اختبار مقياس الجرعات: أي واحد تختار؟ مؤشر إشعاع بسيط متصل بالاردوينو

وفي أحد الأيام ظهر وزير المالية على التلفاز وهو شاحب كالموت وقال:

الأزمة المالية لن تؤثر علينا. لأن. أنا أقول لك بالتأكيد.
السكان الذين يعرفون الكثير عن تصريحات المسؤولين أقسموا بهدوء وذهبوا لشراء الملح وأعواد الثقاب والسكر. م.جفانيتسكي

في الآونة الأخيرة، أصبح موضوع الحرب العالمية الثالثة المقبلة شائعا في وسائل الإعلام الأمريكية (وليس فقط). حتى أن البعض يخمن أنها ستكون ذرية ( مثال نموذجي: تستعد الولايات المتحدة وروسيا ليوم القيامة) وسيحدث في الأشهر الستة المقبلة أو نحو ذلك. إذا كنت قد قمت بالفعل بفحص مجموعة الإسعافات الأولية، واشتريت الحبوب والصابون والملح والمباريات والسكر، فقد حان الوقت للتفكير في مثل هذه السمة المهمة لاجتماع يوم القيامة كمقياس الجرعات. تتميز دائرة قياس الجرعات المقترحة بالحساسية العالية وسهولة التصنيع نظرا لعدم الحاجة إلى تعبئة محول الجهد العالي. كما تشمل مزايا التصميم استخدام الأجزاء المستخدمة على نطاق واسع، والقدرة على العمل من مصادر طاقة مختلفة (آمل أن يتذكر الجميع كيفية صنع البطاريات من البطاطس)، لذلك لن يكون الإصلاح والتشغيل في عالم ما بعد نهاية العالم أمرًا صعبًا. صعب جدا.

* مقياس الكثافة - مقياس جرعات كثافة تدفق الطاقة للجسيمات المؤينة.

تم بناء مقياس الجرعات على أربعة عدادات Geiger-Muller (يشار إليها فيما بعد باسم "الأنبوب" أو، بشكل غير صحيح تمامًا، "العداد") - أنابيب SBM-20 المشهورة وبأسعار معقولة. عند الشراء يجب الانتباه إلى تاريخ الصنع.

الأنبوب حساس ل فيومحدودة β ، وغير حساس α - الإشعاع.

خصائص SBM-20

يتم تصنيع SBM-20 على شكل أنبوب معدني مموج رقيق الجدران ومحكم الغلق، يتم ضخ الهواء منه إلى الخارج، وبدلاً من ذلك يضاف غاز خامل تحت ضغط منخفض، مع إضافة الشوائب (Ne + Br 2 + Ar). ). يتم تمديد سلك رفيع على طول محور الأنبوب، ويوجد معه أسطوانة معدنية متحدة المحور. كل من الأنبوب والسلك عبارة عن أقطاب كهربائية: الأنبوب هو الكاثود، والسلك هو الأنود. يتم توصيل السالب من مصدر الجهد الثابت بالكاثود، ويتم توصيل الزائد من مصدر الجهد الثابت إلى الأنود من خلال مقاومة ثابتة كبيرة جدًا. عندما يدخل جسيم مشحون إلى العداد، تتأين كمية معينة من الغاز، وتحت تأثير الجهد بين الكاثود والأنود، تبدأ الأيونات والإلكترونات في التحرك - يظهر تيار قصير المدى في الأنبوب. ينخفض ​​​​الجهد عند أنود الأنبوب لفترة وجيزة - نحصل على نبض مقلوب.

يحتوي SBM-20 على جهات اتصال للاتصال الأساسي. لا لحام لهم تحت أي ظرف من الظروف.. لتوصيل SBM-20، تكون جهات الاتصال المرنة للوحة الدوائر المطبوعة مناسبة ومصممة للصمامات الأنبوبية التي يبلغ قطرها 6.3 ملم.

تعتمد دوائر مقاييس الجرعات التابعة للجيش القديم، في المقام الأول، على متطلبات مقاومة المعدات لتأثيرات النبض الكهرومغناطيسي الناتج عن انفجار نووي قريب، مدعوم ببطاريات مستخدمة على نطاق واسع (حجمان من الكربون والزنك أو القلوية D ( LR20)). إشارة إلى النشاط الإشعاعي - إما مسموعة في سماعات الرأس أو في سماعات الرأس وفي نفس الوقت على مقياس ميكرومتر بمقياس متعدد النطاقات والتحقق من مصدر الطاقة. في البداية، استخدمت مقاييس الجرعات (IBG-58T) محول جهد الاهتزاز، ثم تم استخدام مولد يعتمد على الترانزستور ومحول الفريت لتثبيت الجهد.

رسم تخطيطي لمؤشر النشاط الإشعاعي للجيش التشيكوسلوفاكي IBG-58T

معظم الدوائر الموجودة على الإنترنت مبنية على محول جهد باستخدام محول على قلب من الفريت، والذي غالبًا ما يوقف أولئك الذين يرغبون في صنع مقياس الجرعات. وعادة ما يتم زيادة جهد الإمداد إلى 12 فولت.

كانت متطلباتي الرئيسية للدائرة هي:

• في تطبيق الفولتية المستخدمة في الدوائر مع وحدات التحكم الدقيقة - 5 فولت أو أقل؛
• محاثات أو محولات يسهل الوصول إليها؛
• قابلية التوسع والقدرة على استخدام عدادات جيجر مولر الأخرى عن طريق ضبط الجهد ضمن نطاق 200-460 فولت على الأقل؛
• تتكون من كتل وظيفية منفصلة متصلة في سلسلة؛
• يمكن إصلاح الهيكل بسهولة.

دائرة قياس الجرعات مع الإخراج المنطقي إلى وحدة التحكم الدقيقة. يتم تمييز "الكتل" الوظيفية بخلفية صفراء وبيضاء.

الكتلة الأولى عبارة عن مولد تذبذب بتردد ثابت يبلغ حوالي 1.5 كيلو هرتز ودورة تشغيل تبلغ حوالي 1:1. المولد مبني على مؤقت 555 (في إصدار CMOS - مدعوم بـ 3 فولت). تتيح لك أداة التشذيب ضبط التردد في النطاق من 1.1 إلى 5.2 كيلو هرتز، لذلك من الممكن ضبط تثبيت الجهد ضمن النطاق الأوسع. افتراضيًا، يتم ضبط مقاومة القطع على قيمة عالية، وهو ما يتوافق مع التردد المتولد المنخفض.

الوحدة الثانية عبارة عن محول تعزيز مزود بمحث مصغر متوفر بسهولة بقوة 33 مللي أمبير (Matsutami 09P-333J). يبلغ خرجها قبل مضاعف الجهد 300 فولت تقريبًا. لهذا السبب، تم اختيار ترانزستور 2N6517 بجهد أقصى (VV) يبلغ 350 فولت. يظهر الجهد أثناء التشغيل أدناه في مخطط الذبذبات:

رسم تذبذبي

يستخدم مضاعف الجهد مكثفات معدنية 22N 400V. عند خرج مكثف إلكتروليتي يبلغ 1 فائق التوهج، يمكن أن يصل الجهد إلى 450 فولت إذا قمت بتوصيل سلسلة من ثنائيات زينر BZX83V075 (75V x5) بالتوازي، والتي بدونها يمكن أن يصل الجهد إلى 600 فولت وفي هذه الحالة من الضروري استخدام 630 مكثف فولت. عند قياس الجهد العالي، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المكثف الإلكتروليتي الجديد لديه تسرب أعلى ويجب تشكيله. وفي غضون 15 دقيقة من تشغيل المكثف الجديد، يستقر الجهد.

عرض الجهاز المجمع على اللوح

استقر الجهد على الأنبوب عند 375 فولت. وهذا أقل من 400 فولت الموصى بها من قبل الشركة المصنعة والتعليمات الأخرى لتصنيع مقاييس الجرعات. حاولت قياس حساسية الأنبوب مع تغير الجهد، وفي حدود 330-460 فولت، فإن تغير الجهد لا يؤدي إلى تغير كبير في الحساسية، وعند حوالي 300 فولت يحدث انخفاض طفيف. يتغير تشغيل الأنبوب بشكل كبير عند جهد يبلغ حوالي 270 فولت.

يعد محول الجهد مصدرًا لطيفًا إلى حد ما ويؤدي توصيل الفولتميتر 10 MΩ إلى انخفاض ملحوظ في الجهد. سيكون تأثير الفولتميتر ضئيلًا إذا كانت مقاومته حوالي 100 ميجا أوم. يمكن صنع مثل هذا الفولتميتر المرتجل عن طريق توصيل الفولتميتر 10 MΩ من خلال تسعة (9) مقاومات 10 MΩ متصلة على التوالي. يجب ضرب الجهد المقاس بـ 10.

حساسية SBM-20 عند جهد الأنود المختلف.

تتكون مقاومة الأنود لعداد جيجر من خمس مقاومات قوة كل منها 1 MΩ. يتم تضمين المقاوم 100 كيلو أوم في دائرة الكاثود المضاد، والتي تتم إزالة نبضات الخرج المقلوبة منها، ثم يتم إحضارها إلى المستوى المنطقي البالغ 5 فولت بواسطة الترانزستور. تبلغ مدة النبضات حوالي 250 ميكروثانية. تتم معالجة هذه النبضات عن طريق إدخال المتحكم الدقيق ( يمكن معالجتها بهاتف ذكي عن طريق إضافة مكثف اقتران - كما في منشور MaxFactor "كيفية صنع مقياس الجرعات وربطه بنظام Android").

إذا كان الهدف هو الإشارة فقط إلى شدة الإشعاع دون مزيد من المعالجة، فسنقوم بتزويد 555 شريحة أخرى، يتم تحديد مدة نبضات الخرج بواسطة مقاوم تشذيب في حدود 2.5 مللي ثانية - 25 مللي ثانية. عند مستويات شدة الإضاءة المنخفضة، يكون ضوء LED الوامض أكثر وضوحًا. ومن أكثر الأمور الملحوظة أيضًا من "الطقطقة" المعتادة هي نغمة الصوت لمكبر الصوت النشط (الجرس) KPE222A بتردد إشارة طبيعي يبلغ 3.2 كيلو هرتز.

وحدة إضافية للإشارة الضوئية والصوتية.

يظل الجهد الكهربي الموجود على الأنبوب 375 فولت ثابتًا عندما يتغير جهد الإمداد في نطاق 3.8 إلى 5.5 فولت. ويبلغ استهلاك المحول 12 مللي أمبير عند 5 فولت، مما لن يمثل مشكلة في تشغيله من مصدر طاقة وحدة التحكم الدقيقة. . كجهاز منفصل، يمكن أن يعمل مقياس الجرعات من 4 عناصر هيدريد معدن النيكل، أو 3 عناصر Ni-Zn، أو من مثبت 5 فولت من أي مصدر بجهد يصل إلى 24 فولت.

عند إنشاء الإصدار الأول من الجهاز على اللوح، اتضح أنه من الضروري الانتباه إلى تنظيف اللوحة جيدا من التدفق. على سبيل المثال، تسببت بقايا معجون اللحام Pro"sKit في حدوث تسرب للتيارات مما أدى إلى تقليل الجهد عند خرج محول الجهد إلى 120 فولت. الصنوبري الكلاسيكي أفضل بكثير، ولكن في هذه الحالة يكون تنظيف اللوحة مناسبًا.

إذا كان أنبوب العداد Geiger-Muller موجودًا بعيدًا عن اللوحة، فعليك الانتباه إلى الكابل لأنه ليست خصائص الجميع مناسبة لـ 400 فولت. لقد واجهت عطلًا في الكابل المحوري القديم، مما انعكس في قياس النبضات. تعتبر سعة الكابل مهمة أيضًا؛ فالأنبوب نفسه لديه سعة تبلغ 4pF ويؤثر الكبل على الوقت اللازم للتعافي من الأنبوب بعد مرور الجسيم، وبالتالي يؤثر على الخطية والحد الأعلى للقياسات. من المرغوب فيه أن يكون للكابل سعة صغيرة قدر الإمكان.

