Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гейгер как изобрели счетчик

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Как использовать счетчик Гейгера

Ханс Гейгер и Эрнест Резерфорд изобрели оригинальный счетчик Гейгера в 1908 году для обнаружения альфа-частиц. Гейгер и Вальтер Мюллер усовершенствовали его конструкцию в 1928 году для обнаружения других видов излучения. Датчик счетчика Гейгера представляет собой центральный анод металлического провода, окруженный тонкой металлической катодной трубкой, заполненной неоном, аргоном и газообразным галогеном, который детектирует излучение, пропорциональное тому, насколько газ внутри трубки ионизирован.

Пользоваться счетчиком Гейгера довольно просто. Включите счетчик Гейгера, чтобы приложить электрический заряд к анодному проводу. Счетчик будет щелкать или мигать примерно от 10 до 20 раз в минуту, поскольку он обнаруживает фоновое излучение.

Пронесите датчик, называемый трубой Гейгера-Мюллера, над материалом, который будет оцениваться с помощью тонкого окна слюды, обращенного к материалу. Излучение из материала, если оно есть, пройдет через окно и ионизирует газ внутри трубки.

Изучите считанное значение, будь то мигающий светодиод, слышимый щелчок или в современных счетчиках показание стрелки или символьное значение. Если это значение выше уровня фонового излучения, материал радиоактивен. Подсчитайте количество щелчков или миганий, чтобы определить, насколько радиоактивный материал.

Также стоит знать, что заменив газ в датчике трифторидом бора и добавив пластиковый замедлитель, счетчик Гейгера можно использовать для обнаружения нейтронов.

Обязательно надевайте соответствующую радиационную защиту при использовании счетчика Гейгера. Альфа-частицы (ядра гелия) представляют собой низкоэнергетическое излучение, которое можно остановить несколькими дюймами воздуха, листов бумаги или слоев одежды. Бета-частицы (высокоэнергетические электроны) являются более мощными, способными проникать в алюминиевую пленку толщиной до трех миллиметров. Гамма-частицы (фотоны высоких энергий) могут проникать в несколько сантиметров свинца и требуют остановки посредством толстого свинцового экранирования. Все счетчики Гейгера испытывают небольшое количество «мертвого времени» между частицами, ионизирующими газ в своем датчике, обычно измеряемыми в микросекундах. Хотя существует математическая формула для компенсации мертвого времени, в большинстве случаев мертвое время можно игнорировать, за исключением случаев, когда речь идет о высокоэнергетической радиации. Счетчики Гейгера могут обнаруживать только наличие и интенсивность излучения. Чтобы определить уровни энергии частиц, используйте пропорциональный счетчик. Счетчики Гейгера не могут точно измерить присутствие газа радона в доме. Для этого приобретите детектор радона с активированным углем.

Ганс Гейгер

немецкий физик, создавший счетчик частиц радиоактивного излучения

  • 30 сентября 1882 139 лет назад
  • 24 сентября 1945 76 лет назад

Ганс Гейгер

Сегодня про изобретение ученого – счетчик частиц радиоактивного излучения (счетчик Гейгера) знает каждый школьник. В настоящее время это самый распространенный детектор ионизирующего излучения – измеритель радиации, который используется во многих областях.

Ганс Гейгер (нем. Hans Geiger, полное имя — Ганс (Ханс) Вильгельм Гейгер) родился 30 сентября 1882 года в Нейштадте (Германия), в семье преподавателя филологии. По окончанию гимназии он поступил в Эрлангенский университет и одновременно посещал лекции по физике в университетах Мюнхена и Тюбингена.

Успешно окончив Эрлангенский университет со степенью доктора наук в 1906 году, Гейгер был направлен работать в Манчестерский университет, где находилась одна из самых престижных и развитых кафедр физики в Европе тех лет. Там он стал ближайшим помощником и коллегой выдающегося физика Э.Резерфорда.

Читайте так же:
Кто будет устанавливать общедомовые счетчики

В 1908 году Ганс определил заряд электрона и вместе с Резерфордом изобрел прибор для счета отдельных заряженных частиц – счетчик Гейгера, регистрирующий интенсивность радиоактивного излучения. Позже в 1928 году он усовершенствовал свое изобретение совместно с немецким физиком В.Мюллером (счетчик Гейгера–Мюллера). Разновидность этого счетчика применялась в экспериментах по определению строения атома.

