Лічыльнік Гейгера

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Лічыльнік Гейгера

Лічыльнік Гейгера, лічыльнік Гейгера-Мюлера[1] — газаразрадная прылада для аўтаматычнага падліку іанізуючых часціц, якія трапляюць у лічыльнік. Уяўляе сабой газанапоўнены кандэнсатар, які прабіваецца пры пралёце іанізуючай часціцы праз аб'ём газу. Вынайдзены ў 1908 годзе Гансам Гейгерам.

Дадатковая электронная схема забяспечвае лічыльнік сілкаваннем (як правіла, не менш за 300 V), забяспечвае, пры неабходнасці, гашэнне разраду і падлічвае колькасць разрадаў праз лічыльнік.

Лічыльнікі Гейгера падзяляюцца на несамагасныя і самагасныя (не патрабуюць знешняй схемы спынення разраду).

Прынцып працы[правіць | правіць зыходнік]

Цыліндрычны лічыльнік Гейгера-Мюлера складаецца з металічнай трубкі або металізаванай знутры шкляной трубкі і тонкай металічнай ніткі, нацягнутай па восі цыліндру. Нітка служыць анодам, трубка – катодам. Трубка запаўняецца разрэджаным газам, у большасці выпадкаў выкарыстоўваюць высакародныя газыаргон і неон. Паміж катодам і анодам ствараецца напружанне ад сотняў да тысяч вольт у залежнасці ад геаметрычных памераў матэрыялу электродаў і газавай асяроддзя ўнутры лічыльніка. У большасці выпадкаў шырока распаўсюджаныя айчынныя лічыльнікі Гейгера патрабуюць напружання 400 В.

Праца лічыльніка заснавана на ўдарнай іянізацыі. γ-кванты, выпусканых радыеактыўным ізатопам, трапляючы на ​​сценкі лічыльніка, выбіваюць з яго электроны. Электроны, рухаючыся ў газе і сутыкаючыся з атамамі газу, выбіваюць з атамаў электроны і ствараюць станоўчыя іёны і свабодныя электроны. Электрычнае поле паміж катодам і анодам паскарае электроны да энергій, пры якіх пачынаецца ўдарная іянізацыя. Узнікае лавіна іёнаў, якая прыводзіць да размнажэння першасных носьбітаў. Пры досыць вялікай напружанасці поля энергіі гэтых іёнаў становіцца дастатковай, каб спараджаць другасныя лавіны, здольныя падтрымліваць самастойны разрад, у выніку чаго ток праз лічыльнік рэзка ўзрастае. Гэтым лічыльнік Гейгера адрозніваецца ад прапарцыянальнага лічыльніка, дзе напружанасць поля недастатковая для ўзнікнення другасных лавін, і разрад спыняецца пасля пралёта першаснай лавіны. Пры гэтым на супраціве R утворыцца імпульс напружання, які падаецца ў рэгіструюць прылада. Каб лічыльнік змог рэгістраваць наступную якая патрапіла ў яго часціцу, лавінны разрад трэба пагасіць. Гэта адбываецца аўтаматычна. У момант з'яўлення імпульсу току на супраціве R ўзнікае вялікае падзенне напружання, таму напружанне паміж анодам і катодам рэзка памяншаецца – настолькі, што разрад спыняецца, і лічыльнік зноў гатовы да працы. Для паскарэння гашэння могуць выкарыстоўвацца спецыяльныя схемы, прымусова зніжаюць напружанне на лічыльніку, што дазваляе таксама паменшыць аноднае супраціў і павялічыць узровень сігналу. Аднак часцей у газавую сумесь у лічыльніку дадаюць трохі галаген (брому або ёду) або арганічнага злучэння з адносна вялікі малекулярнай масай (звычайна якога-небудзь спірту) – гэтыя малекулы ўзаемадзейнічаюць з станоўчымі іёнамі, даючы ў выніку іёны з большай масай і меншай рухомасцю. Акрамя таго, яны інтэнсіўна паглынаюць ультрафіялетавае выпраменьванне разраду – гэтыя два фактары прыводзяць да хуткага і самаадвольнага гашэнне разраду нават з невялікім анодным супрацівам. Такія лічыльнікі называюцца самогасящiмiся. У выпадку прымянення ў якасці гасячы дабаўкі спірту пры кожным імпульсе некаторы яго колькасць руйнуецца, таму гасячы дабаўка выдаткоўваецца і лічыльнік мае пэўны (хоць і досыць вялікі) рэсурс па колькасці зарэгістраваных часціц. Пры яго вычарпанні лічыльнік пачынае «гарэць» – пачынае самаадвольна ўзрастаць хуткасць рахунку нават у адсутнасці апраменьвання, а затым у лічыльніку ўзнікае бесперапынны разрад. У галагенных лічыльніках распаўся малекулы галаген зноў злучаюцца, таму іх рэсурс значна вышэй (1010 імпульсаў і вышэй).

Падліковая характарыстыка[2] (залежнасць хуткасці рахункі ад напружання на лічыльніку) мае добра выяўленае плато, у межах якога хуткасць рахункі вельмі слаба залежыць ад напружання на лічыльніку. Працягласць такога плато дасягае для нізкавольтных лічыльнікаў 80-100 У, а для высакавольтных - некалькіх сотняў вольт.

Працягласць сігналу са лічыльніка Гейгера параўнальна вялікая (≈ 10-4 с). Менавіта такі час патрабуецца, каб павольныя станоўчыя іёны, якія запоўнілі прастору паблізу ніткі-анода пасля пралёта часціцы і праходжання электроннай лавіны, сышлі да катода і аднавілася адчувальнасць дэтэктара.