غلاف معدني لعداد جيجر مولر

يمكن وضع الأنابيب مباشرة على اللوحة أو داخل العلبة. سوف يقومون بقياس مستويات الإشعاع في الفضاء، لكن من غير المرجح أن يتمكنوا من دراسة مصدر إشعاعي نقطي، كما أنهم سيفقدون الكثير من حساسيتهم لمصادر الإشعاع الضعيفة، والتي تعتمد بشكل كبير على الحد الأدنى للمسافة من المصدر إلى الأنبوب .

للانفصال فيو β -الإشعاعات التي يكون العداد حساس لها يمكن استخدام علبة ألمنيوم مع غشاء كما في الصورة السابقة. فيو β تمر بحرية من خلال الفتحات، وفقط فييخترق غلاف الألومنيوم 5 مم. عند تركيبه في الهيكل، يجب أن يكون الأنبوب موجهًا بشكل صحيح، وأن يكون الهيكل مؤرضًا، وأن يكون السلك معزولًا. بالنسبة لتجاربنا، يكفي استخدام أنبوب مع خيوط معزولة فقط.

سجل مقياس الجرعات الذي تم تجميعه وتشغيله خلفية تبلغ حوالي 20 نبضة في الدقيقة. يتم الرد بشكل موثوق على كرة زجاجية من اليورانيوم مطبقة على الأنبوب وحتى على شبكة توهج (الثوريوم-232) من مسافة 10 سم. عادة لا يتم التعرف على مصادر الإشعاع الأضعف مثل الرماد أو مسحوق الغسيل بشكل جيد عن طريق الأذن، ولكن يتم التعرف عليها بشكل مقنع يتم تحديدها من خلال تسجيل نتائج القياس بيانيا. بعد ذلك، سنقوم بتوصيل مقياس الجرعات الحساس مع Arduino و"التحقق" من الإشعاع الإشعاعي المنبعث من الأدوات المنزلية.

الاتصال بالاردوينو

في المستقبل القريب، سيكون هدفنا هو استكمال إنشاء جهاز قياس مناسب مزود بشاشة عرض، مع إعادة حساب جرعة التعرض للإشعاع أثناء المراقبة طويلة المدى، مع عرض رسومي أو التحكم في مستويات شدة الإشعاع المحددة مسبقًا وإنذار عند حدوث ذلك. يتم تجاوز المستويات. في الوقت الحالي سوف نركز على العروض الرسومية البسيطة. ستسمح لنا الحساسية العالية وتصفية الضوضاء العالية بإجراء تجارب مع مصادر أضعف للإشعاع المشع.

وهكذا قم بتوصيل مخرج الجهاز من Arduino Uno بالدبوس D2. يتم جمع النبضات الفردية في متغير عبر معالجة المقاطعة ويتم عرض عدد النبضات في الدقيقة بيانياً. لبدء تجربة مثل هذا البرنامج، هذا يكفي بالنسبة لنا. حتى أنبوب واحد يمكن قياسه بدقة تامة، لكن أخذ القياسات سيستغرق وقتًا طويلاً. من الضروري قضاء عشرات الدقائق في الدورات، ويمكن أن يستغرق قياس واحد من عدة دورات عدة ساعات. هناك طريقة أخرى لفعل الشيء نفسه يمكننا رؤيتها في أجهزة الإنتاج التسلسلي وهي زيادة عدد عدادات جيجر-مولر المتصلة على التوازي، مما سيؤدي إلى زيادة عدد الجسيمات الملتقطة. يوضح هذا الرسم البياني كيفية توصيل عدة هواتف:

اتصال متوازي بين العديد من الهواتف

// قياسات الإشعاع بيتا / جاما int pocet; // متغير لحساب الجسيمات غير الموقعة لفترة طويلة؛ // إعداد باطلة لوقت المراقبة () (pinMode(2, INPUT); // إدخال الدبوس 2 من عداد جيجر AttachInterrupt(0, nacti, RISING); // ضبط المقاطعة Serial.begin(9600); // ضبط معدل نقل البيانات عبر الواجهة التسلسلية Serial.println(" "); // سطر جديد عند إعادة التعيين) void nacti() ( pocet = pocet++; // معالجة int0 ) حلقة باطلة() ( pocet = 0; // وقت القياس الجديد = millis() + 60000; // وقت انتهاء القياس while (time > millis()) () // انتظر دقيقة واحدة if (pocet< 10) Serial.print(" "); // форматировать согласно количества цифр if (pocet < 100) Serial.print(" "); if (pocet < 1000) Serial.print(" "); Serial.print(pocet); // написать количество распадов/мин Serial.print(" "); for (int i = 0; i < pocet; i++) { // графический вывод Serial.print("#"); } Serial.println(" "); // окончание строки }
ويوضح الشكل التالي نتيجة قياس إشعاع العدسة من جهاز عرض قديم عالي الطاقة. يتمتع الزجاج البصري بنشاط منخفض جدًا مقارنة بزجاج اليورانيوم. عند "الاستماع"، لوحظ بعض النشاط، ولكن كان من الصعب تقييم حجمه.

قياس نشاط العدسة البصرية

في التسجيل، علامة التجزئة الواحدة (#) تقابل نبضة واحدة. تم تسجيل الخلفية المشعة لأول 20 دقيقة. أقل عدد من النبضات المسجلة كان 13، والحد الأقصى 36. ويبين الخط الأحمر متوسط ​​القيمة، في هذه الحالة، 23 نبضة في الدقيقة.

تسجيل قياسات نشاط العدسة البصرية

وبعد 16 دقيقة من التسجيل مع وضع العدسة على الأنبوب، أصبح متوسط ​​القيمة 46 نبضة في الدقيقة. بالضبط ضعف ذلك. يمكننا أن نستنتج أن العدسة البصرية ساهمت بـ 23 نبضة في الدقيقة، على الرغم من أن هذه النتيجة تقريبية فقط وغير موثوقة إحصائيًا تمامًا. يمكننا حتى أن نحاول قياس مصادر الإشعاع الضعيفة مثل مسحوق الغسيل أو الرماد أو الفاكهة الاستوائية أو السبائك المعدنية أو المغناطيس أو أي شيء آخر. وبالمثل، يمكننا محاولة اكتشاف وجود مصادر الإشعاع على مسافات قصيرة، ولكن ربما أيضًا على مسافة 10 أو 30 أو 100 سم. كما توفر نتيجة مماثلة للعدسة المذكورة عن طريق قياس مقياس سرعة الدوران القديم على مسافة 0.5 متر أو التحقق من عمره مقالب الألغام بالقرب من Mniszech -under-Brdi.

ومن خلال إجراء دورة قياس لمدة 5 دقائق، وإجراء 10 دورات بدون مصدر (قياس الخلفية)، ثم 10 دورات مع المصدر، يمكن اكتشاف النشاط في الموز. لسوء الحظ، لم أتمكن من تحديد أصل الموز على وجه التحديد، والذي يعتمد نشاطه بقوة على هذا. إن القياس الذي يستمر لمدة 100 دقيقة وحده لا يعد مؤشرًا - فالزيادة في عدد النبضات بالنسبة للخلفية تبلغ حوالي 20٪. ويمكن اختزال هذا إلى خطأ إحصائي، ولكن من خلال أخذ أربعة قياسات متتالية (قياسان للخلفية، والمصدر، وقياسان بترتيب عكسي) يصبح من الواضح تمامًا أن "هناك شيئًا ما" ويمكننا حتى تقدير مدى شدة ذلك. وكان متوسط ​​مساهمة الموز هو 4 جسيمات مكتشفة في الدقيقة، وهو ما يعادل 8

سواء أحببنا ذلك أم لا، فقد دخل الإشعاع حياتنا بقوة ولن يختفي. نحن بحاجة إلى أن نتعلم كيف نتعايش مع هذه الظاهرة، فهي مفيدة وخطيرة في نفس الوقت. يتجلى الإشعاع على أنه إشعاع غير مرئي وغير محسوس، ومن المستحيل اكتشافه بدون أجهزة خاصة.

القليل من تاريخ الإشعاع

تم اكتشاف الأشعة السينية في عام 1895. وبعد مرور عام، تم اكتشاف النشاط الإشعاعي لليورانيوم، والذي يرتبط أيضًا بالأشعة السينية. أدرك العلماء أنهم يواجهون ظواهر طبيعية جديدة تمامًا وغير مرئية حتى الآن. ومن المثير للاهتمام أن ظاهرة الإشعاع قد لوحظت قبل عدة سنوات، ولكن لم يتم إيلاء أي أهمية لها، على الرغم من أن نيكولا تيسلا وغيره من العاملين في مختبر إديسون أصيبوا أيضًا بحروق من الأشعة السينية. يُعزى الضرر الذي يلحق بالصحة إلى أي شيء، ولكن ليس إلى الأشعة التي لم يسبق للكائنات الحية أن واجهتها بمثل هذه الجرعات. في بداية القرن العشرين، بدأت المقالات تظهر حول الآثار الضارة للإشعاع على الحيوانات. وهذا أيضًا لم يُعط أي أهمية حتى القصة المثيرة مع "فتيات الراديوم" - العاملات في مصنع ينتج الساعات المضيئة. إنهم فقط يبللون الفرش بطرف لسانهم. ولم يتم حتى نشر المصير الرهيب لبعضهم، لأسباب أخلاقية، وبقي اختبارا فقط لأعصاب الأطباء القوية.

في عام 1939، تكلمت الفيزيائية ليز مايتنر، التي تنتمي مع أوتو هان وفريتز ستراسمان، إلى الأشخاص الذين كانوا أول من قام بتقسيم نواة اليورانيوم في العالم، عن غير قصد حول إمكانية حدوث تفاعل متسلسل، ومنذ تلك اللحظة بدأت سلسلة من ردود الفعل للأفكار حول إنشاء قنبلة، أي القنبلة، وليس على الإطلاق "الذرة السلمية"، والتي لم يكن السياسيون المتعطشون للدماء في القرن العشرين، بالطبع، سيعطون فلسا واحدا. أولئك الذين كانوا "على دراية" عرفوا بالفعل ما سيؤدي إليه هذا الأمر وبدأ سباق التسلح الذري.

كيف ظهر عداد جيجر مولر؟

اقترح الفيزيائي الألماني هانز جيجر، الذي عمل في مختبر إرنست رذرفورد، في عام 1908 مبدأ تشغيل عداد "الجسيمات المشحونة" كتطوير إضافي لغرفة التأين المعروفة بالفعل، والتي كانت عبارة عن مكثف كهربائي مملوء بالغاز عند مستويات منخفضة ضغط. تم استخدامه من قبل بيير كوري في عام 1895 لدراسة الخواص الكهربائية للغازات. خطرت لجيجر فكرة استخدامه للكشف عن الإشعاعات المؤينة على وجه التحديد لأن هذه الإشعاعات لها تأثير مباشر على درجة تأين الغاز.

في عام 1928، أنشأ والتر مولر، تحت قيادة جيجر، عدة أنواع من عدادات الإشعاع المصممة لتسجيل الجزيئات المؤينة المختلفة. كان إنشاء العدادات حاجة ملحة للغاية، وبدونها كان من المستحيل مواصلة دراسة المواد المشعة، لأن الفيزياء، كعلم تجريبي، لا يمكن تصورها دون أدوات القياس. عمل جيجر ومولر بشكل هادف على إنشاء عدادات حساسة لكل نوع من أنواع الإشعاع التي تم اكتشافها: α و β و γ (تم اكتشاف النيوترونات فقط في عام 1932).

أثبت عداد جيجر-مولر أنه كاشف إشعاع بسيط وموثوق ورخيص وعملي. على الرغم من أنها ليست الأداة الأكثر دقة لدراسة أنواع معينة من الجسيمات أو الإشعاع، إلا أنها مناسبة للغاية كأداة للقياس العام لكثافة الإشعاع المؤين. وبالاشتراك مع أجهزة الكشف الأخرى، يتم استخدامه من قبل الفيزيائيين لإجراء قياسات دقيقة أثناء التجارب.

