1.4 Licznik Geigera-Mullera
W licznik proporcjonalny, wyładowanie gazu rozwija się tylko w części objętości gazu. Najpierw powstaje w nim jonizacja pierwotna, a następnie lawina elektronów. Reszta objętości nie jest objęta zrzutem gazu. Wraz ze wzrostem napięcia rozszerza się obszar krytyczny. Zwiększa koncentrację wzbudzonych cząsteczek, a co za tym idzie liczbę emitowanych fotonów. Pod wpływem fotonów z katody i cząsteczek gazu ucieka
coraz więcej fotoelektronów. Te z kolei powodują powstawanie nowych lawin elektronów w objętości licznika, nie zajętych przez wyładowanie gazu z pierwotnej jonizacji. Zatem wzrost napięcia U prowadzi do propagacji wyładowania gazowego w objętości licznika. Przy pewnym napięciu Up . Nazywany progiem, wypływ gazu obejmuje całą objętość licznika. Przy napięciu Up zaczyna się region Geigera-Mullera.
Licznik Geigera (lub licznik Geigera-Mullera) to wypełniony gazem licznik naładowanych cząstek elementarnych, których sygnał elektryczny jest wzmacniany w wyniku wtórnej jonizacji objętości gazu licznika i nie zależy od energii pozostawionej przez cząstka w tej objętości. Wynaleziony w 1908 roku przez H. Geigera i E. Rutherforda, później udoskonalony przez Geigera i W. Mullera. Liczniki Geigera-Müllera - najczęściej spotykane detektory (czujniki) promieniowania jonizującego.
Geiger - Licznik Mullera - urządzenie wyładowcze do wykrywania i badania różnych rodzajów promieniowania radioaktywnego i innego promieniowania jonizującego: cząstek α i β, kwantów γ, kwantów światła i promieniowania rentgenowskiego, cząstek wysokoenergetycznych w promieniowaniu kosmicznym i przy akceleratorach. Kwanty gamma są rejestrowane przez licznik Geigera-Mullera przez wtórne cząstki jonizujące - fotoelektrony, elektrony Comptona, pary elektron-pozyton; neutrony są rejestrowane przez jądra odrzutu i produkty reakcji jądrowych powstających w gazie licznika. Miernik pracuje przy napięciach odpowiadających samopodtrzymywaniu
wyładowanie koronowe (sekcja V, ryc. 21).
Ryż. 21. Schemat włączania licznika Geigera
Różnica potencjałów (V) jest przykładana między ściankami a elektrodą środkową poprzez rezystancję R bocznikowaną przez kondensator
C1.
Licznik ten ma prawie 100% prawdopodobieństwo wykrycia naładowanej cząstki, ponieważ dla
Do wyładowania wystarcza pojedyncza para elektron-jon.
Strukturalnie licznik Geigera jest również ustawiony jako licznik proporcjonalny, tj. jest kondensatorem (zwykle cylindrycznym) o bardzo niejednorodnym polu elektrycznym. Potencjał dodatni (anoda) jest przykładany do elektrody wewnętrznej (cienka metalowa nić), a potencjał ujemny (katoda) jest przykładany do zewnętrznej. Elektrody są zamknięte w hermetycznie zamkniętym zbiorniku wypełnionym niewielką ilością gazu do ciśnienia 13-26 kN/m2 (100-200 mm pm st.). Do przeciwelektrod przykładane jest napięcie kilkuset V. Znak + jest nakładany na nitkę przez opór R.
Funkcjonalnie licznik Geigera powtarza również licznik proporcjonalny, ale różni się od drugiego tym, że ze względu na większą różnicę potencjałów na elektrodach pracuje w takim trybie, kiedy wystarczy, że w objętości detektora pojawi się jeden elektron. opracować potężny proces podobny do lawiny z powodu wtórnej jonizacji (wzmocnienie gazu), który jest zdolny do jonizacji całego obszaru w pobliżu żarnika anodowego. W tym przypadku impuls prądowy osiąga wartość graniczną (nasyca się) i nie jest zależny od pierwotnej jonizacji. Rozwijając się jak lawina, proces ten kończy się powstaniem chmury elektronowo-jonowej w przestrzeni międzyelektrodowej, która gwałtownie zwiększa jej przewodnictwo. Zasadniczo, gdy cząsteczka wchodzi do licznika Geigera, niezależne wyładowanie gazowe rozpala się w nim (zapala się), widoczne (jeśli pojemnik jest przezroczysty) nawet przy użyciu prostego gazu. W takim przypadku współczynnik wzmocnienia gazu może osiągnąć 1010, a wielkość impulsu może osiągnąć dziesiątki woltów.
Następuje błysk wyładowania koronowego i prąd przepływa przez miernik.
Rozkład pola elektrycznego w liczniku jest taki, że wyładowanie rozwija się tylko w sąsiedztwie anody licznika w odległości kilku średnic żarnika. Elektrony szybko gromadzą się na włóknie (nie dłużej niż 10-6 s), wokół którego tworzy się „osłona” jonów dodatnich. Dodatni ładunek przestrzenny zwiększa efektywną średnicę anody, a tym samym zmniejsza natężenie pola, co powoduje przerwanie wyładowania. Gdy warstwa jonów dodatnich oddala się od żarnika, jej efekt ekranowania słabnie, a natężenie pola w pobliżu anody staje się wystarczające do powstania nowego błysku wyładowania. Jony dodatnie, zbliżając się do katody, wybijają z niej elektrony, w wyniku czego powstają obojętne atomy gazu obojętnego w stanie wzbudzonym. Wzbudzone atomy w
wystarczająco zbliżając się do katody, elektrony są wybijane z jej powierzchni, które stają się założycielami nowych lawin. Bez wpływu zewnętrznego taki licznik byłby w długim przerywanym rozładowaniu.
Tak więc przy wystarczająco dużym R (108 -1010 omów) na wątku gromadzi się ładunek ujemny
oraz różnica potencjałów między żarnikiem a katodą gwałtownie spada, powodując zakończenie wyładowania. Następnie czułość licznika zostaje przywrócona po 10-1 -10-3 sek (czas rozładowania pojemności C przez rezystancję R). To właśnie ten czas jest wymagany, aby wolne jony dodatnie, które po przejściu cząstki i lawiny elektronowej wypełniły przestrzeń w pobliżu żarnika anodowego, trafiły do katody,
oraz przywrócił czułość czujki. Tak długi czas martwy jest niewygodny dla wielu zastosowań.
W celu praktycznego zastosowania niesamogasnącego licznika Geigera stosuje się różne metody zakończenia wyładowania:
a) Zastosowanie obwodów elektronicznych do gaszenia wyładowania w gazie. Zaadaptowany do tego obwód elektroniczny we właściwym czasie wysyła do licznika „sygnał licznika”, który zatrzymuje samorozładowanie i „przytrzymuje” licznik przez chwilę, aż powstałe naładowane cząstki zostaną całkowicie zneutralizowane. Charakterystyki takiego licznika z obwodem tłumienia wyładowań są zbliżone do charakterystyk liczników samogasnących, a niekiedy je przewyższają.
b) Gaszenie poprzez dobór wartości rezystancji obciążenia i pojemności zastępczej oraz napięcia na mierniku.
W W zależności od mechanizmu gaszenia wyładowań rozróżnia się dwie grupy liczników: niesamogasnące i samogasnące. W licznikach niesamogasnących czas „martwy” jest zbyt długi(10-2 sek), dla niego
redukcji, stosuje się układy elektroniczne do gaszenia wyładowania, które skracają czas rozdzielczości do czasu zbierania jonów dodatnich na katodzie (10-4 s).
Obecnie liczniki niesamogasnące, w których wyładowania są wygaszane przez opór R , zostały zastąpione licznikami samogasnącymi, które również są bardziej stabilne. W nich, dzięki specjalnemu wypełnieniu gazem (gaz obojętny z domieszką złożonych cząsteczek, np. oparów alkoholu, oraz niewielkiej
domieszka halogenów - chloru, bromu, jodu) wyładowanie samoistnie załamuje się nawet przy niskich rezystancjach R. Czas martwy licznika samogasnącego ~10-4 sek.
W 1937 Trost zwrócił uwagę na fakt, że jeśli lada wypełniona argonem,
dodać niewielką ilość (kilka procent) par alkoholu etylowego (C2 H5 OH), wówczas wyładowanie spowodowane w blacie przez cząstkę jonizującą samoistnie zgaśnie. Następnie okazało się, że samoistne wygaszenie wyładowania w liczniku występuje również wtedy, gdy do argonu dodawane są pary innych związków organicznych zawierających złożone związki wieloatomowe. Substancje te są zwykle nazywane licznikami gaszącymi, a liczniki Geigera-Mullera, w których te substancje są używane, nazywane są licznikami typu samogasnącego. Licznik samogasnący wypełniony jest mieszaniną dwóch (lub więcej) gazów. Jeden gaz, główny, stanowi około 90% w mieszaninie, drugi, gaz gaszący, około 10%. Składniki mieszaniny roboczej muszą spełniać obowiązkowy warunek, że potencjał jonizacji gazu hartującego musi być poniżej pierwszego potencjału wzbudzenia gazu głównego.
Komentarz. Detektory ksenonowe są często używane do wykrywania promieni rentgenowskich. Przykładem jest pierwszy krajowy skanujący cyfrowy fluorograf medyczny MTsRU SIBIR. Innym zastosowaniem liczników promieniowania rentgenowskiego jest rentgenowski spektrometr fluorescencyjny z dyspersją fal (na przykład Venus 200), przeznaczony do oznaczania różnych pierwiastków w substancjach i materiałach. W zależności od oznaczanego elementu można zastosować następujące detektory: - proporcjonalny przepływowy detektor z okienkami o grubości 1, 2, 6 mikronów, bezprzepływowy detektor neonowy z okienkami o grubości 25 i 50 mikronów, - bezprzepływowy detektor kryptonowy z o grubości okienka 100 mikronów, - detektor ksenonowy z okienkiem 200 mikronów i detektor scyntylacyjny z okienkiem 300 mikronów.
Liczniki samogasnące umożliwiają wysokie szybkości zliczania bez specjalnych obwodów elektronicznych
hartowanie wyładowcze, dzięki czemu są szeroko stosowane. Liczniki samogasnące z organicznymi zanieczyszczeniami gaszenia mają ograniczoną żywotność (108 -1010 impulsów). W przypadku zastosowania jednego z halogenów jako zanieczyszczenia gaszącego (najczęściej stosuje się mniej aktywny Br2), żywotność staje się praktycznie nieograniczona ze względu na fakt, że dwuatomowe cząsteczki halogenu tworzą się ponownie po dysocjacji na atomy (podczas procesu wyładowania). Wady liczników halogenów obejmują złożoność technologii ich wytwarzania ze względu na aktywność chemiczną halogenów oraz długi czas narastania krawędzi natarcia impulsów ze względu na przyłączanie się elektronów pierwotnych do cząsteczki halogenu. „Wyciąganie” krawędzi natarcia impulsu w licznikach halogenowych powoduje, że nie nadają się one do zastosowania w obwodach koincydencji.
Główne cechy licznika to: charakterystyka zliczania - zależność szybkości zliczania od wielkości napięcia roboczego; wydajność licznika - wyrażona jako procent stosunku liczby zliczonych cząstek do liczby wszystkich cząstek wchodzących w objętość roboczą licznika; czas rozstrzygnięcia -
minimalny odstęp czasu między impulsami, przy których są one rejestrowane oddzielnie, oraz żywotność liczników.
Ryż. 22. Schemat występowania czasu martwego w licznikuGeigera-Müllera.(Kształt impulsu podczas rozładunku w liczniku Geigera-Mullera).
Czas potrzebny do przywrócenia czułości na promieniowanie licznika Geigera i faktycznie określa jego prędkość – czas „martwy” – jest jego ważną cechą paszportową.
Jeżeli wyładowanie spowodowane cząsteczką jądrową rozpoczyna się w liczniku Geigera-Mullera w czasie t 0, wówczas napięcie na liczniku gwałtownie spada. Licznik przez pewien czas, zwany czasem martwym τ m , nie jest w stanie regulować innych cząstek. Od momentu t 1 , tj. po upływie czasu martwego miernik może ponownie ulec samorozładowaniu. Jednak na początku amplituda impulsu jest wciąż niewielka. Dopiero po dotarciu ładunku kosmicznego do powierzchni katody w liczniku powstają impulsy o normalnej amplitudzie. Przedział czasu τ s pomiędzy momentem t 0, w którym nastąpiło niezależne wyładowanie w liczniku, a momentem przywrócenia napięcia roboczego t 3 nazywany jest czasem powrotu. Aby urządzenie rejestrujące mogło zliczać impuls, konieczne jest, aby jego amplituda przekraczała pewną wartość Up . Przedział czasu pomiędzy momentem wystąpienia niezależnego wyładowania t 0 a momentem powstania amplitudy Up impulsu t 2 nazywamy czasem rozdzielczości τ p licznika Geigera-Mullera. Czas rozdzielczy τ p jest nieco dłuższy niż czas martwy.
Jeżeli co sekundę do licznika wejdzie duża liczba cząstek (kilka tysięcy lub więcej), to czas rozdzielczości τ p będzie porównywalny wartością do średniego odstępu czasu między impulsami, a więc znaczna liczba impulsów nie zostanie zliczona. Niech m będzie obserwowaną szybkością zliczania licznika. Wtedy ułamek czasu, w którym jednostka zliczająca jest niewrażliwa, jest równy m τ . W konsekwencji liczba utraconych impulsów w jednostce czasu jest równa nm τ p , gdzie n jest szybkością zliczania, która byłaby obserwowana, gdyby czas rozdzielczości miał pomijalną wartość. Więc
n – m = nmτ p |
||||||
−m τ |
||||||
Korekta szybkości zliczania podana przez to równanie nazywana jest korekcją czasu martwego osiadania.
