนับไม่ทำงานเช่น ไม่ลงทะเบียนอนุภาคที่ผ่าน ช่วงนี้

เวลาเรียกว่า "เวลาตาย" (เวลาฟื้นตัว) สำหรับเคาน์เตอร์ จี-เอ็มเวลาตาย = Δที~10 -4 วินาที

เครื่องนับ G-M จะตอบสนองต่อผลกระทบของอนุภาคที่มีประจุแต่ละอนุภาค โดยไม่แยกความแตกต่างด้วยพลังงาน แต่หากพลังงานลดลง

ของรังสีทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลง จากนั้นอัตราการนับพัลส์จะกลายเป็นสัดส่วนกับกำลังรังสี และสามารถปรับเทียบตัวนับในหน่วยปริมาณรังสีได้

คุณภาพของเครื่องตรวจจับการดับตัวเองด้วยการปล่อยก๊าซจะถูกกำหนดโดยการพึ่งพาความถี่พัลส์เฉลี่ยเอ็นต่อหน่วยเวลาของแรงดันไฟฟ้ายูบนอิเล็กโทรดด้วยความเข้มของรังสีคงที่ การพึ่งพาการทำงานนี้เรียกว่าลักษณะการนับของเครื่องตรวจจับ (รูปที่ 2)

ดังต่อไปนี้จากรูปที่ 2 เมื่อยู < ยู 1 แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเมื่ออนุภาคที่มีประจุหรือแกมมาควอนตัมชนกับเครื่องตรวจจับ เริ่มจากความตึงเครียด ยู ใน > ยู 2 การกระทบกระเทือนของไอออนไนซ์จะเกิดขึ้นในตัวนับ การปล่อยโคโรนาจะแพร่กระจายไปตามแคโทด และเครื่องนับจะบันทึกการผ่านของอนุภาคเกือบทุกตัว ด้วยการเจริญเติบโต ยู ใน ก่อนยู 3 (ดูรูปที่ 2) จำนวนพัลส์ที่บันทึกไว้จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ซึ่งสัมพันธ์กับระดับไอออไนซ์ของก๊าซเคาน์เตอร์ที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย ตัวนับ G-M ที่ดีจะมีส่วนของกราฟมาด้วย ยู 2 ก่อนยู ร เกือบจะเป็นอิสระจากยู ใน , เช่น. วิ่งขนานกับแกนยู ใน , ความถี่เฉลี่ยแรงกระตุ้นเกือบจะเป็นอิสระยู ใน .

ข้าว. 2. คุณลักษณะการนับของเครื่องตรวจจับการดับตัวเองด้วยการปล่อยก๊าซ

3. ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของเครื่องมือเมื่อทำการวัด P n : δР n = ±30%

ให้เราอธิบายว่าเคาน์เตอร์พัลส์ถูกแปลงเป็นการอ่านค่าปริมาณรังสีได้อย่างไร

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่า ที่กำลังรังสีคงที่ อัตราการนับชีพจรจะเป็นสัดส่วนกับกำลังรังสี (ปริมาณที่วัด) การวัดอัตราปริมาณรังสีจะขึ้นอยู่กับหลักการนี้

ทันทีที่พัลส์ปรากฏขึ้นบนตัวนับ สัญญาณนี้จะถูกส่งไปยังหน่วยการคำนวณใหม่ ซึ่งจะถูกกรองตามระยะเวลา แอมพลิจูด ผลรวม และผลลัพธ์จะถูกส่งไปยังหน้าจอตัวนับในหน่วยปริมาณพลังงาน

ความสอดคล้องระหว่างอัตราการนับและกำลังที่วัดได้ เช่น เครื่องวัดปริมาณรังสีได้รับการสอบเทียบ (ที่โรงงาน) ตามแหล่งกำเนิดรังสี C ที่รู้จัก ส 137 .