Sibprompost.ru

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

Ионизационный счетчик принцип работы

Ионизационный счетчик принцип работы

© 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.

Пропорциональный счётчик представляет собой газоразрядный прибор для регистрации ионизирующего излучения. По своей конструкции он во многом похож на счётчик Гейгера (см. рисунок ниже). Основными его частями являются: металлический цилиндр, играющий роль катода; тонкая металлическая нить ( ), натянутая вдоль оси цилиндра – анод. Пропорциональный счётчик заполняется инертным газам с добавлением небольшого количества многоатомн ого газ а , необходимого для поглощения фотонов, образующиеся в ионизационных лавинах. Однако за счёт того что, амплитуда его сигнала пропорциональна энергии регистрируемой частицы, теряемой в его объёме на ионизацию, он способен не только регистрировать частицу, но и измерять её энергию.

Принцип действия пропорционального счётчика основан на умножении электронов в инертном газе. Так при прохождении заряженной частицы через инертный газ на её пути образуются ион-электронные пары, число которых зависит от энергии, теряемой частицей. Под действием электрического поля свободные электроны будут двигаться к аноду, а ионы – к катоду. Под действием сильного электрического поля вблизи анода эти свободные электроны в результате ускорения приобретают достаточно большую энергию для вторичной ионизации газа. В результате на анод приходит лавина электронов, но в отличие от счётчика Гейгера в данном случае коронного разряда не возникает. Ток через счётчик резко возрастает. По возникшему импульс у напряжения отмечается факт прохождения заряженной частицы через газоразрядный счётчик , а по его амплитуде энергию частицы.

Схема пропорционального счётчика: аобласть дрейфа электронов; бобласть газового усиления

Газовое усиление осуществляется вблизи анода на расстоянии, сравнимом с диаметром нити, а весь остальной путь электроны дрейфуют под действием поля без «размножения».

В пропорциональном счетчике лавинообразный процесс заканчивается, как только новый свободный электрон достигает анода. Поскольку в таком детекторе электрон должен достичь уровня ионизации газа, существует пороговое напряжение, после которого начинается этот лавинообразный процесс. Для газов, используемых в пропорциональных счетчиках при атмосферном давлении этот пороговый уровень составляет порядка .

Пропорциональные счётчики характеризуется коэффициентом газового усиления, которое представляет собой отношение числа электронов, полностью собранных на аноде к числу первичных электронов. Обычно оно составляет около порядка ( но может достигать и больше). По энергетическому разрешению пропорциональный счётчик превосходит сцинтилляционный счётчик , но уступает полупроводниковому детектору. Однако в отличии от полупроводникового детектора он способен работать в области энергий , где те неприменимы.

Пропорциональный счётчик используются для регистрации всех видов ионизирующих излучений. Существуют п ропорциональны е счётчик и для регистрации α -частиц, электронов, осколков деления ядер и т.д., а также для нейтронов, гамма и рентгеновских квантов. В последнем случае используются процессы взаимодействия нейтронов, γ — и рентгеновских квантов с наполняющим счётчик газом, в результате которых образуются регистрируемые вторичные заряженные частицы. Пропорциональный счётчик сыграл важную роль в ядерной физике 30–40 -х г одах XX в ека , являясь наряду с ионизационной камерой практически единственным спектрометрическим детектором .

По мимо ядерной физики, областями применения пропорциональных счётчиков также являются: физика космических лучей, астрофизика, медицина, геология, археология и т. д. Так, например, с помощью пропорционального счётчика установленного на «Луноходе-1» по рентгеновской флюоресценции производился химический элементный анализ вещества поверхности Луны.

Второе рождение пропорциональный счётчик получил в физике частиц высоких энергий в конце 60-х г одах в виде многопроволочной пропорциональной камеры ( МПК) , состоящей , грубо говоря, из большого числа ( ) пропорциональн ых счётчик ов , расположенных в одном газовом объёме в одной плоскости .

Читайте так же:
Счетчик для перемотки катушек

МПК был и разработан ы французским физиком Г. Чарпаком в ЦЕРНе в 1968 г оду. МПК представляет собой систему , состоящую из множества тонких ( около ) параллельных проволочных электродов (анодов) , расположенных в одной плоскости в газовом объёме между двумя плоскими параллельными друг другу и аноду катодами (сплошными или проволочными).

