Licznik Geigera - główny czujnik do pomiaru promieniowania. Rejestruje promieniowanie gamma, alfa, beta i promieniowanie rentgenowskie. Ma najwyższą czułość w porównaniu z innymi metodami rejestracji promieniowania, na przykład komory jonizacyjne. Jest to główny powód jego szerokiej dystrybucji. Inne czujniki do pomiaru promieniowania są używane bardzo rzadko. Prawie wszystkie dozymetryczne urządzenia monitorujące są zbudowane dokładnie na licznikach Geigera. Są produkowane w dużych ilościach i są urządzenia różnych poziomów: od militarnych dozymetrów akceptacji po chińskie towary konsumpcyjne. Teraz kupowanie dowolnego urządzenia do pomiaru promieniowania nie stanowi problemu.
Uniwersalne rozmieszczenie przyrządów dozymetrycznych jeszcze nie było. Tak więc do 1986 roku, podczas wypadku w Czarnobylu, okazało się, że populacja po prostu nie ma żadnych urządzeń do rozpoznania dozymetrycznego, które, nawiasem mówiąc, dodatkowo pogarszały konsekwencje katastrofy. W tym samym czasie, pomimo rozprzestrzeniania się amatorskiego radia i kręgów kreatywności technicznej, liczniki Geigera nie były sprzedawane w sklepach, więc wykonanie domowych dozymetrów było niemożliwe.
Zasada działania liczników Geigera
To elektroakustyczne urządzenie o niezwykle prostej zasadzie działania. Czujnik promieniowania radioaktywnego jest metalową lub szklaną komorą z metalizacją wypełnioną rozładowanym gazem obojętnym. Na środku aparatu znajduje się elektroda. Zewnętrzne ściany komory są podłączone do źródła wysokiego napięcia (zwykle 400 woltów). Elektroda wewnętrzna - do czułego wzmacniacza. Promieniowanie jonizujące (promieniowanie) to strumień cząsteczek. Dosłownie przenoszą elektrony z katody wysokonapięciowej na filamenty anodowe. Po prostu indukuje napięcie, które można już zmierzyć poprzez podłączenie do wzmacniacza.
Wysoka czułość licznika Geigera wynika z efektu lawiny. Energia, którą wzmacniacz rejestruje na wyjściu, nie jest energią źródła promieniowania jonizującego. Jest to energia wysokonapięciowego zasilacza samego dozymetru. Przenikająca cząstka przenosi tylko elektron (ładunek energii, który zamienia się w prąd rejestrowany przez miernik). Między elektrodami wprowadzono mieszaninę gazową składającą się z gazów szlachetnych: argonu, neonu. Jest przeznaczony do gaszenia wyładowań wysokonapięciowych. Jeśli nastąpi takie rozładowanie, będzie ono fałszywie dodatnie dla licznika. Kolejny obwód pomiarowy ignoruje takie wartości odstające. Ponadto należy również zabezpieczyć zasilanie wysokiego napięcia.
Obwód mocy w liczniku Geigera dostarcza prąd wyjściowy w kilku mikroamperach przy napięciu wyjściowym 400 woltów. Dokładną wartość napięcia zasilającego ustala się dla każdej marki miernika zgodnie z jego specyfikacją techniczną.
Liczniki Geigera, czułość, rejestrowane emisje
Za pomocą licznika Geigera można rejestrować i dokładnie mierzyć promieniowanie gamma i beta. Niestety, nie można bezpośrednio rozpoznać rodzaju promieniowania. Odbywa się to pośrednio poprzez zainstalowanie barier między czujnikiem a badanym obiektem lub terenem. Promienie gamma mają wysoką przepuszczalność, a ich tło nie ulega zmianie. Jeśli dozymetr wykryje promieniowanie beta, instalacja bariery separacyjnej, nawet z cienkiego arkusza metalu, prawie całkowicie zablokuje przepływ cząstek beta.
Wspólne zestawy indywidualnych dozymetrów DP-22, DP-24 nie używały liczników Geigera. Zamiast tego zastosowano czujnik komory jonizacyjnej, więc czułość była bardzo niska. Nowoczesne przyrządy dozymetryczne na licznikach Geigera są tysiąc razy bardziej czułe. Dzięki nim możesz rejestrować naturalne zmiany w promieniowaniu tła słonecznego.
Niezwykłą cechą licznika Geigera jest jego czułość, która jest kilkadziesiąt lub setek razy większa od wymaganego poziomu. Jeśli licznik zostanie włączony w całkowicie zabezpieczonej komorze głównej, to pokaże ogromne naturalne tło promieniowania. Odczyty te nie są wadą samego projektu licznika, który został zweryfikowany przez liczne testy laboratoryjne. Takie dane są konsekwencją naturalnego promieniowania tła kosmicznego. Eksperyment pokazuje tylko, jak czuły jest licznik Geigera.
W szczególności do pomiaru tego parametru, parametry techniczne wskazują wartość czułości licznika impulsów impulsu (impulsy na mikrosekundę). Im więcej tych impulsów, tym większa czułość.
Pomiar promieniowania za pomocą licznika Geigera, obwodu dozymetru
Obwód dozymetru można podzielić na dwa moduły funkcjonalne: zasilacz wysokiego napięcia i obwód pomiarowy. Zasilacz wysokiego napięcia - analogowy. Moduł pomiarowy w dozymetrach cyfrowych jest zawsze cyfrowy. Jest to licznik impulsów, który wyświetla odpowiednią wartość w postaci liczb na skali wagi. Aby zmierzyć dawkę promieniowania, należy liczyć impulsy na minutę, 10, 15 sekund lub inne wartości. Mikrokontroler przelicza liczbę impulsów na określoną wartość w skali dozymetru w standardowych jednostkach promieniowania. Oto najczęściej spotykane:
- RTG (zwykle stosowane prześwietlenie);
- Sievert (mikrozivert - mSv);
- Rem;
- Grey, zadowolony
- gęstość przepływu w mikropłytkach / m2.
Sievert jest najpopularniejszą jednostką pomiaru promieniowania. Wszystkie normy są z nim skorelowane, nie są wymagane dodatkowe przeliczenia. Rem - jednostka określająca wpływ promieniowania na obiekty biologiczne.
Porównanie licznika gazów wyładowczych Geigera z półprzewodnikowym czujnikiem promieniowania
Licznik Geigera to urządzenie wyładowcze, a obecnym trendem w dziedzinie mikroelektroniki jest ich powszechna utylizacja. Opracowano dziesiątki wariantów półprzewodnikowych czujników promieniowania. Zarejestrowany przez nich poziom promieniowania tła jest znacznie wyższy niż dla liczników Geigera. Czułość czujnika półprzewodnikowego jest gorsza, ale ma inną zaletę - opłacalność. Półprzewodniki nie wymagają dużej mocy napięciowej. W przypadku przenośnych dozymetrów zasilanych bateryjnie są one dobrze dopasowane. Kolejną zaletą jest rejestracja cząstek alfa. Objętość gazu w mierniku jest znacznie większa niż czujnik półprzewodnikowy, ale nadal jego wymiary są dopuszczalne nawet w przypadku przenośnej technologii.
Pomiar promieniowania alfa, beta i gamma
Promieniowanie gamma jest najłatwiejsze do zmierzenia. Jest to promieniowanie elektromagnetyczne, które jest strumieniem fotonów (światło jest również strumieniem fotonów). W przeciwieństwie do światła ma znacznie wyższą częstotliwość i bardzo krótką długość fali. Pozwala to na penetrację atomów. W obronie cywilnej promieniowanie gamma jest promieniowaniem przenikliwym. Przenika przez ściany domów, samochodów, różnych konstrukcji i zatrzymuje się tylko o warstwę ziemi lub betonu o kilku metrach. Rejestracja kwantów gamma odbywa się z podziałką dozymetru zgodnie z naturalnym promieniowaniem gamma Słońca. Nie są wymagane żadne źródła promieniowania. To zupełnie co innego z promieniowaniem beta i alfa.
Jeśli promieniowanie α (promieniowanie alfa) jest jonizujące, pochodzi z obiektów zewnętrznych, to jest prawie bezpieczne i jest strumieniem atomów helu. Zakres i przepuszczalność tych cząstek jest niewielki - kilka mikrometrów (maksimum milimetrów) - w zależności od przepuszczalności ośrodka. Z powodu tej funkcji prawie nie rejestruje się za pomocą licznika Geigera. Równocześnie ważna jest rejestracja promieniowania alfa, ponieważ cząstki te są niezwykle niebezpieczne, gdy przenikają do wnętrza ciała z powietrzem, pożywieniem i wodą. Na ich dekret liczniki Geigera są ograniczone. Specjalne czujniki półprzewodnikowe są bardziej powszechne.
Promieniowanie beta jest doskonale rejestrowane przez licznik Geigera, ponieważ cząstka beta jest elektronem. Może latać setkami metrów w atmosferze, ale jest dobrze pochłaniany przez metalowe powierzchnie. Pod tym względem licznik Geigera musi mieć okienko miki. Komora metalowa wykonana jest z niewielkiej grubości ścianki. Skład gazu wewnętrznego dobierany jest w taki sposób, aby zapewnić mały spadek ciśnienia. Detektor promieniowania beta umieszczany jest na zdalnej sondzie. W życiu codziennym takie dozymetry nie są rozpowszechnione. Są to głównie produkty wojskowe.
Indywidualny dozymetr z licznikiem Geigera
Ta klasa urządzeń jest bardzo czuła, w przeciwieństwie do starszych modeli z komorami jonizacyjnymi. Niezawodne modele są oferowane przez wielu producentów krajowych: "Terra", "MKS-05", "DKR", "Radeks", "RKS". Są to wszystkie samodzielne urządzenia z danymi wyjściowymi do ekranu w standardowych jednostkach. Istnieje tryb wskazania skumulowanej dawki promieniowania i chwilowego poziomu tła.
Obiecującym kierunkiem jest domowy prefiks dozymetru do smartfona. Takie urządzenia są produkowane przez zagranicznych producentów. Mają bogate możliwości techniczne, istnieje funkcja przechowywania wskazań, kalkulacji kosztów, ponownego obliczania i sumowania promieniowania przez dni, tygodnie, miesiące. Jak dotąd, ze względu na niskie wielkości produkcji, koszt tych urządzeń jest dość wysoki.
Domowe dozymetry, dlaczego są potrzebne?
Licznik Geigera jest specyficznym elementem dozymetru, całkowicie niedostępnym dla niezależnej produkcji. Ponadto można go znaleźć tylko w dozymetrach lub sprzedawać osobno w sklepach radiowych. Jeśli ten czujnik jest dostępny, wszystkie pozostałe elementy dozymetru mogą być montowane niezależnie od części różnych elektroniki użytkowej: telewizorów, płyt głównych itp. Około dwunastu projektów jest obecnie oferowanych na amatorskich stronach radiowych i forach. Warto je zbierać, ponieważ są to najbardziej dojrzałe opcje, posiadające szczegółowe samouczki dotyczące konfiguracji i regulacji.
Obwód do włączenia licznika Geigera zawsze oznacza źródło wysokiego napięcia. Typowe napięcie robocze miernika wynosi 400 woltów. Jest uzyskiwany zgodnie z obwodem generatora blokującego i jest to najbardziej złożony element obwodu dozymetru. Wyjście licznika można podłączyć do wzmacniacza niskiej częstotliwości i policzyć kliknięcia w głośniku. Taki dozymetr jest montowany na wypadek awarii, gdy praktycznie nie ma czasu na produkcję. Teoretycznie wyjście licznika Geigera można podłączyć do wejścia audio sprzętu gospodarstwa domowego, takiego jak komputer.
Samodzielnie wykonane dozymetry odpowiednie do dokładnych pomiarów są montowane na mikrokontrolerach. Umiejętności programowania nie są tutaj potrzebne, ponieważ program jest rejestrowany jako gotowy do bezpłatnego dostępu. Trudności są typowe dla domowej produkcji elektronicznej: uzyskanie płytki drukowanej, lutowanie elementów radiowych i wykonanie obudowy. Wszystko to rozwiązuje się w małym warsztacie. Self-made dozymetry z liczników Geigera są wykonywane w przypadkach, gdy:
- Nie ma możliwości zakupu gotowego dozymetru;
- potrzebować urządzenia o szczególnych właściwościach;
- konieczne jest zbadanie procesu budowy i dostosowania dozymetru.
Domowy dozymetr jest skalibrowany na naturalnym tle za pomocą innego dozymetru. Tu kończy się proces budowy.
