В основном счетчик Гейгера-Мюллера использовался для регистрации и измерения интенсивности процессов распада радиоактивных материалов при разработке атомной энергетики и при создании ядерного оружия.
Принцип работы прибора основано на эффекте ударной ионизации газовой среды под действием радиоактивных частиц или квантов электромагнитных колебаний в межэлектродном пространстве при высоком ускоряющем напряжении.
Строение и принцип работы
Счётчик состоит из стеклянного баллона, наполненный инертным газом (обычно аргон или неон). Внутри баллона, вдоль его оси, натянута металлическая нить являющаяся анодом, а вокруг нити расположен цилиндрический металлический катод. Электроды Анод и Катод подключаются к источнику высокого напряжения через нагрузочное сопротивление R (через резистор), который формирует электрические импульсы при регистрации радикальных частиц.Обычно в стартовом состоянии показатели сопротивления между электродами высокие, при отсутствии заряженных частиц, при этом ток по цепи не идет. Но при попадании во внутрь баллона ионизирующей частицы g-квант, происходит ионизация атома Ar, в результате появляется положительно заряженный ион Ar и отрицательно заряженный электрон. Отрицательные электроны движутся ускоренно к Аноду, по дороге ионизируют атомы Ar. Возникает лавина ионизированных частиц, вследствие чего по цепи проходит ток. На нагрузочном сопротивлении R происходит падение напряжения U=IR, это напряжение подается на регистрирующее устройство: осциллограф, усилитель низкой частоты и с него на динамик, на пересчетное устройство и т. п.
При возникновении тока внутри счетчика, внутреннее сопротивление между Катодом и Анодом резко уменьшается, а напряжение, подающееся в цепь счетчика, перераспределяется. Из-за резкого падения сопротивления счетчика, падение напряжения будет происходить на нагрузочном сопротивлении. Раньше падение напряжения являлось как разность потенциалов, проложенная между катодом и анодом, то сейчас из-за резкого уменьшения сопротивления счетчика это падение напряжения будет происходить на нагрузочном сопротивлении. Вследствие этого ионизация электрического поля резко уменьшится внутри счетчика, ионизация частиц и тока прекращается. Таким образом, счетчик Гейгера работает в импульсном режиме, регистрируя каждую влетевшую ионизирующую частицу.
Характеристики счетчиков Гейгера
1) Конструкция и назначение. Основные виды счетчиков — цилиндрические и торцевые, реже встречаются торцевые. Устройства могут регистрировать как отдельный вид радиоактивного излучения (альфа, бета, гамма), так и их комбинацию (например, гамма+бета или альфа+бета+гамма). Это достигается особенностями конструкции корпуса, электродов, а также выбором материала для их изготовления.2) Площадь входного окна или рабочей зоны. Это пространство, через которое проходят детектируемые частицы или кванты. Чем больше площадь пространства, тем больше частиц уловит счетчик, т. е. тем больше он будет чувствителен к радиации.
3) Собственный фон. Это излучение деталей самого счетчика или иные причины самопроизвольного срабатывания при максимальном изолировании изделия от радиационного воздействия внешней среды (например, в свинцовой камере).
4) Радиационная чувствительность. Показывает скорость счета при определенном уровне облучения, измеряется в импульсах в секунду (имп/с) либо в импульсах на микрорентген (имп/мкР) в пересчете на уровень 1 мкР/с. Этот параметр сильно зависит от типа стандартного источника ионизирующего излучения, по которому производят измерение.
5) Эффективность регистрации. По разным причинам счетчики Гейгера не могут зафиксировать все без исключения пролетающие частицы или гамма-кванты. Данная величина указывает процент фактически зарегистрированных радиоактивных частиц от всего их количества, пролетающего через площадь рабочей зоны.
6) Диапазон регистрируемых энергий. Это энергетический спектр улавливаемых счетчиком Гейгера фотонов, альфа или бета-частиц. Может указываться как в общем, так и раздельно для каждого вида излучения. Единицы измерения — мегаэлектронвольты (МэВ) либо килоэлектронвольты (кэВ).
На сегодняшний день выпускается широкий ассортимент счетчиков Гейгера-Мюллера для нужд приборостроительной отрасли. Наиболее типичные из них, которые нашли применение в современных дозиметрических приборах, необходимы для:
- Регистрации гамма-фотонов и жесткого бета-излучения;
- Обнаружение фотонов рентгеновского и гамма-излучения
- Регистрации гамма и мягкого бета-излучения.
Устройство счетчика Гейгера-Мюллера оказалось простым, доступным (экономным), надежным. Однако прибор не является самым точным инструментом при исследовании отдельных видов излучения или частиц, но он подходит для общего измерения интенсивности ионизирующих излучений.