إشعاعات أيونية

لفهم عمل عداد جيجر-مولر بشكل أفضل، من المفيد أن يكون لديك فهم للإشعاع المؤين بشكل عام. بحكم التعريف، تشمل هذه الأشياء أي شيء يمكن أن يسبب تأين المادة في حالتها الطبيعية. وهذا يتطلب كمية معينة من الطاقة. على سبيل المثال، موجات الراديو أو حتى الأشعة فوق البنفسجية ليست إشعاعات مؤينة. تبدأ الحدود بـ "الأشعة فوق البنفسجية الصلبة"، والمعروفة أيضًا باسم "الأشعة السينية الناعمة". هذا النوع هو نوع من الإشعاع الفوتون. تسمى الفوتونات عالية الطاقة عادة بكمات جاما.

كان إرنست رذرفورد أول من قسم الإشعاعات المؤينة إلى ثلاثة أنواع. وقد تم ذلك في إعداد تجريبي باستخدام مجال مغناطيسي في الفراغ. وتبين فيما بعد أن هذا هو:

α - نوى ذرات الهيليوم
β - إلكترونات عالية الطاقة
γ - كمات جاما (الفوتونات)

تم اكتشاف النيوترونات في وقت لاحق. يتم حظر جزيئات ألفا بسهولة حتى بواسطة الورق العادي، وتتمتع جزيئات بيتا بقدرة اختراق أكبر قليلاً، وتتمتع أشعة جاما بأعلى قوة اختراق. النيوترونات هي الأكثر خطورة (على مسافة تصل إلى عشرات الأمتار في الهواء!). بسبب حيادها الكهربائي، فإنها لا تتفاعل مع الأغلفة الإلكترونية لجزيئات المادة. ولكن بمجرد دخولها إلى النواة الذرية، فإن احتمال حدوث ذلك مرتفع جدًا، فإنها تؤدي إلى عدم استقرارها واضمحلالها، مع تكوين النظائر المشعة، كقاعدة عامة. وهؤلاء بدورهم يتحللون ويشكلون "باقة" كاملة من الإشعاعات المؤينة. أسوأ ما في الأمر هو أن الجسم المشعع أو الكائن الحي نفسه يصبح مصدرًا للإشعاع لعدة ساعات وأيام.

تصميم عداد جيجر مولر ومبدأ تشغيله

عادة ما يتم تصنيع عداد تفريغ الغاز جيجر مولر على شكل أنبوب مغلق أو زجاجي أو معدني، يتم تفريغ الهواء منه، وبدلاً من ذلك يضاف غاز خامل (نيون أو أرجون أو خليط منهما) تحت ضغط منخفض بمزيج من الهالوجينات أو الكحول. يتم تمديد سلك رفيع على طول محور الأنبوب، ويوجد معه أسطوانة معدنية متحدة المحور. كل من الأنبوب والسلك عبارة عن أقطاب كهربائية: الأنبوب هو الكاثود، والسلك هو الأنود. يتم توصيل السالب من مصدر جهد ثابت بالكاثود، ويتم توصيل الزائد من مصدر جهد ثابت بالأنود من خلال مقاومة ثابتة كبيرة. كهربائيًا ، يتم الحصول على مقسم جهد ، عند النقطة الوسطى (تقاطع المقاومة وأنود المقياس) يكون الجهد مساويًا تقريبًا للجهد عند المصدر. هذا عادة ما يكون عدة مئات من الفولتات.

عندما يطير جسيم مؤين عبر الأنبوب، فإن ذرات الغاز الخامل، الموجودة بالفعل في مجال كهربائي عالي الكثافة، تتعرض للتصادمات مع هذا الجسيم. الطاقة المنبعثة من الجسيم أثناء الاصطدام كافية لفصل الإلكترونات عن ذرات الغاز. الإلكترونات الثانوية الناتجة هي نفسها قادرة على تشكيل تصادمات جديدة، وبالتالي يتم الحصول على سيل كامل من الإلكترونات والأيونات. تحت تأثير المجال الكهربائي، تتسارع الإلكترونات نحو القطب الموجب، وتتسارع أيونات الغاز ذات الشحنة الموجبة نحو كاثود الأنبوب. وهكذا ينشأ تيار كهربائي. ولكن بما أن طاقة الجسيم قد تم إنفاقها بالفعل على الاصطدامات، كليًا أو جزئيًا (طار الجسيم عبر الأنبوب)، فإن إمداد ذرات الغاز المتأين ينتهي أيضًا، وهو أمر مرغوب فيه ويتم ضمانه من خلال بعض التدابير الإضافية، والتي سنتحدث عنها حول عند تحليل معلمات العدادات.

عندما يدخل جسيم مشحون إلى عداد جيجر مولر، بسبب التيار الناتج، تنخفض مقاومة الأنبوب، ومعها الجهد عند منتصف مقسم الجهد، والذي تمت مناقشته أعلاه. ثم تتم استعادة مقاومة الأنبوب بسبب زيادة مقاومته ويصبح الجهد كما هو مرة أخرى. وهكذا نحصل على نبض الجهد السلبي. ومن خلال حساب النبضات، يمكننا تقدير عدد الجسيمات المارة. تكون شدة المجال الكهربائي مرتفعة بشكل خاص بالقرب من الأنود بسبب صغر حجمه، مما يجعل العداد أكثر حساسية.

تصاميم عداد جيجر مولر

تتوفر عدادات جيجر مولر الحديثة في نسختين رئيسيتين: "الكلاسيكية" والمسطحة. يتكون العداد الكلاسيكي من أنبوب معدني رقيق الجدران مموج. السطح المموج للمقياس يجعل الأنبوب صلبًا ومقاومًا للضغط الجوي الخارجي ولا يسمح له بالتجعد تحت تأثيره. يوجد في نهايات الأنبوب عوازل مانعة للتسرب مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك الحراري. كما أنها تحتوي على أغطية طرفية للاتصال بدائرة الجهاز. يتم تمييز الأنبوب ومغلف بورنيش عازل متين، دون احتساب أطرافه بالطبع. يشار أيضا إلى قطبية المحطات. وهو عداد عالمي لجميع أنواع الإشعاعات المؤينة، وخاصة بيتا وغاما.

يتم تصنيع العدادات الحساسة للإشعاع الناعم بشكل مختلف. نظرًا لقصر مدى جسيمات بيتا، يجب أن تكون مسطحة، مع نافذة ميكا تحجب إشعاع بيتا بشكل ضعيف. أحد الخيارات لمثل هذا العداد هو مستشعر الإشعاع بيتا-2. يتم تحديد جميع الخصائص الأخرى للعدادات من خلال المواد التي صنعت منها.

تحتوي العدادات المصممة لكشف إشعاعات جاما على كاثود مصنوع من معادن ذات رقم شحنة مرتفع، أو تكون مغلفة بهذه المعادن. يتأين الغاز بشكل سيء للغاية بواسطة فوتونات جاما. لكن فوتونات جاما قادرة على طرد العديد من الإلكترونات الثانوية من الكاثود إذا تم اختياره بشكل مناسب. عدادات جيجر-مولر لجسيمات بيتا مصنوعة بنوافذ رقيقة لنقل الجسيمات بشكل أفضل، لأنها إلكترونات عادية تلقت للتو المزيد من الطاقة. يتفاعلون جيدًا مع المادة ويفقدون هذه الطاقة بسرعة.

وفي حالة جسيمات ألفا فإن الوضع أسوأ. لذلك، على الرغم من وجود طاقة جيدة جدًا، بترتيب عدة MeV، تتفاعل جسيمات ألفا بقوة شديدة مع الجزيئات الموجودة في طريقها وتفقد الطاقة بسرعة. إذا تمت مقارنة المادة بغابة، والإلكترون برصاصة، فلا بد من مقارنة جسيمات ألفا بدبابة تصطدم بالغابة. ومع ذلك، فإن العداد التقليدي يستجيب جيدًا لأشعة ألفا، ولكن فقط على مسافة تصل إلى عدة سنتيمترات.

لإجراء تقييم موضوعي لمستوى الإشعاع المؤين مقاييس الجرعاتغالبًا ما تكون عدادات الأغراض العامة مجهزة بعدادين يعملان بالتوازي. أحدهما أكثر حساسية لأشعة α و β، والثاني لأشعة γ. يتم تنفيذ هذا المخطط لاستخدام عدادين في مقياس الجرعات راديكس RD1008وفي مقياس الجرعات الإشعاعية راديك MKS-1009، حيث تم تثبيت العداد بيتا-2و بيتا-2M. في بعض الأحيان يتم وضع شريط أو صفيحة من سبيكة تحتوي على خليط من الكادميوم بين العدادات. عندما تصطدم النيوترونات بمثل هذا الشريط، يتم توليد إشعاع جاما، والذي يتم تسجيله. ويتم ذلك حتى نتمكن من اكتشاف الإشعاع النيوتروني، الذي تكون عدادات جيجر البسيطة غير حساسة له عمليًا. هناك طريقة أخرى وهي طلاء الغلاف (الكاثود) بالشوائب التي يمكن أن تنقل الحساسية للنيوترونات.

تتم إضافة الهالوجينات (الكلور والبروم) إلى الغاز لإطفاء التفريغ بسرعة. يخدم بخار الكحول أيضًا نفس الغرض، على الرغم من أن الكحول في هذه الحالة قصير العمر (هذه سمة من سمات الكحول بشكل عام) ويبدأ مقياس "الصحوة" باستمرار في "الرنين"، أي أنه لا يمكن أن يعمل في الوضع المقصود . يحدث هذا في مكان ما بعد اكتشاف 1e9 نبضة (مليار)، وهو ليس كثيرًا. تعتبر العدادات التي تحتوي على الهالوجينات أكثر متانة.

المعلمات وأنماط التشغيل لعدادات جيجر

حساسية عدادات جيجر.

يتم تقدير حساسية العداد بنسبة عدد الجينات الدقيقة من المصدر المرجعي إلى عدد النبضات الناتجة عن هذا الإشعاع. نظرًا لأن عدادات جيجر ليست مصممة لقياس طاقة الجسيمات، فمن الصعب إجراء تقدير دقيق. تتم معايرة العدادات باستخدام مصادر النظائر المرجعية. تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلمة يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا باختلاف أنواع العدادات؛ فيما يلي معلمات عدادات جيجر-مولر الأكثر شيوعًا:

عداد جيجر مولر بيتا-2- 160 ÷ 240 عفريت/ميكرفون

عداد جيجر مولر بيتا-1- 96 ÷ 144 عفريت/ميكرفون

عداد جيجر مولر إس بي إم-20- 60 ÷ 75 عفريت/ميكرفون

عداد جيجر مولر إس بي إم-21- 6.5 ÷ 9.5 عفريت/ميكرفون

عداد جيجر مولر إس بي إم-10- 9.6 ÷ 10.8 عفريت/ ميكرومتر

منطقة نافذة المدخل أو منطقة العمل

منطقة مستشعر الإشعاع التي تتطاير من خلالها الجزيئات المشعة. ترتبط هذه الخاصية ارتباطًا مباشرًا بأبعاد المستشعر. كلما كانت المساحة أكبر، كلما زاد عدد الجسيمات التي يلتقطها عداد جيجر-مولر. عادةً ما تتم الإشارة إلى هذه المعلمة بالسنتيمتر المربع.

عداد جيجر مولر بيتا-2- 13.8 سم2

عداد جيجر مولر بيتا-1- 7 سم2

يتوافق هذا الجهد مع منتصف خاصية التشغيل تقريبًا. خاصية التشغيل هي الجزء المسطح من اعتماد عدد النبضات المسجلة على الجهد، ولهذا السبب يطلق عليها أيضًا "الهضبة". عند هذه النقطة يتم تحقيق أعلى سرعة تشغيل (حد القياس الأعلى). القيمة النموذجية هي 400 فولت.

عرض خاصية تشغيل العداد.