Важнай характарыстыкай лічыльніка з'яўляецца яго эфектыўнасць. Не ўсе γ-фатоны, якія трапілі на лічыльнік, дадуць другасныя электроны і будуць зарэгістраваныя, так як акты ўзаемадзеяння γ-прамянёў з рэчывам параўнальна рэдкія, і частка другасных электронаў паглынаецца ў сценках прыбора, не дасягнуўшы газавага аб'ёму.

Эфектыўнасць рэгістрацыі часціц лічыльнікам Гейгера розная ў залежнасці ад іх прыроды. Зараджаныя часціцы (напрыклад, альфа-і бэта-прамяні) выклікаюць разрад у лічыльніку амаль заўсёды, аднак частка іх губляецца ў матэрыяле сценак лічыльніка. Асабліва гэта актуальна для альфа-часціц і мяккага бэта-выпраменьвання. Для іх рэгістрацыі ў лічыльніку робяць тонкае (2-7 мкм для рэгістрацыі альфа-выпраменьвання і 10-15 для мяккага бэта-выпраменьвання) акно з лушчака, алюмініевай або берыліевых фальгі або палімернай плёнкі. Эфектыўнасць лічыльніка для рэнтгенаўскага і гама-выпраменьвання залежыць ад таўшчыні сценак лічыльніка, іх матэрыялу і энергіі γ-выпраменьвання. Так як γ-выпраменьванне слаба ўзаемадзейнічае з рэчывам, то звычайна эфектыўнасць γ-лічыльнікаў малая і складае ўсяго 1-2%. Найбольшай эфектыўнасцю валодаюць лічыльнікі, сценкі якіх зроблены з матэрыялу з вялікім атамным нумарам Z, так як пры гэтым павялічваецца адукацыю другасных электронаў. Акрамя таго, сценкі лічыльніка павінны быць досыць тоўстымі. Таўшчыня сценкі лічыльніка выбіраецца з умовы яе роўнасці даўжыні вольнага прабегу другасных электронаў у матэрыяле сценкі. Пры вялікай таўшчыні сценкі другасныя электроны ня пройдуць у працоўны аб'ём лічыльніка, і ўзнікнення імпульсу току не адбудзецца. Гэта прыводзіць да характэрнай залежнасці хуткасці рахункі ад энергіі гама-кванта (так званы «ход з калянасцю») з відавочна выяўленым максімумам, які ў большасці лічыльнікаў Гейгера размешчаны ў галіне мяккага гама-выпраменьвання. Пры выкарыстанні лічыльнікаў Гейгера ў дазіметрычнай апаратуры «ход з калянасцю» часткова выпраўляюць з дапамогай дадатковага экрана (напрыклад, сталёвага або свінцовага), які паглынае мяккае гама-выпраменьванне паблізу максімуму адчувальнасці і разам з тым некалькі павышае эфектыўнасць рэгістрацыі жорсткіх гама-квантаў з-за генерацыі другасных электронаў і комптоновского выпраменьвання ў матэрыяле экрана. У выніку гэтага залежнасць хуткасці рахункі ад магутнасці дозы ў значнай ступені выраўноўваецца. Гэты экран часта робяць здымным для магчымасці паасобнага вызначэння бэта-і гама-выпраменьвання. Наадварот, для рэгістрацыі рэнтгенаўскага выпраменьвання ўжываюць лічыльнікі з тонкім акном, накшталт які выкарыстоўваецца ў дэтэктарах для альфа-і мяккага бэта-выпраменьвання.

Нейтроны наўпрост газаразраднымі лічыльнікамі ня дэтэктуюцца. Выкарыстанне ў якасці газавай асяроддзя гелія-3 або бору ў складзе матэрыялу сценак дазваляе рэгістраваць нейтроны па зараджаным прадуктам ядзерных рэакцый. Акрамя нізкай і моцна залежыць ад энергіі эфектыўнасці, недахопам лічыльніка Гейгера-Мюлера з'яўляецца тое, што ён не дае магчымасць ідэнтыфікаваць часціцы і вызначаць іх энергію. Гэтыя недахопы адсутнічаюць у сцынцiлляцiонных лічыльнікаў.

Пры вымярэнні слабых патокаў іанізуючага выпраменьвання лічыльнікам Гейгера неабходна ўлічваць яго ўласны фон. Нават у тоўстай свінцовай абароне хуткасць рахункі ніколі не становіцца роўнай нулю. Адной з прычын гэтай спантаннай актыўнасці лічыльніка з'яўляецца цвёрдая кампанента касмічнага выпраменьвання, пранікальная без істотнага паслаблення нават праз дзясяткі сантыметраў свінцу і якая складаецца ў асноўным з мюонов. Праз кожны квадратны сантыметр у паверхні Зямлі пралятае ў сярэднім каля 1 мюона у хвіліну, пры гэтым эфектыўнасць рэгістрацыі іх лічыльнікам Гейгера практычна роўная 100%. Іншая крыніца фону - гэта радыёактыўнае «забруджванне» матэрыялаў самага лічыльніка. Акрамя таго, значны ўклад ва ўласны фон дае спантанная эмісія электронаў з катода лічыльніка.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

  • Атомная физика / М. А. Ельяшевич, Р. Я. Штейнман // Ангола — Барзас. — М. : Советская энциклопедия, 1970. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т.
  • Ельяшевич M. А. Атомная физика. Энциклопедии физики и техники.