Liczniki samogasnące halogenowe wyróżniają się najniższym napięciem zasilania, doskonałymi parametrami sygnału wyjściowego oraz odpowiednio dużą prędkością, okazały się szczególnie przydatne do zastosowania jako czujniki promieniowania jonizującego w domowych urządzeniach monitoringu promieniowania.
Każda cząsteczka wykryta przez licznik powoduje pojawienie się krótkiego impulsu w jej obwodzie wyjściowym. Liczba impulsów występujących w jednostce czasu - szybkość zliczania licznika Geigera - zależy od poziomu promieniowania jonizującego i napięcia na jego elektrodach. Typowy wykres szybkości zliczania w funkcji napięcia zasilania V pokazano na rys. 23. Tutaj V zazh - napięcie początku konta; V 1 i V 2 - dolna i górna granica obszaru roboczego, tzw. plateau, na którym szybkość zliczania jest prawie niezależna od napięcia zasilania licznika. Napięcie robocze V-slave jest zwykle wybierane w środku tej sekcji. Odpowiada to N p - szybkości zliczania w tym trybie.
Ryż. 23. Zależność szybkości zliczania od napięcia zasilania w liczniku Geigera (Charakterystyka zliczania)
Jego najważniejszą cechą jest zależność szybkości zliczania od poziomu narażenia licznika na promieniowanie. Wykres tej zależności jest prawie liniowy i dlatego często czułość licznika na promieniowanie wyrażana jest w impulsach / μR (impulsy na mikrorentgen; wymiar ten wynika ze stosunku szybkości zliczania - impulsy / s - do poziomu promieniowania - μR / s). W
w przypadkach, w których nie jest to wskazane (niestety nierzadko), ocenić wrażliwość na promieniowanie
Licznik jest rozliczany przez inny bardzo ważny parametr - własne tło. Jest to nazwa szybkości zliczania, której przyczyną są dwie składowe: zewnętrzna - naturalne tło promieniowania i wewnętrzna - promieniowanie radionuklidów uwięzionych w samej konstrukcji licznika, a także spontaniczna emisja elektronów jego katody. („Tło” w dozymetrii ma prawie takie samo znaczenie jak „hałas” w elektronice radiowej; w obu przypadkach mówimy o zasadniczo nieuniknionym wpływie na sprzęt.)
Inną ważną cechą licznika Geigera jest zależność jego wrażliwości na promieniowanie od energii („twardości”) cząstek jonizujących. W fachowym żargonie wykres tej zależności nazywa się „skokiem ze sztywnością”. W jakim stopniu ta zależność jest ważna, pokazuje wykres na rysunku. „Podróż ze sztywnością” w oczywisty sposób wpłynie na dokładność wykonanych pomiarów.
W swej istocie licznik Geigera jest bardzo prosty. Mieszanina gazów składająca się głównie z łatwo jonizującego neonu i argonu została wprowadzona do dobrze opróżnionego, szczelnego pojemnika z dwiema elektrodami. Cylinder może być szklany, metalowy itp. Zwykle mierniki odbierają promieniowanie całą swoją powierzchnią, ale są też takie, które mają do tego specjalne „okno” w cylindrze.
Liczniki Geigera są w stanie reagować na różne rodzaje promieniowania jonizującego - α, β, γ, ultrafioletowe, rentgenowskie, neutronowe. Jednak rzeczywista czułość widmowa licznika zależy w dużej mierze od jego konstrukcji. Zatem okno wejściowe licznika wrażliwego na promieniowanie α- i miękkie β musi być bardzo cienkie; w tym celu zwykle stosuje się mikę o grubości 3 ... 10 mikronów. Balon licznika, który reaguje na twarde promieniowanie β i γ, ma zwykle kształt walca o grubości ścianki 0,05...0,06 mm (służy również jako katoda licznika). Okienko licznika promieniowania rentgenowskiego jest wykonane z berylu, a licznik promieniowania ultrafioletowego ze szkła kwarcowego.
Ryż. Rys. 24. Zależność szybkości zliczania od energii kwantów gamma („ruch ze sztywnością”) w liczniku Geigera
Bor jest wprowadzany do licznika neutronów, w wyniku oddziaływania strumienia neutronów przekształca się w łatwo wykrywalne cząstki α. Promieniowanie fotonowe - ultrafioletowe, rentgenowskie, γ - promieniowanie - liczniki Geigera odbierają pośrednio - poprzez efekt fotoelektryczny, efekt Comptona, efekt produkcji par; w każdym przypadku promieniowanie oddziałujące z materiałem katody zamienia się w strumień elektronów.
Ryż. 25. Instalacja radiometryczna oparta na liczniku Geigera-Mullera.
Fakt, że licznik Geigera jest urządzeniem lawinowym, ma też swoje wady - nie można ocenić pierwotnej przyczyny jego wzbudzenia na podstawie reakcji takiego urządzenia. Impulsy wyjściowe generowane przez licznik Geigera pod działaniem cząstek α, elektronów, kwantów γ (w liczniku reagującym na wszystkie te rodzaje promieniowania) nie różnią się niczym. sobie
cząstki, ich energie całkowicie znikają w bliźniaczych lawinach, które generują.
Jakość licznika Geigera-Mullera ocenia się zwykle na podstawie jego charakterystyki liczenia. W przypadku „dobrych” liczników długość części liczącej wynosi 100-300 V z nachyleniem plateau nie większym niż 3 - 5% na 100 V. Napięcie robocze licznika V slave jest zwykle wybierane w połowie jego liczenia powierzchnia.
Ponieważ szybkość zliczania cząstek na płaskowyżu zmienia się proporcjonalnie do intensywności napromieniowania cząstkami jądrowymi, liczniki Geigera-Mullera są z powodzeniem stosowane do względnych pomiarów aktywności źródeł promieniotwórczych. Pomiary bezwzględne są trudne ze względu na uwzględnienie dużej liczby dodatkowych poprawek. Podczas pracy ze źródłami o małej intensywności należy wziąć pod uwagę tło licznika ze względu na promieniowanie kosmiczne, radioaktywność środowiska oraz skażenie radioaktywne materiału licznika. Początkowo jako gazy wypełniające ladę najczęściej stosowano gazy szlachetne, w szczególności argon i neon. Większość mierników ma ciśnienie w zakresie od 7 do 20 cm Hg, chociaż czasami działają pod wysokim ciśnieniem, do 1 atm. W tego typu licznikach konieczne jest zastosowanie specjalnych obwodów elektronicznych do gaszenia wyładowania gazowego, które powstało w wyniku dostania się do licznika promieniowania jonizującego. Dlatego takie liczniki nazywane są licznikami Geigera-Mullera typu niesamogasnącego. Mają bardzo słabą rozdzielczość. Zastosowanie obwodów do wymuszonego gaszenia wyładowania, poprawiające
rozdzielczość znacznie komplikuje konfigurację eksperymentalną, zwłaszcza jeśli jednocześnie używana jest duża liczba liczników.
Typowy szklany licznik Geigera-Mullera pokazano na ryc. 25.
Ryż. 25. Szklany licznik Geigera-Mullera: 1 -
geometrycznie zamknięta rurka szklana; 2 – katoda (cienka warstwa miedzi na rurce ze stali nierdzewnej); 3 - wyjście katody; 4 - anoda (cienka rozciągnięta nić).
W tabeli. 1 zawiera informacje o samogasnących halogenowych licznikach Geigera
Wyprodukowane w Rosji, najbardziej odpowiednie do domowych urządzeń monitorujących promieniowanie.
Oznaczenia: 1 - napięcie robocze, V; 2 - plateau - obszar o małej zależności szybkości zliczania od napięcia zasilania, V; 3 - własne tło licznika, imp/s, nie więcej; 4 - czułość radiacyjna licznika, impuls/μR (* - dla kobaltu-60); 5 - amplituda impulsu wyjściowego, V, nie mniej; 6 - wymiary, mm - średnica x długość (długość x szerokość x
Wysokość); 7.1 - twarde promieniowanie β - i γ -; 7.2 - to samo i miękkie β - promieniowanie; 7.3 - to samo i α - promieniowanie; 7,4 - γ - promieniowanie.
Rys.26. Zegarki z wbudowanym licznikiem Geigera-Mullera.
Licznik Geigera-Mullera typu STS-6 zlicza cząstki β i γ i należy do liczników samogasnących. Jest to cylinder ze stali nierdzewnej o grubości ścianki 50 mg/(cm2) z usztywniaczami zwiększającymi wytrzymałość. Blat wypełniony jest mieszaniną oparów neonu i bromu. Brom gasi wyładowanie.
Konstrukcje liczników są bardzo zróżnicowane i zależą od rodzaju promieniowania i jego energii oraz techniki pomiarowej).
Układ radiometryczny oparty na liczniku Geigera-Mullera pokazano na ryc. 27. Napięcie jest dostarczane do miernika ze źródła wysokiego napięcia. Impulsy z licznika podawane są do bloku wzmacniacza, gdzie są wzmacniane, a następnie rejestrowane przez urządzenie liczące.
Liczniki Geigera-Mullera służą do rejestracji wszystkich rodzajów promieniowania. Mogą być stosowane zarówno do bezwzględnych, jak i względnych pomiarów emisji radioaktywnych.
Ryż. 27. Konstrukcja liczników Geigera-Mullera: a - cylindryczny; b
– wypełnienie wewnętrzne; g - płynący dla płynów. 1 – anoda (elektroda zbiorcza); 2 - katoda; 3 - szklana butelka; 4 - przewody elektrod; 5 - szklana rurka; 6 - izolator; 7 - okno z miki; 8 - zawór wlotowy gazu.
Za pomocą nowoczesnego licznika Geigera można zmierzyć poziom promieniowania materiałów budowlanych, gruntu czy mieszkań, a także żywności. Pokazuje prawie stuprocentowe prawdopodobieństwo naładowanej cząstki, ponieważ do jej utrwalenia wystarczy tylko jedna para elektron-jon.
Technologia, na podstawie której powstał nowoczesny dozymetr oparty na liczniku Geigera-Mullera, umożliwia uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników w bardzo krótkim czasie. Pomiar trwa nie dłużej niż 60 sekund, a wszystkie informacje są wyświetlane w formie graficznej i numerycznej na ekranie dozymetru.
Urządzenie posiada możliwość regulacji wartości progowej, po jej przekroczeniu emitowany jest sygnał dźwiękowy ostrzegający o niebezpieczeństwie. Wybierz jedną z wstępnie ustawionych wartości progowych w odpowiedniej sekcji ustawień. Sygnał dźwiękowy można również wyłączyć. Przed wykonaniem pomiarów zaleca się indywidualne skonfigurowanie urządzenia, dobranie jasności wyświetlacza, parametrów sygnału dźwiękowego oraz baterii.
Wybierz tryb „Pomiar”, a urządzenie rozpocznie ocenę środowiska radioaktywnego. Po około 60 sekundach na jego wyświetlaczu pojawia się wynik pomiaru, po czym rozpoczyna się kolejny cykl analizy. W celu uzyskania dokładnego wyniku zaleca się wykonanie co najmniej 5 cykli pomiarowych. Zwiększenie liczby obserwacji daje bardziej wiarygodne odczyty.
Aby zmierzyć tło promieniowania obiektów, takich jak materiały budowlane czy produkty spożywcze, należy w odległości kilku metrów od obiektu włączyć tryb „Pomiar”, a następnie zbliżyć urządzenie do obiektu i zmierzyć tło jak najbliżej jak to możliwe. Porównaj odczyty urządzenia z danymi uzyskanymi w odległości kilku metrów od obiektu. Różnica między tymi odczytami polega na dodatkowym tle radiacyjnym badanego obiektu.
Jeżeli wyniki pomiarów przekraczają naturalne tło charakterystyczne dla obszaru, na którym się znajdujesz, oznacza to zanieczyszczenie radiacyjne badanego obiektu. W celu oceny zanieczyszczenia cieczy zaleca się pomiar nad jej otwartą powierzchnią. Aby chronić urządzenie przed wilgocią, należy je owinąć folią, ale nie więcej niż jedną warstwą. Jeśli dozymetr był przez długi czas w temperaturze poniżej 0°C, przed wykonaniem pomiarów należy go przechowywać w temperaturze pokojowej przez 2 godziny.
Czy nam się to podoba, czy nie, promieniowanie mocno wkroczyło w nasze życie i nie zamierza odejść. Musimy nauczyć się żyć z tym pożytecznym i niebezpiecznym zjawiskiem. Promieniowanie objawia się jako promieniowanie niewidzialne i niedostrzegalne i niemożliwe jest ich wykrycie bez specjalnych przyrządów.
Promienie rentgenowskie odkryto w 1895 roku. Rok później odkryto radioaktywność uranu, również w związku z promieniami rentgenowskimi. Naukowcy zdali sobie sprawę, że mają do czynienia z zupełnie nowymi, dotychczas niewidzialnymi zjawiskami przyrody. Co ciekawe, zjawisko promieniowania zostało zauważone kilka lat wcześniej, ale nie nadawano mu znaczenia, chociaż Nikola Tesla i inni pracownicy laboratorium Edisona otrzymali oparzenia promieniami rentgenowskimi. Szkody dla zdrowia przypisywano czemukolwiek, ale nie promieniom, których żywa istota nigdy nie spotkała w takich dawkach. Już na początku XX wieku zaczęły pojawiać się artykuły o szkodliwym wpływie promieniowania na zwierzęta. To również nie miało znaczenia, aż do sensacyjnej historii „dziewczynek radu” – pracowników fabryki produkującej świecące zegarki. Po prostu zwilżają pędzle czubkiem języka. Straszny los niektórych z nich nie został nawet opublikowany, ze względów etycznych, i pozostał testem tylko dla silnych nerwów lekarzy.
W 1939 roku fizyk Lisa Meitner, która wraz z Otto Hahnem i Fritzem Strassmannem odnosi się do ludzi, którzy po raz pierwszy na świecie podzielili jądro uranu, nieumyślnie wygadała o możliwości reakcji łańcuchowej i od tego momentu Rozpoczęła się reakcja łańcuchowa pomysłów na stworzenie bomby, a mianowicie bomby, a nie „pokojowego atomu”, za który krwiożerczy politycy XX wieku oczywiście nie oddaliby ani grosza. Ci, którzy „wiedzieli”, już wiedzieli, do czego to doprowadzi i rozpoczął się wyścig zbrojeń nuklearnych.
Niemiecki fizyk Hans Geiger, który pracował w laboratorium Ernsta Rutherforda, w 1908 roku zaproponował zasadę działania licznika „naładowanych cząstek” jako dalszy rozwój znanej już komory jonizacyjnej, którą był kondensator elektryczny wypełniony gazem przy niskim nacisk. Jest używany od 1895 roku przez Pierre'a Curie do badania właściwości elektrycznych gazów. Geiger wpadł na pomysł wykorzystania go do wykrywania promieniowania jonizującego właśnie dlatego, że promieniowanie to miało bezpośredni wpływ na stopień jonizacji gazu.
W 1928 roku Walter Müller, pod kierunkiem Geigera, stworzył kilka rodzajów liczników promieniowania przeznaczonych do rejestracji różnych cząstek jonizujących. Stworzenie liczników było bardzo pilną potrzebą, bez której nie można było kontynuować badań materiałów radioaktywnych, ponieważ fizyka jako nauka eksperymentalna jest nie do pomyślenia bez przyrządów pomiarowych. Geiger i Müller celowo pracowali nad stworzeniem liczników czułych na każdy z odkrytych do tego rodzajów promieniowania: α, β i γ (neutrony odkryto dopiero w 1932 r.).
Licznik Geigera-Mullera okazał się prostym, niezawodnym, tanim i praktycznym czujnikiem promieniowania. Chociaż nie jest to najdokładniejszy przyrząd do badania niektórych rodzajów cząstek lub promieniowania, doskonale nadaje się jako przyrząd do ogólnego pomiaru natężenia promieniowania jonizującego. W połączeniu z innymi detektorami jest również używany przez fizyków do najdokładniejszych pomiarów w eksperymentach.
Aby lepiej zrozumieć działanie licznika Geigera-Mullera, przydatne jest ogólne zrozumienie promieniowania jonizującego. Z definicji obejmują wszystko, co może powodować jonizację substancji w jej normalnym stanie. Wymaga to pewnej ilości energii. Na przykład fale radiowe, a nawet światło ultrafioletowe nie są promieniowaniem jonizującym. Granica zaczyna się od „twardego ultrafioletu”, czyli „miękkiego promieniowania rentgenowskiego”. Ten typ to promieniowanie fotonowe. Fotony o wysokiej energii nazywane są zwykle kwantami gamma.
Ernst Rutherford jako pierwszy podzielił promieniowanie jonizujące na trzy typy. Dokonano tego w układzie doświadczalnym wykorzystującym pole magnetyczne w próżni. Później okazało się, że to:
α - jądra atomów helu
β - elektrony o wysokiej energii
γ - kwanty gamma (fotony)
Później odkryto neutrony. Cząsteczki alfa są łatwo zatrzymywane nawet przez zwykły papier, cząstki beta mają nieco większą zdolność penetracji, a promienie gamma mają najwyższą. Najniebezpieczniejsze neutrony (w odległości kilkudziesięciu metrów w powietrzu!). Ze względu na swoją obojętność elektryczną nie wchodzą w interakcje z powłokami elektronowymi cząsteczek substancji. Ale gdy znajdą się w jądrze atomowym, którego prawdopodobieństwo jest dość wysokie, prowadzą do jego niestabilności i rozpadu, z utworzeniem z reguły izotopów promieniotwórczych. A już te z kolei rozkładające się same tworzą cały „bukiet” promieniowania jonizującego. Co najgorsze, sam napromieniowany obiekt lub żywy organizm staje się źródłem promieniowania na wiele godzin i dni.
Licznik Geigera-Mullera z wyładowaniem gazowym jest z reguły wykonany w postaci zamkniętej rury, szkła lub metalu, z którego usuwane jest powietrze, a zamiast tego dodaje się gaz obojętny (neon lub argon lub ich mieszaninę) pod niskim ciśnieniem, z domieszką halogenów lub alkoholu. Cienki drut jest rozciągnięty wzdłuż osi rury, a współosiowo z nim umieszczony jest metalowy walec. Zarówno rura, jak i drut są elektrodami: rura jest katodą, a drut anodą. Minus ze stałego źródła napięcia jest podłączony do katody, a plus ze stałego źródła napięcia jest podłączony do anody przez dużą stałą rezystancję. Elektrycznie uzyskuje się dzielnik napięcia, w którego punkcie środkowym (połączenie rezystancji i anody licznika) napięcie jest prawie równe napięciu u źródła. Zwykle jest to kilkaset woltów.
Kiedy jonizująca cząstka przelatuje przez rurkę, atomy gazu obojętnego, już w polu elektrycznym o dużym natężeniu, zderzają się z tą cząstką. Energia oddana przez cząsteczkę podczas zderzenia wystarcza do oderwania elektronów od atomów gazu. Powstałe w ten sposób elektrony wtórne są zdolne do tworzenia nowych zderzeń, dzięki czemu uzyskuje się całą lawinę elektronów i jonów. Pod wpływem pola elektrycznego elektrony są przyspieszane w kierunku anody, a dodatnio naładowane jony gazu - w kierunku katody lampy. W ten sposób pojawia się prąd elektryczny. Ale ponieważ energia cząstki została już zużyta na zderzenia, w całości lub w części (cząstka przeleciała przez rurkę), kończy się również dostarczanie atomów zjonizowanego gazu, co jest pożądane i zapewniane przez dodatkowe środki, które omówię przy analizie parametrów liczników.
Kiedy naładowana cząstka wchodzi do licznika Geigera-Mullera, rezystancja lampy spada z powodu powstałego prądu, a wraz z nim napięcia w punkcie środkowym dzielnika napięcia, co zostało omówione powyżej. Następnie rezystancja lampy, ze względu na wzrost jej rezystancji, zostaje przywrócona, a napięcie ponownie staje się takie samo. W ten sposób otrzymujemy ujemny impuls napięcia. Licząc pędy, możemy oszacować liczbę przechodzących cząstek. Siła pola elektrycznego w pobliżu anody jest szczególnie wysoka ze względu na jej niewielkie rozmiary, co sprawia, że licznik jest bardziej czuły.
Nowoczesne liczniki Geigera-Mullera dostępne są w dwóch głównych wersjach: „klasycznej” i płaskiej. Klasyczna lada wykonana jest z cienkościennej metalowej rurki z karbowaniem. Pofałdowana powierzchnia blatu sprawia, że tuba jest sztywna, odporna na zewnętrzne ciśnienie atmosferyczne i nie pozwala jej zapaść się pod jej działaniem. Na końcach rurki znajdują się izolatory uszczelniające wykonane ze szkła lub tworzywa termoutwardzalnego. Zawierają również nakładki na zaciski do podłączenia do obwodu przyrządu. Tuba jest oznakowana i pokryta trwałym lakierem izolacyjnym, pomijając oczywiście jej wyprowadzenia. Zaznaczona jest również polaryzacja wyprowadzeń. Jest to uniwersalny licznik do wszystkich rodzajów promieniowania jonizującego, szczególnie beta i gamma.
Liczniki wrażliwe na miękkie promieniowanie β są wykonane inaczej. Ze względu na krótki zasięg cząstek β należy je spłaszczyć, z okienkiem mikowym, które słabo opóźnia promieniowanie beta, jedną z opcji takiego licznika jest czujnik promieniowania BETA-2. Wszystkie inne właściwości mierników są określane przez materiały, z których są wykonane.
Liczniki przeznaczone do rejestracji promieniowania gamma zawierają katodę wykonaną z metali o dużej liczbie ładunków lub są pokryte takimi metalami. Gaz jest bardzo słabo zjonizowany przez fotony gamma. Ale z drugiej strony fotony gamma są w stanie wybić wiele elektronów wtórnych z katody, jeśli są odpowiednio dobrane. Liczniki Geigera-Mullera dla cząstek beta są wykonane z cienkimi okienkami dla lepszej przepuszczalności cząstek, ponieważ są to zwykłe elektrony, które właśnie otrzymały dużo energii. Bardzo dobrze oddziałują z materią i szybko tracą tę energię.
W przypadku cząstek alfa sytuacja jest jeszcze gorsza. Tak więc pomimo bardzo przyzwoitej energii, rzędu kilku MeV, cząstki alfa oddziałują bardzo silnie z cząsteczkami będącymi w drodze i szybko tracą energię. Jeśli porównamy materię z lasem, a elektron z pociskiem, to cząstki alfa będą musiały zostać porównane z czołgiem przedzierającym się przez las. Jednak zwykły licznik dobrze reaguje na promieniowanie α, ale tylko w odległości do kilku centymetrów.
Do obiektywnej oceny poziomu promieniowania jonizującego dozymetry w licznikach do użytku ogólnego często są wyposażone w dwa liczniki pracujące równolegle. Jeden jest bardziej wrażliwy na promieniowanie α i β, a drugi na promienie γ. Taki schemat użycia dwóch liczników jest zaimplementowany w dozymetrze RADEX RD1008 oraz w dozymetrze-radiometrze RADEX MKS-1009 w którym zainstalowany jest licznik BETA-2 oraz BETA-2M. Czasami pomiędzy licznikami umieszcza się sztabkę lub płytkę wykonaną ze stopu zawierającego domieszkę kadmu. Kiedy neutrony uderzają w taką poprzeczkę, pojawia się promieniowanie γ, które jest rejestrowane. Ma to na celu umożliwienie wykrycia promieniowania neutronowego, na które proste liczniki Geigera są praktycznie niewrażliwe. Innym sposobem jest pokrycie ciała (katody) zanieczyszczeniami zdolnymi do nadawania wrażliwości na neutrony.
Halogeny (chlor, brom) są mieszane z gazem, aby szybko zgasić wyładowanie. Temu samemu celowi służą opary alkoholu, chociaż alkohol w tym przypadku jest krótkotrwały (jest to generalnie cecha alkoholu), a licznik „wytrzeźwienia” stale zaczyna „dzwonić”, czyli nie może pracować w zalecanym trybie. Dzieje się to gdzieś po zarejestrowaniu impulsów 1e9 (miliardów) czyli nie tak dużo. Liczniki halogenowe są znacznie trwalsze.
Czułość licznika szacuje się stosunkiem liczby mikrorentgenów z przykładowego źródła do liczby impulsów wywołanych tym promieniowaniem. Ponieważ liczniki Geigera nie są zaprojektowane do pomiaru energii cząstek, dokładne oszacowanie jest trudne. Liczniki są kalibrowane względem standardowych źródeł izotopów. Należy zauważyć, że ten parametr może się znacznie różnić dla różnych typów liczników, poniżej znajdują się parametry najpopularniejszych liczników Geigera-Mullera:
Licznik Geigera-Mullera Beta 2- 160 ÷ 240 imp/µR
Licznik Geigera-Mullera Beta 1- 96 ÷ 144 imp/µR
Licznik Geigera-Mullera SBM-20- 60 ÷ 75 impulsów / µR
Licznik Geigera-Mullera SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp/µR
Licznik Geigera-Mullera SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp/µR
Obszar czujnika promieniowania, przez który przelatują cząstki radioaktywne. Ta cecha jest bezpośrednio związana z wymiarami czujnika. Im większy obszar, tym więcej cząstek złapie licznik Geigera-Mullera. Zwykle ten parametr jest podawany w centymetrach kwadratowych.
Licznik Geigera-Mullera Beta 2- 13,8 cm 2
Licznik Geigera-Mullera Beta 1- 7 cm 2
To napięcie odpowiada w przybliżeniu połowie charakterystyki roboczej. Charakterystyka pracy jest płaską częścią zależności liczby rejestrowanych impulsów od napięcia, dlatego nazywana jest również „plateau”. W tym momencie osiągnięta jest najwyższa prędkość robocza (górna granica pomiaru). Typowa wartość 400 V.
Jest to różnica między napięciem przebicia iskry a napięciem wyjściowym na płaskiej części charakterystyki. Typowa wartość to 100 V.
Nachylenie jest mierzone jako procent impulsów na wolt. Charakteryzuje błąd statystyczny pomiarów (zliczanie liczby impulsów). Typowa wartość to 0,15%.
Do mierników ogólnego przeznaczenia -50 ... +70 stopni Celsjusza. Jest to bardzo ważny parametr w przypadku pracy miernika w komorach, kanałach i innych miejscach skomplikowanego wyposażenia: akceleratory, reaktory itp.
