РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ РЕГИСТРАЦИИ СЧЁТЧИКА ГЕЙГЕРА—МЮЛЛЕРА СБМ 20 В СОСТАВЕ ПОРТАТИВНОГО ДОЩИМЕТРА

CALCULATION OF REGISTRATION PARAMETERS OF THE SBM-20 GEIGER–MÜLLER COUNTER IN A PORTABLE DOSIMETER

Semenchukov Timofey Alekseevich

Master’s student, Department of Electronics, Radio Engineering and Communication Systems, Orel State University named after I.S. Turgenev,

Russia, Orel

Mishin Vladislav Vladimirovich

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Head of the Department of Electronics, Radio Engineering and Communication Systems, Oryol State University named after I.S. Turgenev,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены основные расчёты параметров регистрации газоразрядного счётчика Гейгера–Мюллера СБМ-20, используемого в составе разрабатываемого портативного дозиметра. Выполнен выбор рабочего напряжения детектора, определён коэффициент пересчёта зарегистрированных импульсов в мощность эквивалентной дозы, произведён расчёт среднего радиационного фона, статистической погрешности измерений, времени обнаружения превышения естественного фона и накопленной дозы. Полученные результаты подтверждают возможность применения счётчика СБМ-20 для контроля мощности дозы ионизирующего излучения в бытовых и профессиональных измерительных приборах.

ABSTRACT

The article considers the calculation of registration parameters of the SBM-20 Geiger–Müller counter used in a portable dosimeter. The operating voltage of the detector was selected, the conversion coefficient between pulse count and dose rate was determined, and calculations of natural background radiation, statistical measurement error, response time to increased radiation levels, and accumulated dose were performed. The obtained results confirm the suitability of the SBM-20 counter for ionizing radiation monitoring in portable dosimetric equipment.

Ключевые слова: дозиметр; счётчик Гейгера–Мюллера; СБМ-20; мощность дозы; радиационный фон; статистическая погрешность.

Keywords: dosimeter; Geiger–Müller counter; SBM-20; dose rate; radiation background; statistical error.

Контроль уровня ионизирующего излучения является важной задачей как в профессиональной деятельности, так и в повседневной жизни. Для решения данной задачи широко применяются дозиметрические приборы, основным чувствительным элементом которых является счётчик Гейгера–Мюллера. Одним из наиболее распространённых детекторов данного типа является счётчик СБМ-20, отличающийся надёжностью, простотой эксплуатации и стабильностью характеристик.

Счётчик СБМ-20 предназначен для регистрации β-частиц и γ-излучения. Согласно технической документации рабочее напряжение прибора находится в диапазоне от 350 до 475 В. Для разрабатываемого дозиметра выбрано рабочее напряжение:

Uраб = 400 В.

Данное значение соответствует середине плато счётной характеристики и обеспечивает минимальную зависимость показаний от нестабильности высоковольтного источника питания.

Одним из основных параметров дозиметра является коэффициент пересчёта зарегистрированных импульсов в мощность эквивалентной дозы. Паспортная чувствительность счётчика СБМ-20 составляет:

S = 175 имп/(мкР).

Известно, что:

1 мкЗв/ч = 100 мкР/ч.

Тогда количество импульсов, регистрируемых за один час при мощности дозы 1 мкЗв/ч, определяется выражением:

N = 175 × 100 = 17500 имп/ч.

Переведём полученное значение в импульсы за минуту:

CPM = 17500 / 60 = 291,7 имп/мин.

Округляя результат, получаем:

CPM ≈ 292 имп/мин.

Следовательно, коэффициент пересчёта составляет:

1 мкЗв/ч ≈ 292 CPM,

или

K = 1 / 292.

Тогда мощность дозы определяется по формуле:

D = 0,00342 × CPM,

где D — мощность дозы, мкЗв/ч;

CPM — количество импульсов в минуту.

Для оценки работы прибора при нормальных условиях произведён расчёт среднего естественного радиационного фона. Среднее значение мощности дозы составляет:

Dфон = 0,12 мкЗв/ч.

Соответствующее количество импульсов в минуту:

CPMфон = 0,12 × 292 = 35 имп/мин.

Таким образом, при естественном радиационном фоне счётчик СБМ-20 регистрирует приблизительно от 30 до 40 импульсов в минуту, что соответствует практическим данным эксплуатации.

Поскольку процесс регистрации радиоактивных частиц является случайным и подчиняется распределению Пуассона, статистическая погрешность измерений определяется количеством зарегистрированных событий.

Среднеквадратичное отклонение вычисляется по формуле:

σ = √N,

где N — количество зарегистрированных импульсов.

Относительная статистическая погрешность составляет:

δ = σ/N × 100%,

или

δ = 100/√N.

Для времени измерения 1 минута при естественном фоне:

N = 35,

δ = 100/√35 = 16,9 %.

Следовательно, погрешность измерения составляет приблизительно ±17 %.

Для времени измерения 5 минут:

N = 35 × 5 = 175,

δ = 100/√175 = 7,6 %.

Для времени измерения 10 минут:

N = 35 × 10 = 350,

δ = 100/√350 = 5,3 %.

Полученные результаты показывают, что увеличение времени накопления статистики позволяет существенно повысить точность определения мощности дозы.

Для оценки быстродействия прибора выполнен расчёт времени обнаружения превышения естественного радиационного фона. Рассмотрим ситуацию, при которой мощность дозы увеличивается до:

D = 0,60 мкЗв/ч.

Количество импульсов в минуту составит:

CPM = 0,60 × 292 = 175 имп/мин.

За интервал времени 10 секунд будет зарегистрировано:

N10с = 175 × 10 / 60 ≈ 29 импульсов.

При естественном фоне за тот же промежуток времени:

Nфон = 35 × 10 / 60 ≈ 6 импульсов.

Отношение сигнал/фон определяется выражением:

29 / 6 ≈ 4,8.

Следовательно, увеличение уровня радиации примерно в пять раз относительно естественного фона может быть уверенно обнаружено прибором уже через 8–10 секунд после начала воздействия.

Важной функцией дозиметра является определение накопленной дозы облучения. Накопленная доза рассчитывается интегрированием мощности дозы по времени:

H = D × t,

где

H — накопленная доза, мкЗв;

D — мощность дозы, мкЗв/ч;

t — время воздействия, ч.

Например, при нахождении в поле излучения с мощностью дозы:

D = 0,5 мкЗв/ч

в течение времени:

t = 8 ч

накопленная доза составит:

H = 0,5 × 8 = 4 мкЗв.

Таким образом, в результате проведённых расчётов установлено, что счётчик Гейгера–Мюллера СБМ-20 при рабочем напряжении 400 В обеспечивает регистрацию естественного радиационного фона на уровне 30–40 импульсов в минуту. Коэффициент пересчёта составляет приблизительно 292 имп/мин на 1 мкЗв/ч. Статистическая погрешность измерений подчиняется закону Пуассона и составляет около 17 % при времени измерения 1 минута, уменьшаясь до 5 % при десятиминутном усреднении.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 53325–2012. Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний. — М.: Стандартинформ, 2014. — 148 с.
2. СП 3.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности. — М.: МЧС России, 2009. — 20 с.
3. Мижериков В.А., Юзефавичус Т.А. Введение в информационные технологии: учеб. пособие. М.: Информатика, 2005. — 352 с.