В последующие годы Гейгер провел множество экспериментов по прохождению альфа-частиц через тонкие пленки разных металлов, установив, что некоторое, очень небольшое, количество частиц рассеивается на значительные углы. Результаты этих опытов сыграли решающую роль в открытии Резерфордом атомного ядра и создания им полноценной модели атома.

Также в этот период Гейгер, совместно с английским физиком Д.Нэттолом, сформулировал эмпирическую формулу, связывающую постоянную радиоактивного распада с энергией альфа-частиц (закон Гейгера-Нэттола).

В 1912 году ему предложили возглавить специально построенную для его исследований радиоактивности лабораторию при Физико-техническом институте в Берлине. Вернувшись в Германию и возглавив лабораторию, Гейгер продолжил свои исследования атомной структуры.

Во время Первой мировой войны в 1914 году ученого призвали на службу в главный штаб немецкой артиллерии. В военных действиях он не участвовал, но частые поездки на фронт подорвали его здоровье, и всю жизнь он страдал от ревматизма. В 1918 году Ганс вернулся к работе в свою лабораторию.

В 1925 году его пригласили на должность профессора и директора Физического института Кильского университета. Вместе с В.Боте Гейгер экспериментально доказал справедливость закона сохранения энергии и импульса в элементарном атомном акте в эффекте Комптона. Позже в 1929-1936 годах он работал в университете в Тюбингене, где продолжал заниматься изучением искусственной радиоактивности и ядерного распада, там же впервые в истории наблюдал за потоком космических лучей в камере Вильсона. С 1936 года Гейгер – профессор Технического университета в Берлине.

Но уже в 1938 году здоровье физика сильно ухудшилось. Из-за развившегося ревматизма он практически не выходил из дома. К окончанию Второй мировой войны, когда войска Красной Армии вели бои под Берлином, он с семьей уехал из города в Потсдам.

Немецкий физик-экспериментатор, член Берлинской Академии наук и Академии «Леопольдина» — Ганс Гейгер был награжден медалью Д.Юза. Он был женат на Элизабет Хеффтер, у них было трое сыновей.

Умер Ганс Вильгельм Гейгер 24 сентября 1945 года в Потсдаме.

Счётчик Гейгера

Счётчик Ге́йгера, счётчик Ге́йгера — Мю́ллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Устройство
  • 3 Принцип работы
  • 4 Примечание
  • 5 См. также

История [ править | править код ]

Принцип предложен в 1908 году Хансом Гейгером; в 1928 Вальтер Мюллер, работая под руководством Гейгера, реализовал на практике несколько версий прибора, конструктивно отличавшихся в зависимости от типа излучения, которое регистрировал счётчик.

Устройство [ править | править код ]

Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В ). При необходимости обеспечивает гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счётчики с рабочим напряжением 390 В :

  • «СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), «СБМ-21» (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого β — и γ -излучений);
  • «СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого β -излучения).
Читайте так же:
Счетчик с обратной ссылкой что это

Широкое применение счётчика Гейгера — Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Принцип работы [ править | править код ]

Цилиндрический счётчик Гейгера — Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создаётся напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров, материала электродов и газовой среды внутри счётчика. В большинстве случаев широко распространённые отечественные счётчики Гейгера, требуют напряжения 400 В .

Работа счётчика основана на ударной ионизации. Гамма-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряжённости поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счётчик резко возрастает. Этим счётчик Гейгера отличается от пропорционального счётчика, где напряжённость поля недостаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после пролёта первичной лавины. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подаётся в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счётчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счётчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счётчике добавляют немного галогена (брома или иода) или органического соединения с относительно большой молекулярной массой (обычно какого-либо спирта) — эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами, давая в результате ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, они интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение разряда — эти два фактора приводят к быстрому и самопроизвольному гашению разряда даже с небольшим анодным сопротивлением. Такие счётчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счётчик имеет определённый (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счётчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счёта даже в отсутствии облучения, а затем в счётчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счётчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно больше ( 10 10 импульсов и выше).

Счётная характеристика (зависимость скорости счёта от напряжения на счётчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счёта очень слабо зависит от напряжения на счётчике. Протяжённость такого плато достигает для низковольтных счётчиков 80—100 В , а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.