В типичном случае расстояние между анодными нитями составляет примерно , расстояние между анодной и катодной плоскостями около , разность потенциалов между анодом и катодом несколько кВ . Такие параметры МПК обеспечивают газовое усиление порядка и пропорциональность амплитуды сигнала энергии, оставленной частицей в объёме газа. Поэтому такое устройство позволяет не только измерять ионизацию частицы в каждом отдельном счётчике, но и фиксировать место её прохождения.

Схема МПК

Прохождение заряженной частицы через МПК ионизирует газ. Образовавшиеся вдоль её траектории свободные электроны дают начало лавинам, приходящим на анодные проволочки ближайшие к этим первичным электронам . Регистрация сигнала с каждой проволоки компьютером позволяет определить положение (координаты) частицы в МПК. Для получения трёхмерных координат частицы в большом объёме, используются системы из десятков МПК площадью до , располагающихся параллельно одна за другой, с общим числом проволочек несколько десятков тысяч, причём проволочки двух соседних МПК натянуты взаимно перпендикулярно. Типичное пространственное разрешение современной МПК . Временное разрешение несколько наносекунд. Энергетическое разрешение пропорциональной камеры составляет примерно . Таким образом , о на является одновременно быстродействующим спектрометром и трековым детектором . МПК применяют , главным образом , в исследованиях элементарных частиц на ускорителях высоких энергий.

За изобретение МПК Г. Чарпак у в 1992 году была присуждена Нобелевская премия.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Газоразрядный счетчик

Газоразрядный счетчик представляет собой устройство, состоящее из двух электродов, имеющих постоянное напряжение от источника питания. Одним электродом является металлический цилиндр, который соединяется с отрицательным полюсом батареи, другим — тонкая металлическая проволока — нить, натянутая вдоль оси цилиндра и соединенная через резистор с положительным полюсом батареи. Металлический цилиндр является одновременно корпусом счетчика. [1]

Газоразрядный счетчик ( рис. 31) представляет собой стеклянный сосуд / с галогенным заполнением, тонкостенный цилиндрический катод 2 и анод 3, к которым приложена разность потенциалов. Под действием радиоактивного излучения происходит ионизация газа внутри трубки и возникает разряд, который на выходе счетчика проявляется в виде электрического импульса. Частота импульсов определяется интенсивностью радиоактивного излучения. [3]

Газоразрядные счетчики похожи на ионизационные камеры тем, что во всех этих детекторах рабочим веществом является газ, к которому приложено электрическое напряжение, а регистрируется импульс напряжения, возникающий в результате разряда в газе при прохождении частицы. Главное отличие газоразрядных счетчиков от ионизационных камер состоит втом, что в первых существенную роль играет вторичная ионизация, обусловленная столкновениями первичных ионов с атомами и молекулами газа и стенок. [4]

Газоразрядные счетчики делятся на пропорциональные и счетчики Гейгера — Мюллера. [5]

Газоразрядные счетчики , работающие на начальной части / / / участка вольт-амперной характеристики ( рис. 8.17), называются пропорциональными счетчиками. Счетчики, работающие на IV участке, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. В пропорциональных счетчиках импульсы тока пропорциональны энергии частиц, в счетчиках Гейгера — Мюллера они не зависят от энергии частиц. [6]

Читайте так же:
Если жкх заставляет менять счетчик

Газоразрядный счетчик воспринимает ядерное излучение и превращает его в электрические импульсы. Эти импульсы попадают в регистрирующее устройство. Количество поступающих импульсов характеризует степень радиоактивности. [7]

Газоразрядный счетчик представляет собой двухэлектродную лампу, заполненную неоном или аргоном. [8]

Газоразрядный счетчик ( рис. 37) представляет собой полый металлический или стеклянный цилиндр, который служит корпусом счетчика. [10]

Газоразрядные счетчики , работающие на начальной части / / / участка вольт-амперной характеристики ( рис. 247), называются пропорциональными счетчиками. Счетчики, работающие на IV участке, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. В пропорциональных счетчиках импульсы тока пропорциональны энергии частиц, в счетчиках Гейгера — Мюллера они не зависят от энергии частиц. [11]

Газоразрядные счетчики наряду с довольно низкой эффективностью регистрации у-излучения обладают еще одним недостатком: значительным мертвым временем. Поэтому допустимые скорости счета импульсов ограничены величиной порядка нескольких тысяч импульсов в секунду на каждый счетчик. [12]

Газоразрядный счетчик представляет собой устройство, состоящее из двух электродов, имеющих постоянное напряжение от источника питания. [13]

Газоразрядные счетчики обоих поддиапазонов прибора включены в цепь и при нажатии кнопки одного из поддиапазонов происходит включение питания и отключение от измерительной цепи газоразрядного счетчика другого поддиапазона. [14]

Ионизационные камеры и счетчики

  • Артикул: 00-01030655
  • Автор: Росси Б., Штауб Г.
  • Обложка: Твердый переплет
  • Издательство: Иностранной литературы (все книги издательства)
  • Город: Москва
  • Страниц: 240
  • Год: 1951
  • Вес: 434 г

Репринтное издание представляет собой издание, которое было выпущено после сканирования страниц какой – либо книги, рукописи или иных выбранных для репринта изданий, без изменения текста. Однако стоит учитывать то, что особенности бумаги, переплета, наличие дефектов, исправлений или опечаток может отличаться от оригинала.

Репринтная книга состоит из качественных копий оригинального ценного экземпляра, что позволяет читателю насладиться старинным особенным шрифтом, а так же особой полиграфией, которая свойственна для времени, когда был выпущен в свет оригинал книги.

Репринтное издание не имеет характерного запаха старых книг, не содержит спор грибков и бактерий, пыли, старые нити не рвутся, бумага не рассыпается.

В первой части книги рассматриваются физические принципы работы ионизационных камер и счетчиков, применяющихся для изучения различных видов радиоактивных излучений. Во второй части подробно описываются многочисленные конструкции разнообразных счетчиков и камер, особенности их работы и методы их применения для ядерно-физических исследований.
В основном в книге используются материалы из опыта работы научно-исследовательского института в Лос-Аламосе (США).
Большинство материала опубликовано впервые.
Книга рассчитана на физиков-экспериментаторов.

Содержание
Предисловие редактора перевода
Глава I. Поведение свободных электронов и ионов в газах
§ 1. Общие положения
§ 2. Уравнение диффузии для ионов и электронов в газе
§ 3. Средняя длина свободного пробега. Потери энергии при соударениях. Смеси газов
§ 4. Экспериментальные данные для свободных электронов
§ 5. Экспериментальные данные для положительных и отрицательных ионов
Литература
Глава II. Рабата ионизационной камеры при постоянной ионизации
§ 6. Общее устройство ионизационной камеры
§ 7. Постоянная ионизация в камере при отсутствии диффузии и рекомбинации
§ 8. Постоянная ионизация в камере при наличии диффузии и рекомбинации
Литература
Глава III. Работа ионизационной камеры при переменной ионизации
§ 9. Общие соотношения
§ 10. Величина ионизационного импульса
§ 11. Влияние частотной характеристики усилителя на форму импульса. Измерение амплитуды импульса
§ 12. Случай непрерывной ионизации в камере
§ 13. Плоская камера
§ 14. Цилиндрическая камера
§ 15. Краевые эффекты. Влияние диффузии на амплитуду импульса
§ 16. Исследование характеристик камеры с электронным импульсом
§ 17. Статистические флуктуации ионизационного тока
§ 18. Границы применимости теории
§ 19. Импульсы с очень крутым фронтом
Литература
Глава IV. Газовое усиление
§ 20. Общий анализ проблемы
§ 21. Экспериментальные значения коэффициента газового усиления для различных газов
§ 22. Форма импульсов в пропорциональном счетчике
§ 23. Зависимость амплитуды импульса от положения траектории ионизующей частицы
§ 24. Концевые эффекты и эксцентриситет нити
§ 25. Разброс импульсов по амплитудам
§ 26. Многонитный счетчик
Литература
Глава V. Детекторы р-частиц, т-лучей и рентгеновских лучей
§ 27. Введение
§ 28. Эффективность счетчиков у-лучей
§ 29. Характеристика интегрирующей камеры
§ 30. Цилиндрическая ионизационная камера для регистрации у-лучей
§ 31. Многопластинчатая ионизационная камера для регистрации рентгеновских лучей
§ 32. Многопластинчатая ионизационная камера для регистрации у-лучей
§ 33. Ионизационная камера с газовым усилением для регистрации т-лучей
§ 34. Счетчики Гейгера-Мюллера для регистрации р-частиц
§ 36. Пульсирующие счетчики
Литература
Глава VI. Детекторы а-частиц
§ 37. Спектроскопия а-частиц
§ 38. Счетчики для абсолютных измерений
§ 39. Измерение пробегов
Литература
Глава VII. Детекторы нейтронов с регистрацией ядер отдачи
§ 40. Вводные замечания
§ 41. Общие свойства камер, регистрирующих протоны отдачи
§ 42. Бесконечно тонкий твердый радиатор в ионно-импульсной камере, электронно-импульсной камере с сеткой и в пропорциональном счетчике (без учета граничвых эффектов)
§ 43. Бесконечно тонкий твердый радиатор в плоской электронноимпульсной камере
§ 44. Тонкий твердый радиатор в плоской ионно-импульсной камере с сеткой и в пропорциональном счетчикай
§ 45. Тонкий твердый радиатор в плоской электронно-импульсной камере
§ 46. Толстый твердый радиатор в плоской ионно-импульсной камере с сеткой н в пропорциональном счетчике
§ 47. Камера с газообразным радиатором
§ 48. Граничные эффекты для ионно-импульсной камеры с газообразным радиатором
§ 49. Применение камер, регистрирующих ядра отдачи
§ 50. Ионио-импульсная камера высокого давления с газообразным радиатором
§ 51. Электронно-импульсная плоская камера с тонким радиатором
§ 52. Электронно-импульсная плоская двойная камера с тонким радиатором
§ 53. Цилиндрическая камера с газообразным радиатором
§ 54. Пропорциональный счетчик с газообразным радиатором
§ 55. Электронно-импульсная сферическая камера с толстым ра. диатором
§ 56. Пропорциональный счетчик с тонким радиатором
§ 57. Интегрирующая ионизационная камера, с газообразным радиатором
§ 58. Пропорциональный счетчик совпадений
Литература
Глава VIII. Детекторы нейтронов с использованием реакций (л, а) и <п, р)
§ 59. Нейтронная спектроскопия с применением реакций (л, а) или (я, р)
§ 60. Измерения потока нейтронов
§ 61. Борная камера высокой чувствительности
§ 62. Установка высокой чувствительности из счетчиков, наполненных трехфтористым бором
§ 63. Счетчики с горизонтальной счетной характеристикой
§ 64. Камера с твердым борным радиатором
§ 65. Детекторы с газообразным радиатором (трехфтористым бором), применяющиеся для абсолютных измерений
Литература
Глава IX. Детикторы для регистрацш „осколков“ деления
§ 66. Введение
§ 67. Плоская камера деления
§ 68. Малая камера деления
§ 69. Плоская камера деления с высокой эффективностью
§ 70. Многоэлектродная камера деления высокой чувствительности
§ 71. Спиральная камера деления.
§ 72. Интегрирующие камеры деления
Приложение
Литература

Читайте так же:
Какие частицы может регистрировать счетчик гейгера

Ионизационный счетчик принцип работы

Дозиметр — это устройство для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения, полученной прибором (и тем, кто им пользуется) за некоторый промежуток времени, например, за период нахождения на некоторой территории или за рабочую смену. Измерение вышеописанных величин называется дозиметрией.

Иногда «дозиметром» не совсем точно называют радиометр — прибор для измерения активности радионуклида в источнике или образце (в объеме жидкости, газа, аэрозоля, на загрязненных поверхностях) или плотности потока ионизирующих излучений для проверки на радиоактивность подозрительных предметов и оценки радиационной обстановки в данном месте в данный момент. Измерение вышеописанных величин называется радиометрией. Ренгенометр — разновидность радиометра для измерения мощности гамма-излучения.

Бытовые приборы, как правило, комбинированные, имеют оба режима работы с переключением «дозиметр»-«радиометр», световую и (или) звуковую сигнализацию и дисплей для отсчёта измерений. Масса бытовых от 400 до нескольких десятков граммов, размер позволяет положить их в карман. Некоторые современные модели можно надеть на руку, как часы. Время непрерывной работы от одной батареи от нескольких суток до нескольких месяцев.

Диапазон измерения бытовых радиометров, как правило, от 10 микрорентген в час до 9.999 миллирентген в час (0.1-99.99 микрозиверт в час), погрешность измерения до ±30%

Детектором (чувствительным элементом дозиметра или радиометра, служащим для преобразования явлений, вызываемых ионизирующими излучениями в электрический или другой сигнал, легко доступный для измерения) может являться ионизационная камера, счётчик Гейгера, сцинтиллятор, полупроводниковый диод и др.

ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА

Ионизационная камера — это газонаполненный датчик, предназначенный для измерения уровня ионизирующего излучения.

Измерение уровня излучения происходит путём измерения уровня ионизации газа в рабочем объёме камеры, который находится между двумя электродами. Между электродами создаётся разность потенциалов. При наличии ионов в газе между электродами возникает ионный ток, который может быть измерен. Ток при прочих равных условиях пропорционален скорости возникновения ионов и, соответственно, мощности дозы облучения.

Читайте так же:
Счетчик топлива шжу 25

В широком смысле к ионизационным камерам относят также пропорциональные счётчики и счётчики Гейгера-Мюллера. В этих приборах используется явление так называемого газового усиления за счёт вторичной ионизации — в сильном электрическом поле электроны, возникшие при пролёте ионизирующей частицы, разгоняются до энергии, достаточной, чтобы в свою очередь ионизировать молекулы газа. В узком смысле ионизационная камера — это газонаполненный ионизационный детектор, работающий вне режима газового усиления.

Газ, которым заполняется ионизационная камера, обычно является инертным газом (или их смесью) с добавлением легко ионизирующегося соединения (обычно углеводорода, например метана или ацетилена). Открытые ионизационные камеры (например, ионизационные детекторы дыма) заполнены воздухом.

Ионизационные камеры бывают токовыми (интегрирующими) и импульсными. В последнем случае на анод камеры собираются быстро двигающиеся электроны (за время порядка 1 мкс), тогда как медленно дрейфующие тяжёлые положительные ионы не успевают за это время достичь катода. Это позволяет регистрировать отдельные импульсы от каждой частицы. В такие камеры вводят третий электрод — сетку, расположенную вблизи анода и экранирующую его от положительных ионов.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА

Счётчик Гейгера, счётчик Гейгера-Мюллера — это газоразрядный прибор для подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц. Представляет собой газонаполненный конденсатор, пробивающийся при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300В), обеспечивает, при необходимости, гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда). Чувствительность счётчика определяется составом газа, его объёмом и материалом (и толщиной) его стенок.

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются 400-вольтовые счётчики:
— «СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), СБМ-21 (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого гамма- и бета-излучений);
— «СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого бета-излучения).

Читайте так же:
Если не кстановил счетчики

Широкое применение счетчика Гейгера-Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки. Счетчик был изобретен в 1908 году Гейгером и усовершенствован Мюллером.

Цилиндрический счетчик 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 создается напряжение порядка 1500 В.

Работа счетчика основана на ударной ионизации. Гамма – кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счетчика, 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, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счетчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный заряд 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 и настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе.

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

Эффективность счетчика зависит от толщины стенок счетчика, их материала и энергии гамма — излучения. Наибольшей эффективностью обладают счетчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z , так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счетчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счетчика выбирается из условия ее равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объем счетчика и возникновение импульса тока не произойдет. Так как гамма-излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность гамма — счетчиков также мала и составляет всего 1-2%. Другим недостатком счетчика Гейгера – Мюллера является то, что он не дает возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счетчиках.

СЦИНТИЛЛЯТОРЫ

Сцинтилляторы — вещества, обладающие способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т д.). Как правило, излучаемое количество фотонов для данного типа излучения приближённо пропорционально поглощённой энергии, что позволяет получать энергетические спектры излучения. Сцинтилляционные детекторы ядерных изучений — основное применение сцинтилляторов. В сцинтилляционном детекторе свет, излученный при сцинтилляции, собирается на фотоприёмнике (как правило, это фотокатод фотоэлектронного умножителя — ФЭУ, значительно реже используются фотодиоды и другие фотоприёмники), преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается той или иной регистрирующей системой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector