Регистрация ионизирующих излучений.

При открытии рентгеновского излучения (1895 год; Рентген) и при открытии явления радиоактивности (1896 год; Беккерель) излучения регистрировались с помощью люминесцирующих материалов и с применением фотоматериалов. Оба эти метода применяются и поныне.

Способность рентгеновского и радиоакривных излучений к ионизации определила принцип действия многих измерительных приборов для работы с этими излучениями.

Счетчик Гейгера.

Счетчик Гейгера – прибор для определения частоты попадания в него ионизирующих частиц или квантов. Изобретен Гейгером в 1908 году. Принцип работы этого счетчика допускает регистрацию α-, b- и γ-излучения, но эффективность регистрации этих видов излучения неодинакова,

Под эффективностью регистрации понимается процент от падающего потока частиц, который, в среднем, прибор регистрирует. Например, эффективность регистрации 10% означает, что в среднем регистрируется 10 частиц или квантов из ста.

Большой вклад в дело разработки различных версий счетчика Гейгера для эффективной регистрации разных видов излучений внес Мюллер.

Счетчики Гейгера широко применяются в настоящее время в приборах дозиметрического контроля – радиометрах и дозиметрах. Эти простые и надежные приборы применяются экологами, доступны и для личного индивидуального использования.

Схема счетчика Гейгера представлена на рис. 11:

Рис. 11. Схема счетчика Гейгера.

Счетчик представляет собой цилиндрический сосуд, изготовленный из стекла или металла, и заполненный разреженной смесью аргона и неона.

Счетчик имеет два электрода. Катодом является цилиндрическая поверхность счетчика; если он стеклянный, то катод выполняется в виде внутреннего металлического напыления. Анодом является тонкая металлическая нить, проходящая по оси датчика. Блок питания обеспечивает на электродах рабочее напряжение около 400 В.

Электрическое поле датчика очень неоднородно: чем ближе к аноду, тем больше местная напряженность поля; причиной тому является малый диаметр анода.

Бета-излучение со средней и высокой энергией частиц регистрируется счетчиком, обращенным к потоку цилиндрической поверхностью. Важную роль при этом играет материал катода.

Для регистрации a-частиц и мягкого b-излучения применяют торцевые счетчики Гейгера. В них рабочей поверхностью, обращенной навстречу потоку частиц, является торец прибора; его закрывает тонкая пленка с малым коэффициентом ослабления – воздухоэквивалентная.

Эффективность счетчика Гейгера при регистрации α- и b-частиц близка к единице; для g-излучения она гораздо ниже, Счетчик Гейгера, с его тонкими стенками и газообразным наполнением, для g-излучения представляет собой довольно слабую преграду. Повысить эффективность регистрации g-излучения можно выбором счетчика Гейгера с большей толщиной стенок. Но тогда понизится эффективность по b-излучению.

Работа счетчика при регистрации g-излучения основана на том, что g-квант, претерпевший в стенке датчика комптоновское рассеяние или фотопоглощение, выбивает из атома электрон, который попадает в газ, заполняющий счетчик и инициирует лавинообразный процесс роста численности вторичных свободных электронов и положительных ионов. Электрическое поле датчика оказывается настолько сильным, что вслед за появлением вторичных электронов появляются вторичные электронные лавины, Это приводит к стремительному нарастанию силы тока; возникший электрический разряд начинает переходить в категорию несамостоятельных (самоподдерживающихся) разрядов, способных длиться неограниченно долго.

Однако этого не происходит. С ростом силы тока в электрической цепи счетчика увеличивается падение напряжения U=IR на сопротивлении R (единственное сопротивление на схеме рис. 10). До прилета g-кванта напряжение на электродах счетчика равно ЭДС - электродвижущей силе блока питания (около 400 В). При появлении и развитии электронных лавин напряжение на электродах становится меньше, чем ЭДС, на величину падения напряжения, и развитие электрического разряда резко обрывается, разряд гаснет. Состоявшийся электрический импульс учитывает схема счета импульсов, после чего счетчик готов к регистрации следующего γ-кванта или b-частицы.