Читайте так же:
Кому платить за техническое обслуживание общедомовых счетчиков

Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика ( ≈10 −4 с ). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.

Важной характеристикой счётчика является его эффективность. Не все γ -фотоны, попавшие на счётчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия γ -лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объёма.

Эффективность регистрации частиц счётчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счётчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счётчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счётчике делают тонкое ( 2—7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10—15 мкм для мягкого бета-излучения) окно из слюды, алюминиевой или бериллиевой фольги или полимерной плёнки. Эффективность счётчика для рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины стенок счётчика, их материала и энергии излучения. Так как γ -излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность γ -счётчиков мала и составляет всего 1—2 % . Наибольшей эффективностью обладают счётчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z , так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счётчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счётчика выбирается из условия её равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объём счётчика, и возникновения импульса тока не произойдёт. Это приводит к характерной зависимости скорости счёта от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жёсткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счётчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счётчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жёсткостью» частично исправляют с помощью дополнительного экрана (например, стального или свинцового), который поглощает мягкое гамма-излучение вблизи максимума чувствительности и вместе с тем несколько повышает эффективность регистрации жёстких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счёта от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съёмным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счётчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.

Нейтроны напрямую газоразрядными счётчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или трифторида бора либо введение бора в состав материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций.

Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера — Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.

При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счётчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счёта никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счётчика является жёсткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счётчиком Гейгера практически равна 100 %. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счётчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон даёт спонтанная эмиссия электронов из катода счётчика.

Читайте так же:
Техническая невозможность поставить счетчик

Примечание [ править | править код ]

Следует отметить, что по историческим причинам сложилось несоответствие между русским и английским вариантами этого и последующих терминов:

Счетчик Гейгера, мобильный телефон и личный врач в одном устройстве

Александра Базденкова, специально для RBTH

Российские ученые изобрели дозиметр радиации, рассчитанный на интеграцию с мобильными устройствами. Аналогов ему в мире на сегодняшний день нет. Однако ученые — не бизнесмены, им пришлось столкнуться с проблемами финансирования и коммерциализации проекта. Об этом изобретении и решении денежных проблем RN рассказал его автор Владимир Елин.

— Откуда идея создания устройства «ДО-РА»?

Идея создания устройства «ДО-РА» у меня родилась в марте 2011г, когда меня попросили написать статью о событиях на Фукусиме. Как учили меня в МВТУ им. Н.Э. Баумана, если не понимаешь — разберись; если сомневаешься — проверь; а если уверен — сделай это сам! Вот так я и поступил в данном случае. Само название ДО-РА родилось по первым двум буквосочетаниям слов: dozimetr-radiometr.

— С какими трудностями приходится сталкиваться изобретателю в России и какие есть пути их преодоления?

На начальном этапе возникла проблема с формированием команды разработчиков — на их поиски ушло не менее 1,5 — 2 месяцев. Лишь случай помог найти достойную команду.

Другая проблема — финансирование научно-технических разработок. У нас в России очень не многие банки готовы ссужать свой капитал для подобных проектов. А венчурные фонды, специализирующиеся на такого вида финансировании, только заходят на наш необъятный рынок. В России изобретатели в основном не богатые люди, а те, у кого деньги есть, не хотят рисковать капиталами. Отсюда основная проблема изобретателей России: недостаток средств на продвижение своих изобретений.

Мой главный совет российским изобретателям: бороться за Гранты для развития своих изобретений, например, в Сколково.

— Какова роль Сколково в реализации данного проекта?

Благодаря сайту Сколково мне удалось создать резюме, а также дорожную карту проекта, по полочкам разложить его развитие в разделах НИИ и ОКР, составить план будущей коммерциализации. Пройдя предварительную экспертизу среди 10 профильных специалистов, пяти от России и пяти зарубежных, я получил решение комиссии о соответствии проекта требованиям Сколково. Я стал полноправным участником инновационного процесса в России и получил уникальные льготы в Сколково. Будучи резидентом Сколково, оператор проекта ДО-РА ОАО «Интерсофт Евразия» будет оплачивать всего 14% из фонда оплаты труда. Остальные налоги для нас будут аннулированы. Единственным условием для получения таких льгот в российской налоговой системе является занятие НИИ и ОКР в рамках собственных инновационных проектов, с дальнейшей коммерциализацией изобретения.

— Как именно действует устройство при обнаружении превышения радиационного фона?

В настоящее время в устройстве ДО-РА реализовано четыре режима.

1. Режим радиометра: на мониторах мобильных телефонов отображается радиационный фон территории. Данный режим имеет три зоны оповещения владельца ДО-РА: зеленая зона — норма, желтая зона — повышенной опасности, и красная зона — запрет и срочная эвакуация с территории радиоактивного заражения.

2. Режим дозиметра: устройство показывает полученную дозу облучения владельца. В случае набора предельно допустимой дозы облучения, ДО-РА также информирует своего владельца голосовыми, звуковыми, текстовыми и световыми сообщениями.

Читайте так же:
Счетчик просмотров без плагина wordpress

3. Режим карты: на специально подгружаемой карте мира на экране смартфона высвечивается уровень радиоактивной обстановки в той или иной местности, на объекте, в водоеме и т.д. в режиме реального времени. Эту карту может дополнить собственными измерениями через GPS/ГЛОНАСС навигацию каждый владелец устройства со своего смартфона.

4. Режим «Личный кабинет». В этом режиме мобильный телефон/смартфон сможет получать оперативную и актуальную информацию о возможных рисках для организма и отдельных органов, коррелирующих с набранной дозой радиоактивного облучения, зафиксированной в личном дозиметре. Информация из Личного кабинета может быть доступна пользователю и, к примеру, его лечащему врачу из любой точки мира.

Гейгер как изобрели счетчик

© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.

Газоразрядный счётчик Гейгера-Мюллера

Более совершенным устройством регистрации элементарных частиц, чем сцинтилляционный счётчик, является счётчик, изобретённый в 1908 году немецким физиком Г. Гейгером. Данный прибор позволял «считать» попавшие в него заряженные частицы. После того, как он был усовершенствован другим немецким учёным, В. Мюллером, его стали именовать счётчиком Гейгера-Мюллера.

Основной частью счётчик Гейгера-Мюллера является стеклянная трубка, к внутренним стенкам которой прилегает катод (К) – тонкий металлический цилиндр. Вдоль оси трубки протянута тонкая металлическая нить, выполняющая функцию анода. Для работы трубка заполняется инертным газом, обычно агроном, чтоб ы в создать в дальнейшем электрический разряд. Кроме этого, в схеме присутствует высокое ( R

10 9 Ом ) сопротивление, необходимое для того, чтобы погасить протекающий в цепи ток.

Принципиальная схема счетчика Гейгера-Мюллера

Действие счётчика основано на ударной ионизации. Как известно заряженные частицы (электрон, α-частиц и т. д. ), образующиеся в результате ядерных ядерных реакций, обладают большой проникающей способностью. Поэтому они достаточно свободно проникают через стеклянную трубку. Проникнув внутрь газоразрядного счётчика эти частицы ионизируют находящийся в ней газ, создавая положительно заряженные ионы и свободные электроны. Электрическое поле, приложенное между анодом и катодом (при достаточно высоком напряжении) ускоряет электроны до энергий, при которой начинается ударная ионизация. Возникает лавина положительных и отрицательных ионов и свободных электронов , создающая мощный электрический разряд. Ток через счётчик резко возрастает. При этом на нагрузочном резисторе ( R ) образуется импульс напряжения, который подаётся на регистрирующее устройство. Это даёт возможность понять, что через газоразрядный счётчик прошла элементарная частица. Для того, чтобы счётчик мог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд необходимо погасить. Это происходит автоматически следующим образом. Когда в момент появления импульса тока на нагрузочном резисторе ( R) создаётся достаточно сильное падение напряжения, напряжение между анодом и катодом резко уменьшается – настолько, что разряд прекращается.

Счётчик Гейгера-Мюллера применяется в основном для регистрации электронов и γ -квантов . И он удобен тем, что в одну секунду он может регистрировать приблизительно 10000 частиц. Однако определить параметры частиц, провести какие-либо исследования с регистрируемыми частицами, данный счётчик не позволяет.

Для этого нужны совсем другие способы, совсем другие методы. Вскоре после создания этого счетчика, появились такие методы и устройства. Одно из самых известных и распространенных – камера Вильсона (см. ссылку).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector