ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ СЧЁТЧИКОВ В ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ

OPERATING PRINCIPLE OF GEIGER–MÜLLER GAS-DISCH

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 устройство, принцип действия и основные характеристики газоразрядных счётчиков Гейгера–Мюллера, применяемых в дозиметрических приборах. Описан механизм регистрации ионизирующего излучения, особенности регистрации различных видов радиоактивного излучения, а также основные параметры, определяющие чувствительность и эффективность работы детекторов. Показана роль счётчиков Гейгера–Мюллера в современных системах радиационного контроля.

ABSTRACT

The article discusses the design, operating principle, and main characteristics of Geiger–Müller gas-discharge counters used in dosimetric devices. The mechanism of ionizing radiation detection, the features of detecting different types of radiation, and the main parameters affecting detector sensitivity and efficiency are described. The role of Geiger–Müller counters in modern radiation monitoring systems is shown.

Ключевые слова: счётчик Гейгера–Мюллера; дозиметр; ионизирующее излучение; гамма-излучение; бета-излучение; радиационный контроль.

Keywords: Geiger–Müller counter; dosimeter; ionizing radiation; gamma radiation; beta radiation; radiation monitoring.

Одним из наиболее распространённых датчиков ионизирующего излучения в бытовых и профессиональных дозиметрах является газоразрядный счётчик Гейгера–Мюллера. Высокая надёжность, простота конструкции и возможность регистрации различных видов радиоактивного излучения обеспечили широкое применение данных устройств в системах радиационного контроля.

История создания счётчика начинается в 1908 году, когда немецкий физик Ханс Вильгельм Гейгер разработал первый прибор для регистрации радиоактивных частиц. В 1928 году совместно с Вальтером Мюллером конструкция была существенно усовершенствована, благодаря чему устройство получило современное название — счётчик Гейгера–Мюллера.

Принцип действия счётчика основан на явлении ударной ионизации газа под воздействием радиоактивных частиц или квантов электромагнитного излучения. Конструктивно устройство представляет собой герметичный металлический или стеклянный баллон, заполненный инертным газом либо специальной газовой смесью. Внутри баллона расположены два электрода — катод и анод, между которыми приложено постоянное высокое напряжение величиной несколько сотен вольт.

В исходном состоянии газовый промежуток между электродами обладает очень высоким сопротивлением, поэтому электрический ток практически отсутствует. При попадании в чувствительный объём счётчика радиоактивной частицы или гамма-кванта происходит образование свободных электронов и положительных ионов. Под действием электрического поля электроны ускоряются и приобретают достаточную энергию для ионизации новых молекул газа.

В результате возникает лавинообразный процесс размножения носителей заряда, приводящий к кратковременному газовому разряду между электродами. Появление разряда сопровождается импульсом тока, который регистрируется электронной схемой дозиметра. Амплитуда импульса практически не зависит от энергии первоначальной частицы, поэтому счётчик Гейгера способен определить факт регистрации события, но не позволяет непосредственно измерять энергию излучения.

Для прекращения разряда в современных счётчиках используются специальные гасящие добавки. В качестве таких веществ применяются пары спирта либо галогены — хлор, бром и йод. Дополнительно в цепь включается высокоомный резистор сопротивлением несколько мегом, на котором во время разряда возникает падение напряжения. Вследствие этого напряжение на электродах уменьшается ниже порога поддержания разряда и счётчик автоматически возвращается в исходное состояние.

В зависимости от конструкции различают цилиндрические и торцевые газоразрядные счётчики. Цилиндрические модели имеют форму удлинённой трубки и наиболее широко распространены в дозиметрической технике. Торцевые счётчики отличаются увеличенной площадью чувствительной поверхности, что позволяет повысить эффективность регистрации отдельных видов излучения.

Счётчики Гейгера–Мюллера способны регистрировать различные виды ионизирующего излучения. К электромагнитному излучению относятся рентгеновские и гамма-кванты, обладающие высокой проникающей способностью и способностью распространяться на значительные расстояния. Корпускулярное излучение представлено альфа- и бета-частицами, образующимися при радиоактивном распаде атомных ядер.

Альфа-частицы обладают наибольшей массой и высокой ионизирующей способностью, однако характеризуются крайне малой проникающей способностью. Даже лист бумаги способен полностью поглотить альфа-излучение. Бета-частицы имеют значительно меньшую массу и могут распространяться в воздухе на расстояния до нескольких метров. Гамма-кванты обладают наибольшей проникающей способностью и способны проходить через значительные слои вещества.

Эффективность регистрации различных видов излучения зависит от конструкции счётчика. Большинство стандартных счётчиков типа СБМ-20 эффективно регистрируют гамма-излучение и жёсткое бета-излучение. Регистрация альфа-частиц требует применения специальных тонкооконных детекторов, поскольку стенки обычного металлического корпуса полностью поглощают данный вид излучения.

Важнейшими характеристиками газоразрядных счётчиков являются площадь чувствительной поверхности, собственный фон, радиационная чувствительность и эффективность регистрации. Площадь входного окна определяет количество частиц, которые могут быть зарегистрированы за единицу времени. Собственный фон характеризует уровень ложных срабатываний детектора в отсутствие внешнего излучения. Радиационная чувствительность показывает зависимость скорости счёта от мощности дозы, а эффективность регистрации определяет долю реально зарегистрированных частиц от общего количества попавших в чувствительную область счётчика.

Благодаря сочетанию высокой надёжности, простоты конструкции и достаточной чувствительности газоразрядные счётчики остаются одним из основных средств регистрации ионизирующего излучения. Несмотря на появление современных полупроводниковых детекторов, счётчики Гейгера–Мюллера продолжают широко применяться в бытовых, профессиональных и специализированных дозиметрических приборах.

Таким образом, газоразрядные счётчики Гейгера–Мюллера являются эффективными и надёжными датчиками ионизирующего излучения. Принцип их работы основан на регистрации газового разряда, возникающего вследствие ударной ионизации газа под воздействием радиоактивных частиц или квантов. Простота конструкции, стабильность характеристик и возможность регистрации различных видов излучения обеспечивают их широкое применение в современных системах радиационного контроля и дозиметрии.

Список литературы:

1. Кнорринг Г.М. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. — М.: Энергоатомиздат, 2010. — 320 с.
2. Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений. — М.: Энергоатомиздат, 1995. — 496 с.
3. Василенко И.Я., Королев В.Г. Радиационная безопасность. — М.: Медицина, 2003. — 384 с.
4. Никитин А.И. Основы дозиметрии и радиационного контроля. — СПб.: Лань, 2019. — 272 с.
5. Техническое описание и паспорт счётчика Гейгера–Мюллера СБМ-20.