Całkowita liczba impulsów, które licznik zarejestruje przed momentem, w którym jego odczyty zaczną stawać się nieprawidłowe. W przypadku urządzeń z dodatkami organicznymi samogaszenie wynosi zwykle 1e9 (dziesięć do dziewiątej potęgi, czyli miliard). Zasób jest brany pod uwagę tylko wtedy, gdy do licznika jest przyłożone napięcie robocze. Jeśli licznik jest po prostu przechowywany, ten zasób nie jest zużywany.
Jest to czas (czas powrotu), w którym miernik przewodzi prąd po wyzwoleniu przez przechodzącą cząstkę. Istnienie takiego czasu oznacza, że istnieje górna granica częstotliwości impulsów, a to ogranicza zakres pomiarowy. Typowa wartość to 1e-4 s, czyli dziesięć mikrosekund.
Należy zauważyć, że ze względu na czas martwy czujnik może okazać się „poza skalą” i milczeć w najbardziej niebezpiecznym momencie (na przykład spontaniczna reakcja łańcuchowa w produkcji). Zdarzały się takie przypadki, a do ich zwalczania stosuje się ekrany ołowiane, obejmujące część czujników systemów alarmowych.
Mierzone w komorach ołowianych o grubych ściankach w celu oceny jakości mierników. Typowa wartość 1 ... 2 impulsy na minutę.
Przemysł radziecki, a teraz rosyjski, produkuje wiele rodzajów liczników Geigera-Mullera. Oto kilka popularnych marek: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, liczniki serii Gamma, liczniki końcowe serii " Beta” i jest wiele innych. Wszystkie są wykorzystywane do kontroli i pomiaru promieniowania: w obiektach przemysłu jądrowego, w instytucjach naukowych i edukacyjnych, w obronie cywilnej, medycynie, a nawet w życiu codziennym. Po wypadku w Czarnobylu dozymetry domowe, wcześniej nieznane ludności nawet z nazwy, stały się bardzo popularne. Pojawiło się wiele marek dozymetrów domowych. Wszyscy używają licznika Geigera-Mullera jako czujnika promieniowania. W dozymetrach domowych instaluje się od jednej do dwóch rurek lub liczników końcowych.
Przez długi czas powszechna była jednostka miary P (rentgen). Jednak po przejściu do układu SI pojawiają się inne jednostki. Rentgen to jednostka dawki ekspozycyjnej, „ilość promieniowania”, wyrażona przez liczbę jonów utworzonych w suchym powietrzu. Przy dawce 1 R w 1 cm3 powietrza powstaje 2,082e9 par jonów (co odpowiada 1 jednostce ładunku CGSE). W układzie SI dawka ekspozycyjna wyrażana jest w kulombach na kilogram, a w przypadku promieniowania rentgenowskiego jest to związane równaniem:
1 C/kg = 3876 R
Pochłonięta dawka promieniowania mierzona jest w dżulach na kilogram i nazywana jest szarością. Ma to na celu zastąpienie przestarzałej jednostki radiowej. Moc dawki pochłoniętej jest mierzona w szarościach na sekundę. Dawka ekspozycji (EDR), poprzednio mierzona w rentgenach na sekundę, jest teraz mierzona w amperach na kilogram. Równoważna dawka promieniowania, przy której dawka pochłonięta wynosi 1 Gy (Gray), a współczynnik jakości promieniowania wynosi 1, nazywana jest siwertem. Rem (biologiczny odpowiednik rentgena) to jedna setna siwerta i jest obecnie uważany za przestarzały. Jednak nawet dzisiaj wszystkie przestarzałe jednostki są bardzo aktywnie wykorzystywane.
Główne pojęcia w pomiarach promieniowania to dawka i moc. Dawka to liczba ładunków elementarnych w procesie jonizacji substancji, a moc to szybkość tworzenia dawki w jednostce czasu. A w jakich jednostkach się to wyraża, to kwestia gustu i wygody.
Nawet najmniejsza dawka jest niebezpieczna pod względem długotrwałego wpływu na organizm. Obliczenie ryzyka jest dość proste. Na przykład twój dozymetr pokazuje 300 milirentgenów na godzinę. Jeśli zostaniesz w tym miejscu przez jeden dzień, otrzymasz dawkę 24*0,3 = 7,2 rentgenów. To niebezpieczne i musisz jak najszybciej się stąd wydostać. Generalnie, po odkryciu nawet słabego promieniowania, trzeba się od niego oddalić i sprawdzić nawet z dużej odległości. Jeśli „podąży za tobą”, możesz „pogratulować”, uderzyły cię neutrony. I nie każdy dozymetr może na nie odpowiedzieć.
W przypadku źródeł promieniowania stosuje się wartość, która charakteryzuje liczbę rozpadów w jednostce czasu, nazywa się to aktywnością i jest również mierzona w wielu różnych jednostkach: curie, becquerel, rutherford i kilku innych. Ilość aktywności, mierzona dwukrotnie przy wystarczającym odstępie czasowym, jeśli maleje, pozwala obliczyć czas, zgodnie z prawem rozpadu promieniotwórczego, kiedy źródło staje się wystarczająco bezpieczne.
Schematycznie urządzenie licznika wyładowań gazu Geigera-Mullera pokazano na ryc. 5.4. Licznik wykonany jest w formie metalowego walca służącego jako katoda W celu, mm średnicy. anoda ALE zastosowano cienki drut stalowy o średnicy mm, rozciągnięty wzdłuż osi cylindra i izolowany od katody korkami izolacyjnymi P. Butla wypełniona jest argonem pod zmniejszonym ciśnieniem ( 100 mm Hg) z dodatkiem niewielkiej ilości ( 0,5 %) opary alkoholu etylowego lub halogenów.
Na ryc. 5.4 przedstawia schemat połączeń licznika w celu zbadania jego charakterystyki prądowo-napięciowej. Stałe napięcie jest dostarczane do elektrod ze źródła pola elektromagnetycznego mi. Ilość prądu przepływającego przez gaz jest mierzona spadkiem napięcia na rezystancji pomiarowej R.
Załóżmy, że gaz jest wystawiony na promieniowanie o stałym natężeniu (jonizator). W wyniku działania jonizatora gaz uzyskuje pewną przewodność elektryczną i w obwodzie popłynie prąd, którego zależność od przyłożonego napięcia pokazano na
Ryż. 5.5.
Przy niskich napięciach prąd przepływający przez urządzenie jest niewielki. Możliwe jest zarejestrowanie tylko całkowitego prądu spowodowanego przejściem dużej liczby cząstek. Urządzenia działające w tym trybie nazywają się komory jonizacyjne. Ten tryb odpowiada obszarom I oraz II.
Lokalizacja włączona I prąd wzrasta proporcjonalnie do napięcia, tj. Prawo Ohma jest spełnione. W tym obszarze jednocześnie z procesem jonizacji zachodzi proces odwrotny - rekombinacja (połączenie jonów dodatnich i elektronów z utworzeniem cząstek obojętnych).
Przy dalszym wzroście napięcia wzrost natężenia prądu spowalnia i całkowicie się zatrzymuje (sekcja II). Występuje prąd nasycenia. Prąd nasycenia to maksymalna wartość prądu, gdy wszystkie jony i elektrony wytworzone przez zewnętrzny jonizator w jednostce czasu docierają do elektrod w tym samym czasie. Wartość prądu nasycenia zależy od mocy jonizatora. Prąd nasycenia jest miarą działania jonizującego jonizatora: zatrzymanie działania jonizatora spowoduje również zatrzymanie wyładowania.
Przy dalszym wzroście napięcia prąd rośnie dość wolno (sekcja III). Przy wysokich napięciach elektrony generowane pod działaniem zewnętrznego jonizatora, silnie przyspieszane przez pole elektryczne, zderzają się z cząsteczkami gazu obojętnego i jonizują je. W rezultacie powstają elektrony wtórne i jony dodatnie. Elektrony wtórne, przyspieszone w polu elektrycznym, mogą ponownie jonizować cząsteczki gazu. Całkowita liczba elektronów i jonów będzie wzrastać jak lawina, gdy elektrony poruszają się w kierunku anody (proces ten nazywa się jonizacja uderzeniowa). Liczniki działające w tym obszarze ( III), są nazywane proporcjonalny.
Nazywa się liczbę elektronów docierających do anody podzieloną przez liczbę elektronów pierwotnych współczynnik wzmocnienia gazu. Współczynnik wzmocnienia gazowego gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem napięcia, a przy wysokich napięciach zaczyna zależeć od liczby elektronów pierwotnych. W tym samym czasie licznik przełącza się z trybu proporcjonalnego na tryb ograniczona proporcjonalność(intrygować IV). W tym obszarze nie działają żadne liczniki.
Przy jeszcze wyższym napięciu pojawienie się co najmniej jednej pary jonów prowadzi do wystąpienia samopodtrzymującego się wyładowania (napięcie, przy którym następuje samopodtrzymujące się wyładowanie, nazywa się napięcie przebicia). Prąd przestaje zależeć od liczby powstających początkowo jonów i energii zarejestrowanych cząstek. Licznik zaczyna działać w trybie Geigera (sekcja V). Urządzenie, które działa w tym obszarze, nazywa się Licznik Geigera-Mullera. Niezależność natężenia prądu od energii cząstek jonizujących sprawia, że liczniki Geigera-Mullera są wygodne do rejestracji b-cząstki o widmie ciągłym.
Dalszy wzrost napięcia prowadzi do pojawienia się ciągłe wyładowanie gazu. Prąd w tym przypadku gwałtownie wzrasta (sekcja VI), a miernik może zawieść.
W ten sposób licznik Geigera-Mullera działa na zasadzie wewnętrznego wzmocnienia gazowego. Gdy do licznika zostanie przyłożone wysokie napięcie, pole w pobliżu cienkiego włókna (anody) jest wyjątkowo niejednorodne. Ze względu na duży gradient potencjału naładowana cząstka wpadająca do licznika jest przyspieszana przez pole do energii większej niż 30 eV. Przy takiej energii cząstki zaczyna działać mechanizm jonizacji uderzeniowej, dzięki któremu elektrony ulegają zwielokrotnieniu aż do lawiny. W rezultacie na rezystancji obciążenia anody powstaje impuls ujemny. Lawina elektronowa może powstać z pojedynczego elektronu złapanego między katodą a anodą.
Charakterystyka licznika Geigera-Mullera
Efektywność licznik to stosunek liczby zarejestrowanych cząstek do całkowitej liczby przechodzących przez nią cząstek. Wydajność licznika na elektrony może osiągnąć 99,9 %. Rejestracja g-promienie przechodzą przez szybkie elektrony powstające podczas absorpcji lub rozpraszania g-kwant w liczniku. Wydajność miernika do g-quantum jest zwykle rzędu %.
Ważną cechą licznika jest tło. tło wymienić odczyty urządzenia w przypadku braku badanych źródeł promieniowania. Tło licznika to: promieniowanie kosmiczne; obecność substancji promieniotwórczych w środowisku, w tym w materiałach, z których wykonany jest miernik; spontaniczne wyładowania w liczniku (fałszywe impulsy). Zwykle dla liczników Geigera-Mullera o różnych konstrukcjach tło oscyluje w granicach impulsów/min. Specjalne metody mogą zmniejszyć tło o rząd wielkości.
Licznik Geigera-Mullera może zarejestrować tylko jedną cząstkę. Aby zarejestrować następną cząstkę, konieczne jest uprzednie zgaszenie samopodtrzymującego się wyładowania. Dlatego ważną cechą licznika jest czas martwy– czas bezczynności licznika, podczas którego wyładowanie gazowe jest wygaszane. Zazwyczaj czas martwy jest rzędu s.
Wyładowanie gazu w ladzie można ugasić na dwa sposoby:
1) przez wprowadzenie do gazu złożonego związku organicznego. Wiele złożonych cząsteczek jest nieprzezroczystych dla ultrafioletu i nie pozwala na dotarcie odpowiednich kwantów do katody. Energia uwalniana przez jony na katodzie, w obecności takich substancji, jest zużywana nie na wyciąganie elektronów z katody, ale na dysocjację cząsteczek. Wystąpienie niezależnego wyładowania w takich warunkach staje się niemożliwe;
2) za pomocą oporu. Tę metodę tłumaczy się tym, że gdy prąd rozładowania przepływa przez rezystancję, następuje na niej duży spadek napięcia. W efekcie tylko część przyłożonego napięcia spada na przerwę międzyelektrodową, która jest niewystarczająca do podtrzymania rozładowania.
Czas martwy zależy od wielu czynników: wartości napięcia na liczniku; skład gazu - wypełniacz; metoda gaszenia; żywotność; temperatura itp. Dlatego trudno to obliczyć.
Jedną z najprostszych metod eksperymentalnego wyznaczania czasu martwego jest metoda dwóch źródeł.
Przemiany jądrowe i oddziaływania promieniowania z materią mają charakter statystyczny. Dlatego istnieje pewne prawdopodobieństwo, że w czasie martwym w licznik trafią dwie lub więcej cząstek t, który zostanie zarejestrowany jako jedna cząstka. Załóżmy, że sprawność licznika jest równa 100 %. Niech będzie średnią prędkością uderzenia w licznik cząstek. n to średni wskaźnik zliczania (liczba cząstek zarejestrowanych w jednostce czasu). W trakcie t cząstki zostaną zarejestrowane. Całkowity czas martwy t będzie , a liczba niepoliczonych cząstek będzie równa . Założymy, że liczba cząstek, które weszły do licznika, będzie równa sumie cząstek zarejestrowanych i niezliczonych.