هذا هو الفرق بين جهد انهيار الشرارة وجهد الخرج على الجزء المسطح من الخاصية. القيمة النموذجية هي 100 فولت.

منحدر خاصية تشغيل العداد.

يتم قياس المنحدر كنسبة مئوية من النبضات لكل فولت. وهو يميز الخطأ الإحصائي للقياسات (حساب عدد النبضات). القيمة النموذجية هي 0.15%.

درجة حرارة التشغيل المسموح بها للعداد.

للأغراض العامة متر -50 ... +70 درجة مئوية. تعد هذه معلمة مهمة جدًا إذا كان العداد يعمل في غرف وقنوات وأماكن أخرى بها معدات معقدة: المسرعات والمفاعلات وما إلى ذلك.

الموارد العاملة للعداد.

إجمالي عدد النبضات التي يسجلها جهاز القياس قبل أن تبدأ قراءاته تصبح غير صحيحة. بالنسبة للأجهزة التي تحتوي على إضافات عضوية، يكون التبريد الذاتي عادةً 1e9 (عشرة أس تسعة، أو مليار). يتم حساب المورد فقط في حالة تطبيق جهد التشغيل على جهاز القياس. إذا تم تخزين العداد ببساطة، فلن يتم استهلاك هذا المورد.

مكافحة الوقت الميت.

هذا هو الوقت (وقت الاسترداد) الذي يمر خلاله العداد بالتيار بعد أن يتم تشغيله بواسطة جسيم عابر. ووجود مثل هذا الوقت يعني أن هناك حداً أعلى لتردد النبضة وهذا يحد من نطاق القياس. القيمة النموذجية هي 1e-4 s، وهي عشرة ميكروثانية.

تجدر الإشارة إلى أنه بسبب الوقت الميت، قد يكون المستشعر "خارج النطاق" ويظل صامتًا في اللحظة الأكثر خطورة (على سبيل المثال، تفاعل متسلسل تلقائي في الإنتاج). وقد حدثت مثل هذه الحالات، ولمكافحتها يتم استخدام شاشات الرصاص لتغطية جزء من أجهزة الاستشعار الخاصة بأنظمة إنذار الطوارئ.

خلفية مضادة مخصصة.

يتم قياسها في غرف الرصاص ذات الجدران السميكة لتقييم جودة العدادات. القيمة النموذجية هي 1 ... 2 نبضة في الدقيقة.

التطبيق العملي لعدادات جيجر

تنتج الصناعة السوفيتية والروسية الآن أنواعًا عديدة من عدادات جيجر مولر. فيما يلي بعض العلامات التجارية الشائعة: STS-6، وSBM-20، وSI-1G، وSI21G، وSI22G، وSI34G، وعدادات سلسلة Gamma، وعدادات النهاية من السلسلة بيتا"وهناك غيرها الكثير. تُستخدم جميعها لرصد وقياس الإشعاع: في منشآت الصناعة النووية، وفي المؤسسات العلمية والتعليمية، وفي الدفاع المدني، والطب، وحتى في الحياة اليومية. بعد حادث تشيرنوبيل.. مقاييس الجرعات المنزلية، التي لم تكن معروفة من قبل للسكان حتى بالاسم، أصبحت ذات شعبية كبيرة. ظهرت العديد من العلامات التجارية لمقاييس الجرعات المنزلية. كلهم يستخدمون عداد جيجر مولر كجهاز استشعار للإشعاع. في مقاييس الجرعات المنزلية، يتم تركيب أنبوب أو أنبوبين أو عدادات نهائية.

وحدات قياس كميات الإشعاع

لفترة طويلة، كانت وحدة القياس P (رونتجن) شائعة. ومع ذلك، عند الانتقال إلى نظام SI، تظهر وحدات أخرى. الأشعة السينية هي وحدة جرعة التعرض، "كمية الإشعاع"، والتي يتم التعبير عنها بعدد الأيونات المنتجة في الهواء الجاف. بجرعة 1 R، يتم تشكيل 2.082e9 أزواج من الأيونات في 1 سم3 من الهواء (وهو ما يعادل وحدة شحن واحدة من SGSE). في نظام SI، يتم التعبير عن جرعة التعرض بالكولوم لكل كيلوغرام، وفي الأشعة السينية يرتبط ذلك بالمعادلة:

1 سنت/كجم = 3876 ر

يتم قياس الجرعة الممتصة من الإشعاع بالجول لكل كيلوغرام وتسمى غراي. هذا بديل لوحدة الراد القديمة. يتم قياس معدل الجرعة الممتصة بالرمادي في الثانية. معدل جرعة التعرض (EDR)، الذي كان يُقاس سابقًا بالرونتجنز في الثانية، يُقاس الآن بالأمبير لكل كيلوغرام. الجرعة الإشعاعية المكافئة التي تكون فيها الجرعة الممتصة 1 غراي (رمادي) وعامل جودة الإشعاع 1 تسمى سيفرت. الريم (المعادل البيولوجي للأشعة السينية) هو جزء من مائة من السيفرت، ويعتبر الآن قديمًا. ومع ذلك، حتى اليوم يتم استخدام جميع الوحدات القديمة بنشاط كبير.

المفاهيم الرئيسية في قياسات الإشعاع هي الجرعة والطاقة. الجرعة هي عدد الشحنات الأولية في عملية تأين المادة، والطاقة هي معدل تكوين الجرعة لكل وحدة زمنية. وفي أي وحدات يتم التعبير عن ذلك فهي مسألة ذوق وملاءمة.

حتى الجرعة الدنيا تشكل خطورة من حيث العواقب طويلة المدى على الجسم. حساب الخطر بسيط للغاية. على سبيل المثال، يُظهر مقياس الجرعات الخاص بك 300 مليروجين في الساعة. إذا بقيت في هذا المكان لمدة يوم، فسوف تتلقى جرعة قدرها 24 * 0.3 = 7.2 رونتجنز. هذا أمر خطير وعليك مغادرة هنا في أقرب وقت ممكن. بشكل عام، إذا اكتشفت إشعاعًا ولو ضعيفًا، فيجب عليك الابتعاد عنه والتحقق منه حتى من مسافة بعيدة. إذا "تابعتك"، فيمكنك أن "تهنئك"، لقد أصيبت بالنيوترونات. لكن ليس كل مقياس جرعات يمكنه الاستجابة لها.

بالنسبة لمصادر الإشعاع، يتم استخدام كمية تميز عدد الانحلالات لكل وحدة زمنية؛ ويطلق عليها اسم النشاط ويتم قياسها أيضًا بعدة وحدات مختلفة: كوري، بيكريل، رذرفورد وبعض الوحدات الأخرى. إن مقدار النشاط، الذي يتم قياسه مرتين مع فاصل زمني كافٍ، إذا انخفض، يسمح لنا بحساب الوقت، وفقًا لقانون الانحلال الإشعاعي، عندما يصبح المصدر آمنًا بدرجة كافية.

تحتل أجهزة قياس الجرعات المنزلية المنتجة في روسيا ودول رابطة الدول المستقلة الأخرى مكانة رائدة في السوق العالمية، لذلك تم اختيار هذه الأجهزة فقط للاختبار التحريري. تم اختبارها في الظروف المخبرية (مصادر ألفا وبيتا وغاما)، وكذلك في أحد مواقع التلوث الإشعاعي (الراديوم 226، 0.92 ميكروسيفرت/ساعة) وفي الظروف المنزلية (أسمدة البوتاسيوم، أقطاب اللحام مع إضافة الثوريوم وكاشفات الدخان المؤين). للتحكم، استخدمنا مطياف جاما Exploranium GR-130. قامت جميع مقاييس الجرعات بقياس مستوى إشعاع جاما (باستثناء الإشعاع الناعم) ضمن الخطأ المحدد، ولكن بالنسبة للأنواع الأخرى من الإشعاع، كانت التناقضات كبيرة. تستخدم معظم مقاييس الجرعات التي تم اختبارها عداد Geiger-Muller الكلاسيكي SBM-20 الذي تصنعه شركة Elektrokhimpribor. ولكن للأسف، فإن حساسيته تترك الكثير مما هو مرغوب فيه، وفي مستويات الإشعاع المنخفضة، يستغرق العد عدة دقائق. تستخدم أجهزة قياس الجرعات بحجم ساعات اليد عداد SBM-21، وهو أقل حساسية (حوالي 10 مرات). تستخدم مقاييس الجرعات الأكثر تقدمًا عدادات النهاية. شمل اختبارنا مقياس جرعات مزودًا بعداد من النوع Beta-1 تم تصنيعه بواسطة شركة Consensus، وهو حساس تقريبًا لإشعاع جاما مثل SBM-20، ولكنه أيضًا أكثر تكلفة.

راديكس RD1503+

المستشعر: SBM-20 بدون فلتر. قياسات: يبالغ في تقدير القراءات عند طاقات جاما المنخفضة وتشعيع جاما بيتا المختلط. في بعض المصادر، خرج الجهاز عن نطاقه - وكان الحد الأعلى للنطاق هو الأصغر بين جميع المشاركين في الاختبار. يتم المبالغة في تقدير الخلفية الطبيعية بحوالي مرة ونصف. إنه غير مناسب للبحث عن بؤر العدوى الصغيرة بسبب حساسية المستشعر المنخفضة. الاستنتاجات: يحتوي الجهاز على واجهة سهلة الاستخدام؛ الشيء الوحيد المؤسف هو إعادة تشغيل دورة القياس بشكل متكرر وغير محفز، مما قد يؤخر الحصول على نتائج دقيقة.

راديكس RD1706

المستشعر: 2xSBM-20 بدون مرشحات. قياسات: يبالغ في تقدير القراءات عند التشعيع بإشعاع جاما الناعم وتشعيع جاما بيتا المختلط. يبالغ في الخلفية الطبيعية بمقدار مرة ونصف تقريبًا. إنه ليس مثاليًا للبحث عن بؤر العدوى الصغيرة، ولكنه مناسب: يعمل مستشعران على تسريع استجابته للتغيرات في مستويات الإشعاع. الاستنتاجات:واجهة جميلة بالإضافة إلى سرعة قياس مضاعفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا الجهاز أقل عرضة لإعادة تشغيل القياسات بشكل غير مبرر.

سوكس-01M

المستشعر: SBM-20 بدون فلتر. قياسات: يبالغ في تقدير القراءات عند التشعيع بإشعاع جاما الناعم وتشعيع جاما بيتا المختلط. يبالغ في الخلفية الطبيعية بمقدار مرة ونصف تقريبًا. إنه غير مناسب للبحث عن بؤر العدوى الصغيرة بسبب حساسية المستشعر المنخفضة. الاستنتاجات:صغير جدًا وخفيف الوزن ومزود بشاشة ملونة وإمكانية الاتصال بجهاز كمبيوتر عبر USB. لا تساهم لوحة الألوان والخطوط دائمًا في سهولة القراءة. يعرض تقييمًا نوعيًا لمستوى الخلفية ورسمًا تخطيطيًا للتغيرات في القراءات بمرور الوقت. إذا قامت الشركة المصنعة بتحديث البرنامج الثابت، وإزالة الرسوم المتحركة غير الضرورية تمامًا عند بدء التشغيل وإيقاف التشغيل، وتحسين الألوان والخطوط للحصول على أفضل إمكانية للقراءة، فستحصل على أحد أفضل الأجهزة المنزلية.

MKS-05 تيرا-P

المستشعر: SBM-20 مع فلتر. قياسات: بشكل عام، القراءات لا تتجاوز خطأ جواز السفر. بفضل الفلتر القابل للإزالة، يسمح Terra-P بإجراء قياسات تقريبية لكثافة تدفق إشعاع بيتا الصلب. يتم المبالغة في تقدير الخلفية الطبيعية بحوالي مرة ونصف. إنه غير مناسب للبحث عن بؤر العدوى الصغيرة بسبب حساسية المستشعر المنخفضة. الاستنتاجات: يبدو الجهاز مناسبًا للاستخدام الميداني، وليس فقط للاستخدام المنزلي اللطيف. يساهم المرشح بشكل كبير في دقة القياسات وراحتها. لسوء الحظ، لا يتذكر الجهاز إعدادات عتبة الإنذار ويعيد ضبطها على 0.3 μSv/h.

