Geigerův počítač

Geigerův počítač , Geiger-Mullerův počítač  je zařízení pro výboj plynu pro automatické počítání počtu ionizujících částic , které do něj spadly .

Historie

Princip navrhl v roce 1908 Hans Geiger ; v roce 1928 Walter Müller , pracující pod vedením Geigera, uvedl do praxe několik verzí zařízení, které se lišily designem v závislosti na typu záření, které počítadlo registrovalo.

Zařízení

Jedná se o plynem plněný kondenzátor , který prorazí, když ionizující částice projde objemem plynu. Dodatečný elektronický obvod dodává elektroměru napájení (obvykle minimálně 300 V ). V případě potřeby zajišťuje potlačení výboje a počítá počet výbojů přes počítadlo.

Geigerovy čítače se dělí na nesamozhášecí a samozhášecí (nevyžadují vnější zakončovací obvod).

V domácích dozimetrech a radiometrech vyráběných v SSSR a Rusku se obvykle používají čítače s provozním napětím 390 V :

• "SBM-20" (velikost - trochu tlustší než tužka ), "SBM-21" (jako cigaretový filtr, oba s ocelovým pouzdrem, vhodné pro tvrdé β- a γ - záření );
• "SI-8B" (se slídovým okénkem v těle, vhodné pro měření měkkého β - záření ).

Široké použití Geiger-Mullerova čítače se vysvětluje jeho vysokou citlivostí, schopností registrovat různé typy záření a srovnatelnou jednoduchostí a nízkou cenou instalace.

Jak to funguje

Válcový Geiger-Mullerův počítač se skládá z kovové trubky nebo skleněné trubice pokovené zevnitř a tenké kovové nitě natažené podél osy válce. Vlákno je anoda , trubice je katoda . Trubice je naplněna zředěným plynem, ve většině případů se používají vzácné plyny  - argon a neon . Mezi katodou a anodou vzniká napětí od stovek až po tisíce voltů v závislosti na geometrických rozměrech, materiálu elektrod a plynném médiu uvnitř měřiče. Ve většině případů rozšířené domácí Geigerovy čítače vyžadují napětí 400 V.

Činnost čítače je založena na nárazové ionizaci . Gama kvanta emitovaná radioaktivním izotopem dopadající na stěny pultu z nich vyrážejí elektrony. Elektrony, pohybující se v plynu a srážející se s atomy plynu, vyrážejí elektrony z atomů a vytvářejí kladné ionty a volné elektrony. Elektrické pole mezi katodou a anodou urychluje elektrony na energie, při kterých začíná nárazová ionizace. Vzniká lavina iontů, která vede k množení primárních přenašečů. Při dostatečně vysoké intenzitě pole se energie těchto iontů stane dostatečnou k vytvoření sekundárních lavin schopných udržet nezávislý výboj, v důsledku čehož proud přes čítač prudce vzroste. Tím se Geigerův čítač odlišuje od proporcionálního čítače , kde je intenzita pole nedostatečná pro vznik sekundárních lavin a výboj se zastaví po průchodu primární laviny. V tomto případě se na odporu R vytvoří napěťový impuls , který je přiveden do záznamového zařízení. Aby počítadlo dokázalo zaregistrovat další částici, která do něj spadla, musí se uhasit výboj laviny. To se děje automaticky. V okamžiku, kdy se na odporu R objeví proudový impuls , dojde k velkému úbytku napětí, takže napětí mezi anodou a katodou prudce klesne - natolik, že se zastaví výboj a měřič je opět připraven k provozu. Pro urychlení zhášení lze použít speciální obvody, které násilně snižují napětí na čítači, což také umožňuje snížit anodový odpor a zvýšit úroveň signálu. Častěji se však do plynové směsi v čítači přidává trochu halogenu (brom nebo jód) nebo organická sloučenina s relativně velkou molekulovou hmotností (obvykle nějaký druh alkoholu) - tyto molekuly interagují s kladnými ionty, což vede k iontům s větší hmotnost a menší pohyblivost. Navíc intenzivně pohlcují ultrafialové záření výboje – tyto dva faktory vedou k rychlému a samovolnému vyhasnutí výboje i při malém anodovém odporu. Takové čítače se nazývají samozhášivé. V případě použití lihu jako zhášecí přísady se ho při každém pulzu určité množství zničí, zhášecí přísada se tedy spotřebuje a počítadlo má určitý (byť dosti velký) zdroj co do počtu registrovaných částic. Po jeho vyčerpání začne počítadlo „hořet“ – rychlost počítání se začne samovolně zvyšovat i bez ozáření a poté v počítadle dochází k nepřetržitému výboji. V halogenových počítadlech se rozložené molekuly halogenů rekombinují, takže jejich zdroj je mnohem delší ( 10 10 pulsů a více).

Počítací charakteristika (závislost rychlosti čítání na napětí na čítači) má dobře definované plató, v rámci kterého rychlost čítání závisí jen velmi málo na napětí na čítači. Délka takové plošiny dosahuje 80–100 V u nízkonapěťových elektroměrů a několik stovek voltů u vysokonapěťových elektroměrů.

Doba trvání signálu z Geigerova čítače je poměrně dlouhá ( ≈10 −4 s ). To je doba potřebná k tomu, aby pomalé kladné ionty, které po průchodu částice a průchodu elektronové laviny vyplnily prostor v blízkosti vlákna anody, přešly ke katodě a obnovila se citlivost detektoru.

Důležitou vlastností čítače je jeho účinnost. Ne všechny γ -fotony, které dopadnou na čítač, poskytnou sekundární elektrony a budou registrovány, protože interakce γ -paprsků s hmotou jsou relativně vzácné a některé sekundární elektrony jsou absorbovány ve stěnách zařízení, aniž by dosáhly objem plynu.

Účinnost registrace částic Geigerovým počítačem je různá v závislosti na jejich povaze. Nabité částice (například paprsky alfa a beta) téměř vždy způsobí výboj v pultu, ale některé z nich se ztratí v materiálu stěn pultu. To platí zejména pro alfa částice a měkké beta záření. Pro jejich registraci v čítači je vyrobeno tenké okénko ( 2–7 µm pro registraci alfa záření a 10–15 µm pro měkké beta záření) ze slídy, hliníkové nebo beryliové fólie nebo polymerového filmu. Účinnost čítače pro rentgenové a gama záření závisí na tloušťce stěn čítače, jejich materiálu a energii záření. Protože γ -záření slabě interaguje s hmotou, účinnost γ - čítačů je obvykle nízká a dosahuje pouze 1–2 % . Čítače, jejichž stěny jsou vyrobeny z materiálu s velkým atomovým číslem Z , mají nejvyšší účinnost , protože v tomto případě se zvyšuje tvorba sekundárních elektronů. Kromě toho musí být stěny pultu dostatečně silné. Tloušťka stěny čítače se volí z podmínky její rovnosti se střední volnou dráhou sekundárních elektronů v materiálu stěny. Při velké tloušťce stěny neprojdou sekundární elektrony do pracovního objemu čítače a nedojde k proudovému pulzu. To vede k charakteristické závislosti rychlosti počítání na energii gama kvanta (tzv. „tvrdý pohyb“) s výrazným maximem, které se u většiny Geigerových počítačů nachází v oblasti měkkého gama záření. Při použití Geigerových čítačů v dozimetrických zařízeních je „pohyb tvrdosti“ částečně korigován pomocí přídavné clony (například oceli nebo olova), která absorbuje měkké gama záření blízko maxima citlivosti a zároveň mírně zvyšuje účinnost záznamu tvrdých gama kvant v důsledku generování sekundárních elektronů a Comptonova záření v materiálu obrazovky. V důsledku toho je závislost četnosti impulzů na příkonu dávky do značné míry vyrovnána. Tato clona je často odnímatelná, aby umožnila oddělenou detekci beta a gama záření. K registraci rentgenového záření se naopak používají čítače s tenkým okénkem, podobné těm, které se používají v detektorech pro záření alfa a měkkého beta.

Neutrony nejsou přímo detekovány počítadly plynových výbojů. Použití helia-3 nebo fluoridu boritého jako plynného média nebo zavedení boru do složení materiálu stěny umožňuje detekovat neutrony z nabitých produktů jaderných reakcí.

Kromě nízké a vysoce energeticky závislé účinnosti je nevýhodou Geiger-Mullerova počítače to, že neumožňuje identifikovat částice a určit jejich energii. Tyto nedostatky chybí u scintilačních čítačů .

Při měření slabých toků ionizujícího záření Geigerovým počítačem je nutné počítat s jeho vlastním pozadím. Dokonce ani v silném olověném stínění se počet impulzů nikdy nedostane k nule. Jedním z důvodů této samovolné aktivity čítače je tvrdá složka kosmického záření, která proniká bez výraznějšího útlumu i přes desítky centimetrů olova a skládá se převážně z mionů. Každým čtverečním centimetrem v blízkosti zemského povrchu proletí v průměru asi 1 mion za minutu, přičemž účinnost jejich registrace pomocí Geigerova počítače je téměř 100 %. Dalším zdrojem pozadí je radioaktivní „kontaminace“ materiálů v samotném pultu. Kromě toho významně přispívá k vnitřnímu pozadí spontánní emise elektronů z katody čítače.

Poznámka

Z historických důvodů existuje rozpor mezi ruskou a anglickou verzí tohoto a následujících termínů:

Viz také

• Ionizační komora
• Snímač přímého nabíjení
• koronární čítač
• Registrace ionizujícího záření

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Britannica (online)
V bibliografických katalozích	BNF : 11981090j GND : 4131874-2 J9U : 987007560574305171 LCCN : sh85053668