Будова та принцип роботи лічильника Гейгера – Мюллера
В останнім часом, увага до радіаційної безпеки з боку пересічних громадян нашій країні дедалі більше зростає. І це пов'язано не лише з трагічними подіями на чорнобильській АЕС та подальшими її наслідками, а й з різними подіями, які періодично трапляються в тому чи іншому місці планети. У зв'язку з цим, наприкінці минулого століття почали з'являтися прилади дозиметричного контролю радіації побутового призначення. І такі прилади дуже багатьом людям врятували не тільки здоров'я, а іноді й життя, і це стосується не тільки територій, що прилягають до зони відчуження. Тому питання радіаційної безпеки актуальні в будь-якому місці нашої країни і до сьогодні.
Всі побутові та практично всі професійні сучасні дозиметри оснащуються <лічильниками Гейгера - Мюллера. Інакше його можна назвати чутливим елементом дозиметра. Даний прилад був винайдений в 1908 році німецьким фізиком Гансом Гейгером, а через двадцять років, цю розробку вдосконалив ще один фізик Вальтер Мюллер, і саме принцип цього пристрою і застосовується в
радіометри і зараз.
Деякі сучасні дозиметри мають відразу по чотири лічильника, що дозволяє підвищити точність вимірювань та чутливість приладу, а також зменшити час проведення вимірювання. Більшість лічильників Гейгера – Мюллера здатні реєструвати гамма-випромінювання, високоенергетичне бета-випромінювання та рентгенівське проміння. Проте є спеціальні розробки визначення альфа-частинок високих енергій. Для налаштування дозиметра на визначення лише гамма-випромінювання, найнебезпечнішого із трьох видів радіації, чутливу камеру вкривають спеціальним кожухом зі свинцю або іншої сталі, що дозволяє відсікнути проникнення в лічильник бета-частин.
В сучасних дозиметрах побутового та професійного призначення широко застосовуються датчики типу СБМ-20, СБМ-20-1, СБМ-20У, СБМ-21, СБМ-21-1. Вони відрізняються габаритними розмірами камери та іншими параметрами, для лінійки 20-х датчиків характерні такі габарити, довжина 110 мм, діаметр 11 мм, а для 21 моделі, довжина 20-22 мм при діаметрі 6мм. Важливо розуміти, що чим більше розміри камери, тим більше радіоактивних елементів через неї пролітатиме, і тим більшою чутливістю і точністю вона володіє. Так, для 20-х серій датчика характерні розміри в 8-10 разів більші, ніж для 21-ї, приблизно в таких же пропорціях ми матимемо різницю в чутливості.
Конструкцію лічильника Гейгера можна схематично описати так . Датчик, що складається з циліндричного контейнера, який закачаний інертний газ (наприклад, аргон, неон або їх суміші) під мінімальним тиском, це робиться для полегшення виникнення електричного розряду між катодом і анодом. Катод, найчастіше, являє собою весь металевий корпус чутливого датчика, а анод невелику тяганину, розміщену на ізоляторах. Іноді катод додатково обертають захисним кожухом з нержавіючої сталі або свинцю, це робиться для налаштування лічильника на визначення тільки гамма-квантів.
Для побутового застосування, в даний час , Найчастіше використовуються датчики торцевого виконання (наприклад, Бета-1, Бета-2). Такі лічильники влаштовані таким чином, що здатні виявляти та реєструвати навіть альфа-частинки. Такий лічильник є плоским циліндром з розташованими всередині електродами, і вхідним (робочим) вікном, виконаним зі слюдяної плівки товщиною всього 12 мкм. Така конструкція дозволяє визначити (з близької відстані) високоенергетичні альфа-частинки та слабоенергетичні бета-частинки. При цьому площа робочого вікна лічильників Бета-1 та Бета 1-1 складає 7 кв.см. Площа слюдяного робочого вікна для приладу Бета-2 вдвічі більша, ніж у Бета-1, його цілком можна використовувати для визначення радіоактивності продуктів харчування. >,
предметів старовини,
дитячих іграшок, ювелірних виробів і т.д.
Якщо говорити про принцип роботи камери лічильника Гейгера, то коротко її можна описати так. При активації
дозиметра, на катод та анод подається висока напруга (порядку 350 – 475 вольт) через навантажувальний резистор, проте між ними не відбувається розряду через інертний газ, що служить діелектриком. При попаданні в камеру
радіоактивної частинки її енергії виявляється достатньо, щоб вибити вільний електрон з матеріалу корпусу камери або катода, цей електрон лавиноподібно починає вибивати вільні електрони з навколишнього інертного газу і відбувається його іонізація, що у результаті призводить до розряду між електродами. Ланцюг замикається, і цей факт можна зареєструвати за допомогою мікросхеми приладу, що є фактом виявлення радіоактивної частки або кванта гамма або рентгенівського випромінювання. Потім камера входить у вихідний стан, що дозволяє виявити наступну частинку.
Щоб процес розряду в камері припинити і підготувати камеру для реєстрації наступної частки, існує два способи, один з них заснований на тому, що на дуже короткий проміжок часу припиняється напруга на електроди, що припиняє процес іонізації газу. Другий спосіб заснований на додаванні в інертний газ ще однієї речовини, наприклад, йоду, спирту та інших речовин, при цьому вони призводять до зменшення напруги на електродах, що припиняє процес подальшої іонізації і камера стає здатною виявити наступний радіоактивний елемент. При цьому методі використовується резистор навантаження великої ємності.
Про кількість розрядів у камері лічильника та можна судити про рівень радіації на вимірюваній місцевості або від конкретного предмета.