بلفار RKS-107

المستشعر: 2xSBM-20 مع المرشحات. قياسات: يقيس الإشعاع الصادر من السيزيوم 137 بدقة شديدة، ولكنه يبالغ في تقدير إشعاع جاما الناعم بما يقرب من مرة ونصف. يتيح لك الوضع المنفصل لقياس كثافة تدفق جسيمات بيتا عدم استخدام أي عوامل تحويل تقريبية. إنه يبالغ في تقدير الخلفية الطبيعية بحوالي مرة ونصف. إنه غير مناسب على الإطلاق للبحث عن بؤر العدوى، لأنه لا يمكنه إجراء قياسات مستمرة ولا ينطق بتسجيل الجزيئات. الاستنتاجات:الإرث القاسي للماضي السوفييتي. لا يستطيع هذا الجهاز القيام بأي شيء سوى حساب عدد النبضات في وقت معين. تدعو التعليمات المستخدم بحرية إلى تنفيذ جميع العمليات الرياضية باستخدام قلم رصاص وورقة. من ناحية أخرى، هذا جهاز مسجل يخضع للاختبار الفردي، ولكنه في نفس الوقت يكلف نفس تكلفة مقياس الجرعات المنزلي العادي.

DP-5V

المستشعر: SBM-20 لقياس مستويات الإشعاع المرتفعة والمتوسطة والعالية، SI3BG لقياس مستويات الإشعاع الهائلة. مزود بمرشح ومصدر تحكم يعتمد على السترونتيوم-90. قياسات: عند أقل من 0.5 μSv/h، تتقلب الإبرة ببطء، مما يجعل القياسات صعبة. عند مستويات الإشعاع العالية، تكون قراءات الجهاز مستقرة تمامًا على نطاق واسع من طاقات إشعاع جاما. يتم تعويض الحساسية المنخفضة للمستشعر جزئيًا من خلال وضعه على قضيب منزلق، لذا فإن البحث عن نقاط الإشعاع باستخدام DP-5 أسهل من استخدام معظم المشاركين الآخرين في الاختبار. الاستنتاجات:العسكرية، وبالتالي إرث أكثر خطورة من الماضي السوفياتي. وفي بعض الحالات يمكن الحصول على مثل هذا الجهاز بسعر رمزي. ولكن هذا هو أكثر من عنصر مجموعة أو دعامة.

بوليماستر DKG-RM1603A

المستشعر: SBM-21 بدون فلتر. قياسات: يبالغ مقياس الجرعات في تقدير إشعاع جاما الناعم بمقدار الضعف تقريبًا. غير حساس لأشعة بيتا. يزيد من مستوى الإشعاع الطبيعي بنحو الربع. لا يمكن اكتشاف التلوث المحلي إلا عن طريق الصدفة - يستجيب الجهاز للتغيرات في مستويات الإشعاع ببطء شديد. الاستنتاجات:أنا لست سعيدًا جدًا برد الفعل المثبط للتغيرات في معدل الجرعة.

سنيب أونيس MKS-01SA1M

المستشعر: عداد النهاية بيتا-1، مرشح منزلق. قياسات: وجد المشارك الوحيد في الاختبار أنه قادر على قياس كثافة تدفق جسيمات بيتا من السيزيوم 137 بشكل مناسب وقياس كثافة تدفق جسيمات ألفا. إنه يبالغ في تقدير المستوى الطبيعي للإشعاع بحوالي مرة ونصف. بفضل المستشعر الأكثر حساسية لأشعة جاما وخاصة إشعاع بيتا، فهو الجهاز الأكثر ملاءمة من بين جميع الأجهزة التي تم اختبارها للبحث عن البقع المشعة. الاستنتاجات:بالتأكيد أفضل جهاز. نظام مناسب جدًا للإشارة إلى الخطأ الإحصائي النسبي مع التحسين المستمر للنتيجة.

عداد جيجر مولر

د لتحديد مستوى الإشعاع، يتم استخدام جهاز خاص -. وبالنسبة لهذه الأجهزة المنزلية ومعظم أجهزة مراقبة الإشعاع الاحترافية، يتم استخدام عنصر الاستشعار عداد جيجر . يتيح لك هذا الجزء من مقياس الإشعاع تحديد مستوى الإشعاع بدقة.

تاريخ عداد جيجر

في الأول، جهاز تحديد معدل اضمحلال المواد المشعة، ولد عام 1908، اخترعه الألماني الفيزيائي هانز جيجر . وبعد عشرين عامًا، مع فيزيائي آخر والتر مولر تم تحسين الجهاز، وسمي تكريما لهذين العالمين.

في خلال فترة تطوير وإنشاء الفيزياء النووية في الاتحاد السوفيتي السابق، تم أيضًا إنشاء الأجهزة المقابلة التي تم استخدامها على نطاق واسع في القوات المسلحة ومحطات الطاقة النووية وفي مجموعات مكافحة الإشعاع الخاصة بالدفاع المدني. ابتداء من السبعينيات من القرن الماضي، شملت مقاييس الجرعات هذه عدادا يعتمد على مبادئ جيجر، وهي إس بي إم-20 . هذا العداد يشبه تمامًا نظيره الآخر اس تي اس-5 ، يستخدم على نطاق واسع حتى يومنا هذا، وهو أيضًا جزء من الوسائل الحديثة لرصد الإشعاع .

رسم بياني 1. عداد تفريغ الغاز STS-5.

الصورة 2. مقياس تفريغ الغاز SBM-20.

مبدأ تشغيل عداد جيجر-مولر

و إن فكرة تسجيل الجزيئات المشعة التي اقترحها جيجر بسيطة نسبيا. يعتمد على مبدأ ظهور نبضات كهربائية في بيئة غاز خامل تحت تأثير جسيم مشع عالي الشحنة أو كمية من التذبذبات الكهرومغناطيسية. لتناول المزيد من التفاصيل حول آلية عمل العداد، دعونا نتناول تصميمه والعمليات التي تحدث فيه عندما يمر جسيم مشع عبر العنصر الحساس للجهاز.

ر جهاز التسجيل عبارة عن أسطوانة أو حاوية محكمة الغلق مملوءة بغاز خامل، يمكن أن يكون نيونًا أو أرجونًا أو ما إلى ذلك. يمكن أن تكون هذه الحاوية مصنوعة من المعدن أو الزجاج، ويكون الغاز الموجود فيها تحت ضغط منخفض؛ ويتم ذلك خصيصًا لتبسيط عملية تسجيل الجسيم المشحون. يوجد داخل الحاوية قطبان كهربائيان (الكاثود والأنود) يتم توفير جهد التيار المستمر العالي لهما من خلال مقاوم حمل خاص.

تين. 3. مخطط الجهاز والدائرة لتشغيل عداد جيجر.

ص عندما يتم تنشيط العداد في بيئة غاز خامل، لا يحدث أي تفريغ على الأقطاب الكهربائية بسبب المقاومة العالية للوسط، ومع ذلك، يتغير الوضع إذا دخل جسيم مشع أو كمية من التذبذبات الكهرومغناطيسية إلى حجرة العنصر الحساس في العداد جهاز. في هذه الحالة، يقوم الجسيم الذي يحتوي على شحنة ذات طاقة عالية بما فيه الكفاية بطرد عدد معين من الإلكترونات من البيئة المباشرة، أي. من عناصر السكن أو فعليا الأقطاب الكهربائية نفسها. مثل هذه الإلكترونات، الموجودة في بيئة غاز خامل، تحت تأثير الجهد العالي بين الكاثود والأنود، تبدأ في التحرك نحو الأنود، مما يؤدي إلى تأين جزيئات هذا الغاز على طول الطريق. ونتيجة لذلك، فإنها تطرد الإلكترونات الثانوية من جزيئات الغاز، وتنمو هذه العملية على نطاق هندسي حتى يحدث انهيار بين الأقطاب الكهربائية. في حالة التفريغ، تغلق الدائرة لفترة زمنية قصيرة جدًا، وهذا يسبب قفزة تيار في مقاومة الحمل، وهذه القفزة هي التي تجعل من الممكن تسجيل مرور جسيم أو كم عبر غرفة التسجيل.

ت تتيح هذه الآلية تسجيل جسيم واحد، ومع ذلك، في بيئة يكون فيها الإشعاع المؤين شديدًا للغاية، يلزم إعادة غرفة التسجيل بسرعة إلى موضعها الأصلي حتى تتمكن من تحديد جسيم مشع جديد . ويتم تحقيق ذلك بطريقتين مختلفتين. أولها هو التوقف عن إمداد الأقطاب الكهربائية بالجهد لفترة قصيرة من الزمن؛ وفي هذه الحالة، يتوقف تأين الغاز الخامل فجأة، ويسمح لك تشغيل غرفة الاختبار مرة أخرى ببدء التسجيل من البداية. ويسمى هذا النوع من العداد مقاييس الجرعات غير ذاتية الإطفاء . النوع الثاني من الأجهزة، وهو مقاييس الجرعات ذاتية الإطفاء، مبدأ عملها هو إضافة إضافات خاصة تعتمد على عناصر مختلفة، على سبيل المثال، البروم أو اليود أو الكلور أو الكحول، إلى بيئة الغاز الخامل. وفي هذه الحالة يؤدي وجودهم تلقائياً إلى إنهاء التفريغ. مع هذا الهيكل لغرفة الاختبار، يتم استخدام مقاومات تصل في بعض الأحيان إلى عدة عشرات من الميجا أوم كمقاوم للحمل. وهذا يجعل من الممكن تقليل فرق الجهد بشكل حاد في نهايات الكاثود والأنود أثناء التفريغ، مما يؤدي إلى إيقاف عملية توصيل التيار وتعود الغرفة إلى حالتها الأصلية. تجدر الإشارة إلى أن الجهد الموجود على الأقطاب الكهربائية الذي يقل عن 300 فولت يتوقف تلقائيًا عن الحفاظ على التفريغ.

الآلية الموصوفة بأكملها تجعل من الممكن تسجيل عدد كبير من الجزيئات المشعة في فترة زمنية قصيرة.

أنواع الإشعاع الإشعاعي

ح لفهم ما يتم تسجيله بالضبط عدادات جيجر-مولر ، يجدر الخوض في أنواعها الموجودة. تجدر الإشارة على الفور إلى أن عدادات تفريغ الغاز، التي تعد جزءًا من معظم مقاييس الجرعات الحديثة، قادرة فقط على تسجيل عدد الجسيمات المشحونة المشعة أو الكميات، ولكنها لا تستطيع تحديد خصائص الطاقة الخاصة بها أو نوع الإشعاع. ولهذا الغرض، أصبحت مقاييس الجرعات متعددة الوظائف وموجهة بشكل أكبر، ومن أجل مقارنتها بشكل صحيح، ينبغي فهم قدراتها بشكل أكثر دقة.

ص وبحسب المفاهيم الحديثة للفيزياء النووية يمكن تقسيم الإشعاع إلى نوعين، الأول في الشكل حقل كهرومغناطيسي ، والثاني في الشكل تدفق الجسيمات (الإشعاع الجسيمي). النوع الأول يشمل تدفق جسيمات جاما أو الأشعة السينية . ميزتها الرئيسية هي القدرة على الانتشار على شكل موجة لمسافات طويلة جدًا، في حين أنها تمر بسهولة عبر كائنات مختلفة ويمكنها بسهولة اختراق مجموعة متنوعة من المواد. على سبيل المثال، إذا احتاج الشخص إلى الاختباء من تيار من أشعة جاما بسبب انفجار نووي، فمن خلال اللجوء إلى قبو منزل أو ملجأ من القنابل، بشرط أن يكون مغلقًا بإحكام نسبيًا، يمكنه فقط حماية نفسه من هذا نوع الإشعاع بنسبة 50 بالمائة.

الشكل 4. الأشعة السينية وكميات إشعاع جاما.

ت وهذا النوع من الإشعاع ذو طبيعة نابضة ويتميز بالانتشار في البيئة على شكل فوتونات أو كمات، أي. رشقات نارية قصيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. يمكن أن يكون لهذا الإشعاع خصائص طاقة وتردد مختلفة، على سبيل المثال، تردد الأشعة السينية أقل بآلاف المرات من أشعة جاما. لهذا تعتبر أشعة جاما أكثر خطورة بشكل ملحوظ لجسم الإنسان وتأثيرها أكثر تدميراً بكثير.

و الإشعاع القائم على المبدأ الجسيمي هو جسيمات ألفا وبيتا (الجسيمات). وهي تنشأ نتيجة تفاعل نووي يتم فيه تحويل بعض النظائر المشعة إلى نظائر أخرى، مما يؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة. في هذه الحالة، تمثل جسيمات بيتا تيارًا من الإلكترونات، وجسيمات ألفا هي تكوينات أكبر بكثير وأكثر استقرارًا، وتتكون من نيوترونين وبروتونين مرتبطين ببعضهما البعض. في الواقع، نواة ذرة الهيليوم لديها هذا الهيكل، لذلك يمكن القول أن تدفق جسيمات ألفا هو تدفق نواة الهيليوم.

يتم قبول التصنيف التالي ، جزيئات ألفا لديها أقل قدرة على الاختراق؛ ومن أجل حماية نفسها منها، فإن الورق المقوى السميك يكفي لشخص ما؛ حماية معدنية يبلغ سمكها عدة ملليمترات (على سبيل المثال، صفائح الألومنيوم). لا يوجد عمليا أي حماية من كمات جاما، وهي تنتشر عبر مسافات كبيرة، وتتلاشى عندما تبتعد عن مركز الزلزال أو المصدر، وتخضع لقوانين انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.

الشكل 5. الجسيمات المشعة من نوع ألفا وبيتا.

ل تختلف أيضًا كمية الطاقة التي تمتلكها أنواع الإشعاع الثلاثة، كما أن تدفق جسيمات ألفا له أكبرها. على سبيل المثال، الطاقة التي تمتلكها جسيمات ألفا أكبر بسبعة آلاف مرة من طاقة جسيمات بيتا ، أي. تتناسب قدرة اختراق أنواع مختلفة من الإشعاع عكسيا مع قدرتها على الاختراق.

د بالنسبة لجسم الإنسان، يعتبر أخطر أنواع الإشعاع المشع كمات جاما وذلك بسبب قوة الاختراق العالية، ثم بالترتيب التنازلي جسيمات بيتا وجسيمات ألفا. لذلك، من الصعب جدًا تحديد جسيمات ألفا، حتى لو كان من المستحيل تحديدها باستخدام العداد التقليدي جيجر مولر، حيث أن أي كائن تقريبًا يشكل عائقًا أمامهم، ناهيك عن الحاوية الزجاجية أو المعدنية. من الممكن اكتشاف جسيمات بيتا بمثل هذا العداد، ولكن فقط إذا كانت طاقتها كافية للمرور عبر مادة حاوية العداد.

بالنسبة لجسيمات بيتا منخفضة الطاقة، فإن عداد جيجر-مولر التقليدي غير فعال.

عن الوضع مشابه لأشعة جاما؛ هناك احتمال أن تمر عبر الحاوية دون بدء تفاعل التأين. للقيام بذلك، يتم تركيب شاشة خاصة (مصنوعة من الفولاذ الكثيف أو الرصاص) في العدادات، مما يجعل من الممكن تقليل طاقة أشعة جاما وبالتالي تنشيط التفريغ في حجرة العداد.

الخصائص الأساسية والاختلافات بين عدادات جيجر-مولر

مع ومن الجدير أيضًا تسليط الضوء على بعض الخصائص الأساسية والاختلافات بين أجهزة قياس الجرعات المختلفة المجهزة عدادات جيجر مولر لتصريف الغاز. للقيام بذلك، يجب عليك مقارنة بعض منهم.

تم تجهيز عدادات جيجر-مولر الأكثر شيوعًا بـ إسطوانيأو أجهزة استشعار النهاية. تشبه الأسطواني أسطوانة مستطيلة على شكل أنبوب بنصف قطر صغير. تتميز غرفة التأين النهائية بشكل دائري أو مستطيل صغير الحجم، ولكن مع سطح عمل نهائي كبير. في بعض الأحيان توجد أنواع مختلفة من الغرف الطرفية ذات أنبوب أسطواني ممدود مع نافذة مدخل صغيرة على الجانب النهائي. تكوينات مختلفة من العدادات، أي الكاميرات نفسها، قادرة على تسجيل أنواع مختلفة من الإشعاع، أو مجموعاتها (على سبيل المثال، مجموعات من أشعة جاما وبيتا، أو الطيف الكامل من أشعة ألفا وبيتا وجاما). يصبح هذا ممكنًا بفضل التصميم المصمم خصيصًا لغطاء العداد، بالإضافة إلى المادة التي صنع منها.

ه عنصر آخر مهم للاستخدام المقصود للعدادات هو منطقة عنصر الإدخال الحساس ومنطقة العمل . بمعنى آخر، هذا هو القطاع الذي ستدخل من خلاله الجزيئات المشعة التي تهمنا ويتم تسجيلها. كلما كانت هذه المنطقة أكبر، كلما زاد عدد الجسيمات التي سيتمكن العداد من التقاطها، وكلما زادت حساسيته للإشعاع. تشير بيانات جواز السفر إلى مساحة سطح العمل، وعادة ما تكون بالسنتيمتر المربع.

ه مؤشر مهم آخر يشار إليه في خصائص مقياس الجرعات هو حجم الضوضاء (تقاس بالنبضات في الثانية). بمعنى آخر، يمكن تسمية هذا المؤشر بقيمة خلفيته الخاصة. يمكن تحديده في بيئة معملية عن طريق وضع الجهاز في غرفة أو غرفة محمية جيدًا، وعادة ما تكون ذات جدران سميكة من الرصاص، وتسجيل مستوى الإشعاع الذي ينبعث منه الجهاز نفسه. ومن الواضح أنه إذا كان هذا المستوى ذا أهمية كافية، فإن هذه الضوضاء المستحثة ستؤثر بشكل مباشر على أخطاء القياس.

يتمتع كل احترافي وإشعاع بخاصية مثل حساسية الإشعاع، والتي يتم قياسها أيضًا بالنبضات في الثانية (imp/s)، أو بالنبضات لكل ميكرو رونتجن (imp/μR). تعتمد هذه المعلمة، أو بالأحرى استخدامها، بشكل مباشر على مصدر الإشعاع المؤين الذي تم ضبط العداد عليه والذي سيتم إجراء المزيد من القياسات عليه. في كثير من الأحيان، يتم الضبط باستخدام مصادر تشمل مواد مشعة، مثل الراديوم - 226، والكوبالت - 60، والسيزيوم - 137، والكربون - 14 وغيرها.

ه مؤشر آخر يستحق مقارنة مقاييس الجرعات هو كفاءة الكشف عن الإشعاع الأيوني أو الجسيمات المشعة. يرجع وجود هذا المعيار إلى حقيقة أنه لن يتم تسجيل جميع الجسيمات المشعة التي تمر عبر العنصر الحساس لمقياس الجرعات. يمكن أن يحدث هذا في حالة عدم تسبب إشعاع جاما الكمي في التأين في الغرفة المضادة، أو أن يكون عدد الجزيئات التي مرت عبرها وتسببت في التأين والتفريغ كبيرًا جدًا بحيث لا يقوم الجهاز بإحصائها بشكل كافٍ، ولبعض الأسباب الأخرى . لتحديد هذه الخاصية بدقة لمقياس جرعات معين، يتم اختباره باستخدام مصادر مشعة معينة، على سبيل المثال، البلوتونيوم -239 (لجزيئات ألفا)، أو الثاليوم - 204، السترونتيوم - 90، الإيتريوم - 90 (باعث بيتا)، وكذلك مواد مشعة أخرى.

مع المعيار التالي الذي يجب التركيز عليه هو نطاق الطاقات المسجلة . أي جسيم مشع أو كم من الإشعاع له خاصية طاقة مختلفة. لذلك، تم تصميم مقاييس الجرعات ليس فقط لقياس نوع معين من الإشعاع، ولكن أيضًا لقياس خصائص الطاقة المقابلة له. يتم قياس هذا المؤشر بالميجا إلكترون فولت أو كيلو إلكترون فولت (MeV، KeV). على سبيل المثال، إذا لم يكن لدى جسيمات بيتا طاقة كافية، فلن تتمكن من طرد إلكترون في الحجرة المضادة وبالتالي لن يتم اكتشافها، أو لن تتمكن سوى جسيمات ألفا عالية الطاقة من اختراق المادة من غلاف عداد جيجر-مولر وطرد الإلكترون.

و بناءً على كل ما سبق، تنتج الشركات المصنعة الحديثة لأجهزة قياس الجرعات الإشعاعية مجموعة واسعة من الأجهزة لأغراض مختلفة وصناعات محددة. لذلك، يجدر النظر في أنواع محددة من عدادات جيجر.

أنواع مختلفة من عدادات جيجر-مولر

ص الإصدار الأول من مقاييس الجرعات عبارة عن أجهزة مصممة لتسجيل واكتشاف فوتونات جاما وإشعاع بيتا عالي التردد (الصلب). تم تصميم جميع الأجهزة المنتجة مسبقًا والحديثة تقريبًا، سواء المنزلية، على سبيل المثال: ومقاييس الجرعات الإشعاعية المهنية، على سبيل المثال: ، لنطاق القياس هذا. يمتلك هذا الإشعاع طاقة كافية وقدرة اختراق عالية حتى تتمكن كاميرا جيجر المضادة من تسجيلها. تخترق هذه الجسيمات والفوتونات جدران العداد بسهولة وتتسبب في عملية التأين، ويمكن تسجيل ذلك بسهولة عن طريق التعبئة الإلكترونية المقابلة لمقياس الجرعات.

د عدادات شعبية مثل إس بي إم-20 ، وجود جهاز استشعار على شكل أنبوب بالوني أسطواني مع سلك متحد المحور الكاثود والأنود. علاوة على ذلك، تعمل جدران أنبوب الاستشعار ككاثود ومبيت، وهي مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ويتميز هذا العداد بالخصائص التالية:

• مساحة منطقة عمل العنصر الحساس 8 سم مربع؛
• تبلغ الحساسية الإشعاعية لأشعة جاما حوالي 280 نبضة/ثانية، أو 70 نبضة/ميكروR (تم إجراء اختبار للسيزيوم - 137 عند 4 ميكروR/ثانية)؛
• تبلغ الخلفية الخاصة بمقياس الجرعات حوالي 1 نبضة/ثانية؛
• تم تصميم المستشعر لتسجيل إشعاع جاما بطاقة تتراوح من 0.05 ميجا فولت إلى 3 ميجا فولت، وجسيمات بيتا بطاقة 0.3 ميجا فولت عند الحد الأدنى.

الشكل 6. جهاز عداد جيجر SBM-20.

ش كانت هناك تعديلات مختلفة على هذا العداد، على سبيل المثال، SBM-20-1 أو إس بي إم-20 يو ، والتي لها خصائص متشابهة، ولكنها تختلف في التصميم الأساسي لعناصر الاتصال ودائرة القياس. التعديلات الأخرى لعداد Geiger-Müller، وهي SBM-10، وSI29BG، وSBM-19، وSBM-21، وSI24BG، لها أيضًا معلمات مماثلة، ويوجد الكثير منها في مقاييس جرعات الإشعاع المنزلية، والتي يمكن العثور عليها في المتاجر اليوم .

مع تم تصميم المجموعة التالية من مقاييس الجرعات الإشعاعية للتسجيل فوتونات جاما والأشعة السينية . إذا تحدثنا عن دقة مثل هذه الأجهزة، فيجب أن نفهم أن إشعاع الفوتون وأشعة جاما عبارة عن كميات من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يتحرك بسرعة الضوء (حوالي 300000 كم/ثانية)، لذا فإن تسجيل مثل هذا الجسم يبدو أمرًا صعبًا إلى حد ما. مهمة.

تبلغ كفاءة تشغيل عدادات جيجر هذه حوالي واحد بالمائة.

ح ولزيادة ذلك، يلزم زيادة سطح الكاثود. في الواقع، يتم تسجيل أشعة جاما بشكل غير مباشر، وذلك بفضل الإلكترونات التي تطردها، والتي تشارك لاحقًا في تأين الغاز الخامل. ولتعزيز هذه الظاهرة بأكبر قدر ممكن من الفعالية، يتم اختيار مادة وسمك جدران الغرفة المضادة، بالإضافة إلى أبعاد الكاثود وسمكه ومادته بشكل خاص. هنا، يمكن أن يؤدي سماكة المادة وكثافتها الكبيرة إلى تقليل حساسية غرفة التسجيل، كما أن الحجم الصغير جدًا سيسمح لإشعاع بيتا عالي التردد بالدخول بسهولة إلى الغرفة، كما سيزيد أيضًا من كمية ضوضاء الإشعاع الطبيعية للجهاز، والتي سوف يغرق دقة تحديد كميات جاما. وبطبيعة الحال، يتم اختيار النسب الدقيقة من قبل الشركات المصنعة. في الواقع، على هذا المبدأ، يتم تصنيع مقاييس الجرعات عدادات جيجر-مولر للتحديد المباشر لأشعة غاما على الأرض، في حين يستبعد هذا الجهاز إمكانية تحديد أي أنواع أخرى من الإشعاع والتعرض الإشعاعي، مما يجعل من الممكن تحديد التلوث الإشعاعي ومستوى التأثير السلبي على الإنسان بدقة فقط عن طريق إشعاع غاما.

في في مقاييس الجرعات المحلية، المجهزة بأجهزة استشعار أسطوانية، يتم تثبيت الأنواع التالية: SI22G، SI21G، SI34G، Gamma 1-1، Gamma - 4، Gamma - 5، Gamma - 7ts، Gamma - 8، Gamma - 11 وغيرها الكثير. . علاوة على ذلك، في بعض الأنواع، يتم تثبيت مرشح خاص على النافذة الحساسة للمدخل والنهاية، والذي يعمل على وجه التحديد على قطع جزيئات ألفا وبيتا، بالإضافة إلى زيادة مساحة الكاثود لتحديد أشعة جاما بشكل أكثر كفاءة. وتشمل هذه المستشعرات Beta - 1M، Beta - 2M، Beta - 5M، Gamma - 6، Beta - 6M وغيرها.

ح لفهم مبدأ عملها بشكل أكثر وضوحا، يجدر إلقاء نظرة فاحصة على أحد هذه العدادات. على سبيل المثال، عداد نهاية مع جهاز استشعار بيتا – 2 مليون ، والتي تحتوي على نافذة عمل مستديرة تبلغ مساحتها حوالي 14 سم مربع. في هذه الحالة، تبلغ حساسية الإشعاع للكوبالت-60 حوالي 240 نبضة/ميكروتر. هذا النوع من العدادات لديه ضوضاء ذاتية منخفضة جدًا والتي لا تزيد عن نبضة واحدة في الثانية. وهذا ممكن بسبب غرفة الرصاص ذات الجدران السميكة، والتي بدورها مصممة لتسجيل إشعاع الفوتون مع طاقات تتراوح من 0.05 ميغا إلكترون فولت إلى 3 ميغا إلكترون فولت.

الشكل 7. نهاية عداد جاما بيتا-2M.

لتحديد إشعاع جاما، من الممكن تمامًا استخدام عدادات نبضات جاما بيتا، والتي تم تصميمها لتسجيل جسيمات بيتا الصلبة (عالية التردد والطاقة العالية) وكميات جاما. على سبيل المثال، نموذج SBM - 20. إذا كنت تريد في نموذج مقياس الجرعات هذا استبعاد تسجيل جزيئات بيتا، للقيام بذلك يكفي تثبيت شاشة الرصاص، أو درع مصنوع من أي مادة معدنية أخرى (شاشة الرصاص هي أكثر فعالية). هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا التي يستخدمها معظم المطورين عند إنشاء عدادات جاما والأشعة السينية.

تسجيل إشعاعات بيتا "الناعمة".

ل كما ذكرنا سابقًا، فإن تسجيل إشعاع بيتا الناعم (الإشعاع ذو خصائص الطاقة المنخفضة والتردد المنخفض نسبيًا) يعد مهمة صعبة إلى حد ما. للقيام بذلك، من الضروري التأكد من إمكانية اختراق أسهل في غرفة التسجيل. لهذه الأغراض، يتم إنشاء نافذة عمل رفيعة خاصة، عادةً من فيلم الميكا أو البوليمر، والتي لا تخلق أي عوائق تقريبًا أمام اختراق إشعاع بيتا من هذا النوع إلى غرفة التأين. في هذه الحالة، يمكن لجسم المستشعر نفسه أن يعمل ككاثود، والأنود عبارة عن نظام من الأقطاب الكهربائية الخطية الموزعة بالتساوي والمثبتة على العوازل. تم إنشاء نافذة التسجيل في النسخة النهائية، وفي هذه الحالة فقط طبقة رقيقة من الميكا هي التي تعترض طريق جزيئات بيتا. في مقاييس الجرعات التي تحتوي على مثل هذه العدادات، يتم تسجيل إشعاع جاما كتطبيق، وفي الواقع، كميزة إضافية. وإذا كنت ترغب في التخلص من تسجيل أشعة جاما، فمن الضروري تقليل سطح الكاثود.

الشكل 8. جهاز عداد جيجر مثبت في النهاية.

مع تجدر الإشارة إلى أن عدادات تحديد جسيمات بيتا الناعمة تم إنشاؤها منذ وقت طويل وتم استخدامها بنجاح في النصف الثاني من القرن الماضي. من بينها، كانت أجهزة الاستشعار الأكثر شيوعا مثل SBT10 و SI8B ، والتي كانت تحتوي على نوافذ عمل ذات جدران رقيقة من الميكا. نسخة أكثر حداثة من هذا الجهاز بيتا 5تبلغ مساحة نافذة العمل حوالي 37 سم مربع، وهي مستطيلة الشكل مصنوعة من مادة الميكا. بالنسبة لمثل هذه الأحجام من العنصر الحساس، يستطيع الجهاز تسجيل حوالي 500 نبضة/μR، إذا تم قياسها بالكوبالت - 60. وفي الوقت نفسه، تصل كفاءة الكشف عن الجسيمات إلى 80 بالمائة. المؤشرات الأخرى لهذا الجهاز هي كما يلي: الضوضاء الخاصة به هي 2.2 نبضة/ثانية، نطاق كشف الطاقة من 0.05 إلى 3 ميجا فولت، بينما الحد الأدنى لتحديد إشعاع بيتا الناعم هو 0.1 ميجا فولت.

الشكل 9. نهاية عداد بيتا جاما بيتا 5.

و وبطبيعة الحال، فمن الجدير بالذكر عدادات جيجر-مولرقادرة على الكشف عن جسيمات ألفا. إذا كان تسجيل إشعاع بيتا الناعم يبدو مهمة صعبة إلى حد ما، فإن اكتشاف جسيم ألفا، حتى لو كان ذو مؤشرات طاقة عالية، يعد مهمة أكثر صعوبة. لا يمكن حل هذه المشكلة إلا عن طريق تقليل سمك نافذة العمل بشكل مناسب إلى سمك يكفي لمرور جسيم ألفا إلى غرفة التسجيل الخاصة بالمستشعر، وكذلك عن طريق تقريب نافذة الإدخال بشكل شبه كامل من النافذة. مصدر إشعاع جسيمات ألفا. يجب أن تكون هذه المسافة 1 ملم. ومن الواضح أن مثل هذا الجهاز سوف يكتشف تلقائيًا أي أنواع أخرى من الإشعاع وبكفاءة عالية إلى حد ما. هناك جانب إيجابي وسلبي لهذا الأمر:

إيجابي – يمكن استخدام هذا الجهاز لأوسع نطاق من تحليل الإشعاع الإشعاعي

سلبي - بسبب زيادة الحساسية، سينشأ قدر كبير من الضوضاء، مما سيؤدي إلى تعقيد تحليل بيانات التسجيل المستقبلة.

ل بالإضافة إلى ذلك، فإن نافذة عمل الميكا الرفيعة جدًا، على الرغم من أنها تزيد من إمكانيات العداد، إلا أنها تضر بالقوة الميكانيكية وضيق غرفة التأين، خاصة وأن النافذة نفسها بها مساحة سطح عمل كبيرة إلى حد ما. للمقارنة، في العدادات SBT10 وSI8B التي ذكرناها أعلاه، بمساحة نافذة عمل حوالي 30 متر مربع/سم، سمك طبقة الميكا هو 13 - 17 ميكرون، وبالسمك المطلوب للتسجيل جسيمات ألفا من 4-5 ميكرون، يمكن إدخال النافذة بما لا يزيد عن 0.2 متر مربع فقط، ونحن نتحدث عن جهاز قياس SBT9.

عن ومع ذلك، يمكن تعويض السماكة الكبيرة لنافذة عمل التسجيل عن طريق القرب من الجسم المشع، والعكس صحيح، مع سماكة صغيرة نسبيًا لنافذة الميكا، يصبح من الممكن تسجيل جسيم ألفا على مسافة أكبر من 1 - 2 ملم. تجدر الإشارة إلى مثال: عندما يصل سمك النافذة إلى 15 ميكرون، يجب أن يكون الاقتراب من مصدر إشعاع ألفا أقل من 2 مم، في حين يُفهم أن مصدر جسيمات ألفا هو باعث بلوتونيوم 239 ذو إشعاع طاقة 5 ميغا إلكترون فولت. دعنا نواصل، مع سمك نافذة الإدخال يصل إلى 10 ميكرون، من الممكن تسجيل جسيمات ألفا على مسافة تصل إلى 13 ملم، إذا صنعنا نافذة ميكا يصل سمكها إلى 5 ميكرون، فسيتم تسجيل إشعاع ألفا عند مسافة 24 ملم، الخ. هناك معلمة مهمة أخرى تؤثر بشكل مباشر على القدرة على اكتشاف جسيمات ألفا وهي مؤشر الطاقة الخاص بها. إذا كانت طاقة جسيم ألفا أكثر من 5 ميجا فولت، فإن مسافة التسجيل لسمك نافذة العمل من أي نوع ستزداد بالمقابل، وإذا كانت الطاقة أقل، فيجب تقليل المسافة، حتى الاستحالة الكاملة تسجيل إشعاع ألفا الناعم.

ه هناك نقطة أخرى مهمة تجعل من الممكن زيادة حساسية عداد ألفا وهي تقليل القدرة على تسجيل إشعاع جاما. للقيام بذلك، يكفي تقليل الأبعاد الهندسية للكاثود، وسوف تمر فوتونات جاما عبر غرفة التسجيل دون التسبب في التأين. يتيح هذا الإجراء تقليل تأثير أشعة جاما على التأين بآلاف وحتى عشرات الآلاف من المرات. لم يعد من الممكن القضاء على تأثير إشعاع بيتا على غرفة التسجيل، ولكن هناك طريقة بسيطة إلى حد ما للخروج من هذا الوضع. أولاً، يتم تسجيل إشعاعات ألفا وبيتا من النوع الإجمالي، ثم يتم تركيب مرشح ورقي سميك، ويتم إجراء قياس ثانٍ يسجل جزيئات بيتا فقط. يتم حساب كمية إشعاع ألفا في هذه الحالة على أنها الفرق بين الإشعاع الإجمالي ومؤشر حساب منفصل لإشعاع بيتا.

على سبيل المثال ، يجدر اقتراح خصائص عداد Beta-1 الحديث، والذي يسمح لك بتسجيل إشعاعات ألفا وبيتا وجاما. هذه هي المؤشرات:

• مساحة منطقة عمل العنصر الحساس 7 متر مربع/سم؛
• سمك طبقة الميكا هو 12 ميكرون، (مسافة الكشف الفعالة لجسيمات ألفا للبلوتونيوم هي 239، حوالي 9 ملم. بالنسبة للكوبالت - 60، يتم تحقيق حساسية الإشعاع في حدود 144 نبضة/μR)؛
• كفاءة قياس الإشعاع لجسيمات ألفا - 20٪ (للبلوتونيوم - 239)، وجسيمات بيتا - 45٪ (للثاليوم -204)، وغاما كوانتا - 60٪ (لتكوين السترونتيوم - 90، الإيتريوم - 90)؛
• تبلغ الخلفية الخاصة بمقياس الجرعات حوالي 0.6 نبضة/ثانية؛
• تم تصميم المستشعر لتسجيل إشعاع جاما بطاقة تتراوح من 0.05 ميجا إلكترون فولت إلى 3 ميجا إلكترون فولت، وجسيمات بيتا ذات طاقة تزيد عن 0.1 ميجا إلكترون فولت عند الحد الأدنى، وجسيمات ألفا ذات طاقة 5 ميجا إلكترون فولت أو أكثر.

الشكل 10. عداد ألفا بيتا جاما المثبت في النهاية Beta-1.

ل بالطبع، هناك أيضًا مجموعة واسعة إلى حد ما من العدادات المخصصة للاستخدام الأكثر تحديدًا واحترافيًا. وتتمتع هذه الأجهزة بعدد من الإعدادات والخيارات الإضافية (كهربائية، ميكانيكية، إشعاعية، مناخية، وغيرها)، والتي تتضمن العديد من المصطلحات والإمكانيات الخاصة. ومع ذلك، فإننا لن نركز عليها. بعد كل شيء، لفهم المبادئ الأساسية للعمل عدادات جيجر-مولر النماذج الموضحة أعلاه كافية تمامًا.

في من المهم أيضًا الإشارة إلى أن هناك فئات فرعية خاصة عدادات جيجر ، والتي تم تصميمها خصيصًا للكشف عن أنواع مختلفة من الإشعاعات الأخرى. على سبيل المثال، لتحديد كمية الأشعة فوق البنفسجية، وتسجيل وتحديد النيوترونات البطيئة التي تعمل بمبدأ تفريغ الإكليل، ولن يتم النظر في الخيارات الأخرى التي لا تتعلق مباشرة بهذا الموضوع.

هنا BD1 هو مستشعر الإشعاع المؤين - عداد جيجر من النوع SBM20. يشكل الجهد العالي عند الأنود الخاص به مولدًا مانعًا (VT1، T1، وما إلى ذلك). في ملف الرفع I للمحول T1، تحدث نبضات الجهد بشكل دوري بتردد عدة هيرتز (f ≈ 1/R6C5)، اتساعها قريب من Uimp = (U C6 - 0.5) n 1 / n 2 = (9 - 0.5) 420/8 ≈ 450 فولت (U C6 ≈ 9 فولت هو جهد الإمداد لمولد الحجب، 0.5 فولت هو جهد تشبع النبض للترانزستور KT3117A؛ n 1 و n 2 هما عدد اللفات في اللفات الأول والثاني من المحولات). تقوم هذه النبضات، من خلال الثنائيات VD1 وVD2، بشحن المكثف C1، والذي يصبح بالتالي مصدر الطاقة لعداد جيجر. يمنع الصمام الثنائي VD3 ، الذي يخمد نبض الجهد العكسي على الملف II ، مذبذب الحظر من التحول إلى وضع مذبذب LC ذو تردد أعلى بكثير.

عندما يتم إثارة عداد جيجر بواسطة جسيم β أو γ، تظهر فيه نبضة حالية ذات ارتفاع قصير وهبوط طويل. وبناء على ذلك، تظهر عند القطب الموجب نبضة جهد بنفس الشكل. سعتها لا تقل عن 50 فولت.

الغرض من الهزاز الفردي المصنوع من العناصر DD1.1 و DD1.2 هو تحويل النبضة المأخوذة من أنود عداد جيجر إلى نبضة "مستطيلة" بمعيار رقمي بمدة زمنية ≈ 0.7 R4 C3 = 0.7 10 6 0 .01 10 -6 = 7 مللي ثانية. يلعب المقاوم R2 دورًا مهمًا في تكوينه - فهو يحد من التيار في الثنائيات الواقية للدائرة الدقيقة إلى القيمة التي يظل عندها الجهد "الصفر" عند الإدخال 8 لـ DD1.1 ضمن .

تصل هذه النبضة "الفردية" البالغة 7 مللي ثانية إلى المدخل 6 للمهزاز المتعدد، المصنوع من العنصرين DD1.3 وDD1.4، وتخلق الظروف اللازمة للإثارة الذاتية. يتم إثارة الهزاز المتعدد بتردد F ≈ 1/2 0.7 R7 C7 = 1/2 0.7 51 10 3 0.01 10 -6 = 1400 هرتز، ويقوم باعث بيزو متصل بمخرجاته في الطور بتحويل هذا الإثارة إلى نقرة صوتية قصيرة.

لوحة الدائرة المطبوعة للمؤشر مصنوعة من صفائح الألياف الزجاجية ذات الوجهين بسمك 1.5 مم. في التين. يظهر جانب التركيب، وفي الشكل. ب - تكوين الرقاقة تحت الأجزاء (رقائق فارغة).

جميع المقاومات الموجودة في المؤشر تقريبًا هي MLT-0.125 (R1 - KIM-0.125). المكثفات: C1 - K73-9؛ S2 - 26 د.ك. SZ وS7 وS8 -KM-6 أو K10-17-2b؛ C4 وC6 - K50-40 أو K50-35؛ C5 - K53-30. المربعات السوداء في الشكل. يُظهر b اتصالات أطرافهم "المؤرضة" بالرقاقة الفارغة؛ المربعات السوداء مع نقطة ضوئية في المنتصف - اتصالات مع الرقائق الفارغة لبعض أجزاء الدائرة المطبوعة والدبوس 7 من الدائرة الدقيقة.

يتم تثبيت جهاز القياس SBM20 في الموضع المطلوب باستخدام حوامل الاتصال، والتي يمكن صنعها، على سبيل المثال، من مشابك الورق. يتم الضغط عليها على أطراف العدادات ولحامها بلوحة الدوائر المطبوعة (للقوة - على كلا الجانبين).

لتجنب ارتفاع درجة الحرارة الذي قد يحدث عند لحام الأسلاك الفولاذية السميكة، يوصى باستخدام تدفق جيد.

يتم لف المحول T1 على حلقة M3000NM (فريت النيكل والمنغنيز) ذات الحجم القياسي K16 × 10 × 4.5 مم (القطر الخارجي × القطر الداخلي × الارتفاع). يتم تنعيم الحواف الحادة للقلب باستخدام ورق الصنفرة ومغطاة بعزل قوي كهربائيًا وميكانيكيًا، على سبيل المثال، ملفوفة بشريط مايلر أو شريط فلوروبلاستيكي رفيع.
يتم جرح اللف أولاً وهو يحتوي على 420 دورة من سلك PEV-2-0.07. يتم تنفيذ اللف تقريبًا منعطفًا إلى آخر، في اتجاه واحد، مع ترك فجوة قدرها 1...2 مم بين بدايته ونهايته. يتم تغطية اللف الأول بطبقة من العزل ويتم لف اللف II في الأعلى - 8 لفات من السلك بقطر 0.15...0.2 مم في أي عازل - واللف III - 3 لفات من نفس السلك. ينبغي توزيع اللفات II و III في جميع أنحاء القلب بالتساوي قدر الإمكان. يجب أن يتوافق موقع اللفات وأطرافها مع تصميم لوحة الدوائر المطبوعة، ومراحلها - المشار إليها في مخطط الدائرة (يتم الإشارة إلى نهايات الطور للملفات - دخول الفتحة الأساسية على جانب واحد - بالنقاط ).
يتم تغطية المحول المصنع بطبقة عازلة للماء، على سبيل المثال، ملفوفة بشريط ضيق من شريط PVC اللاصق. يتم تثبيت المحول على اللوحة باستخدام برغي M3 باستخدام حلقتين مرنتين (ملفات غير قابلة للضغط) (الشكل).

تم تركيب اللوحة المثبتة على اللوحة الأمامية (الشكل)، وهي مصنوعة من البوليسترين المقاوم للصدمات بسمك 2 مم، والتي تم لصق حاوية الزاوية عليها لاستيعاب اكسيد الالمونيوم (لتجنب عواقب انخفاض الضغط، لا يوصى بوضع الطاقة الإمدادات مباشرة في الجزء الإلكتروني من الأجهزة). يتم لصق شرائح من نفس البوليسترين في هذه الزاوية، حيث يتم إدخال لوحة الدوائر المطبوعة. يتم تثبيت اللوحة بمسمار M2 على حامل الدعم الملتصق باللوحة الأمامية.

يتم قطع فتحة بقطر 30 مم في اللوحة الأمامية لباعث الضغط الكهرومغناطيسي ZP-1 (يمكن لصق ZP-1 في المقبس وبالتالي تشكيله أو تثبيته بطريقة أخرى).
من الخارج يمكن إغلاق هذه الفتحة بشبكة زخرفية. يوجد أيضًا مفتاح طاقة من النوع PD9-1 على اللوحة الأمامية.
يتم إدخال اللوحة الأمامية المجمعة بالكامل في جسم الجهاز - صندوق ذو أبعاد مناسبة مصنوع من نفس البوليسترين. في جدار السكن المجاور مباشرة لعداد جيجر، من الضروري قطع ثقب مستطيل بقياس 10 × 85 مم، والذي، من أجل تجنب توهين الإشعاع المتحكم فيه (الجدول)، لا يمكن حظره إلا بواسطة شبكة متناثرة .

مادة	سمك، مم	عامل التوهين
دورالومين
احباط الألياف الزجاجية
مادة البوليسترين المقاومة للصدمات
شريط كهربائي PVC	0,25
فيلم البولي ايثيلين	0,05
رقائق الألمنيوم	0,02	1,02

حول البدائل المحتملة.
يتوفر جهاز قياس SBM20 في ثلاثة إصدارات، تختلف فقط في تصميم المحطات الطرفية. كما أن مقياس STS5 الذي تم إنتاجه مسبقًا قريب أيضًا في خصائصه من SBM20.
يمكن أيضًا استبدال باعث بيزو ZP-1: باعث ZP-22 ، الذي له نفس الأبعاد ، ليس أدنى منه بأي حال من الأحوال.
يمكن لمذبذب الحظر استخدام أي ترانزستور سيليكون متوسط ​​التردد يحتوي على جهد تشبع نبضي لا يزيد عن 0.5 فولت (عند تيار مجمع قدره 1...2 أمبير) وكسب تيار لا يقل عن 50.
يمكن استبدال الثنائيات VD1 وVD2 بقطب KTs111A. بالنسبة لأي بدائل أخرى، تحتاج إلى الانتباه إلى التيار العكسي للصمام الثنائي - يجب ألا يتجاوز 0.1 ميكرو أمبير. وإلا فإن مؤشر الإشعاع، بعد أن فقد كفاءته في استخدام الطاقة، سوف يتحول إلى جهاز عادي للغاية.

يقوم المؤشر بتحويل نبضة التيار قصيرة المدى المتولدة في عداد جيجر تحت تأثير جسيم مؤين إلى نقرة صوتية. وإذا كانت استجابة عداد SBM20 لإشعاع الخلفية الطبيعية هي، على سبيل المثال، 18...25 نبضة في الدقيقة، فهذا هو صوت نقر الجهاز الذي سيسمعه صاحبه. فإذا اقتربت من مصدر الإشعاع لدرجة أن شدة مجال الإشعاع المؤين، على سبيل المثال، تتضاعف، فإن تردد هذه النقرات سوف يتضاعف.