Geiger-teller - Geiger counter
 En "todelt" benk type Geiger-Müller benk med endevinduet detektor
| |
| Andre navn | Geiger |
|---|---|
| Oppfinner |
Hans Geiger Walther Müller |
| Relaterte ting | Geiger - Müller -rør |
En Geigerteller er et instrument som brukes til å oppdage og måle ioniserende stråling . Også kjent som Geiger-Müller teller eller Geiger-Muller teller , er det mye brukt i applikasjoner som stråling dosimetri , radiologisk beskyttelse , eksperimentell fysikk , og den kjernefysiske industri .
Den oppdager ioniserende stråling som alfapartikler , betapartikler og gammastråler ved hjelp av ioniseringseffekten som produseres i et Geiger - Müller -rør , som gir instrumentet sitt navn. I vid og fremtredende bruk som et håndholdt stråleundersøkelsesinstrument er det kanskje et av verdens mest kjente stråledetekteringsinstrumenter .
Det opprinnelige deteksjonsprinsippet ble realisert i 1908 ved University of Manchester , men det var ikke før utviklingen av Geiger - Müller -røret i 1928 at Geiger -telleren kunne produseres som et praktisk instrument. Siden den gang har den vært veldig populær på grunn av sitt robuste sanseelement og relativt lave kostnader. Imidlertid er det begrensninger i måling av høye strålingshastigheter og energien fra innfallende stråling.
Driftsprinsipp
En Geiger -teller består av et Geiger – Müller -rør (sanseelementet som oppdager strålingen) og prosesselektronikken, som viser resultatet.
Geiger - Müller -røret er fylt med en inert gass som helium , neon eller argon ved lavt trykk, som det tilføres en høy spenning. Røret leder kort elektrisk ladning når en partikkel eller foton av innfallende stråling gjør gassen ledende ved ionisering. Ioniseringen forsterkes betraktelig inne i røret av Townsend -utladningseffekten for å produsere en lett målt deteksjonspuls, som mates til behandlings- og displayelektronikken. Denne store pulsen fra røret gjør Geiger -telleren relativt billig å produsere, siden den påfølgende elektronikken er forenklet. Elektronikken genererer også høyspenningen, vanligvis 400–900 volt, som må påføres Geiger - Müller -røret for å muliggjøre driften. For å stoppe utslippet i Geiger - Müller -røret tilsettes litt halogengass eller organisk materiale (alkohol) til gassblandingen.
Avlesning
Det er to typer påvist strålingsavlesning: tellinger eller stråledose . Tellevisningen er den enkleste og er antallet oppdagede ioniserende hendelser som vises enten som en tellehastighet, for eksempel "tellinger per minutt" eller "teller per sekund", eller som et totalt antall tellinger over en angitt tidsperiode (en integrert Total). Telleopplesningen brukes normalt når alfa- eller beta -partikler blir oppdaget. Mer kompleks å oppnå er en visning av stråledoseringshastighet, vist i en enhet som sievert som normalt brukes til å måle gamma- eller røntgendoser. Et Geiger - Müller -rør kan oppdage tilstedeværelse av stråling, men ikke energien , som påvirker strålingens ioniserende effekt. Følgelig krever instrumenter som måler doseringshastighet bruk av et energikompensert Geiger - Müller -rør, slik at dosen som vises, gjelder tallene som er oppdaget. Elektronikken vil anvende kjente faktorer for å gjøre denne konverteringen, som er spesifikk for hvert instrument og bestemmes av design og kalibrering.
Avlesningen kan være analog eller digital, og moderne instrumenter tilbyr seriell kommunikasjon med en vertsmaskin eller nettverk.
Det er vanligvis et alternativ for å produsere hørbare klikk som representerer antall ioniseringshendelser som er oppdaget. Dette er den særegne lyden som vanligvis er forbundet med håndholdte eller bærbare Geiger -tellere. Formålet med dette er å la brukeren konsentrere seg om manipulering av instrumentet samtidig som den beholder auditiv tilbakemelding på strålingshastigheten.
Begrensninger
Det er to hovedbegrensninger for Geiger -telleren. Fordi utgangspulsen fra et Geiger - Müller -rør alltid er av samme størrelse (uavhengig av energien til den innfallende strålingen), kan røret ikke skille mellom strålingstyper. For det andre kan røret ikke måle høye strålingshastigheter, fordi hver ioniseringshendelse blir fulgt av en "dødtid", en ufølsom periode hvor ytterligere innfallende stråling ikke resulterer i en telling. Vanligvis vil dødtiden redusere angitte tellehastigheter over ca. 10 4 til 10 5 tellinger per sekund, avhengig av egenskapen til røret som brukes. Mens noen tellere har strømkretser som kan kompensere for dette, for nøyaktige målinger ion kammer instrumenter er foretrukket for høye stråle priser.
Typer og applikasjoner
Den tiltenkte deteksjonsapplikasjonen til en Geiger -teller dikterer rørdesignet som brukes. Følgelig er det mange design, men de kan generelt kategoriseres som "endevindu", vindusløse "tynnveggede", "tykkveggede" og noen ganger hybrider av denne typen.
Partikkeldeteksjon
De første historiske bruksområdene til Geiger -prinsippet var for påvisning av alfa- og betapartikler, og instrumentet brukes fremdeles til dette formålet i dag. For alfapartikler og lavenergibeta-partikler må "endevinduet" -typen til et Geiger – Müller-rør brukes, ettersom disse partiklene har et begrenset område og lett stoppes av et fast materiale. Derfor krever røret et vindu som er tynt nok til å slippe så mange som mulig av disse partiklene til fyllgassen. Vinduet er vanligvis laget av glimmer med en tetthet på omkring 1,5 til 2,0 mg / cm 2 .
Alfa-partikler som har den korteste rekkevidde, og for å detektere disse vinduet skal ideelt sett være innenfor 10 mm fra strålingskilden på grunn av alfapartikkel dempning . Imidlertid produserer Geiger - Müller -røret en pulsutgang som har samme størrelse for all detektert stråling, så en Geiger -teller med et endevinduerør kan ikke skille mellom alfa- og betapartikler. En dyktig operatør kan bruke varierende avstand fra en strålekilde for å skille mellom alfa- og høyenergibeta -partikler.
"Pannekake" Geiger-Müller-røret er en variant av endevinduets sonde, men designet med et større deteksjonsområde for å gjøre kontrollen raskere. Atmosfæretrykket mot fylltrykkets lave trykk begrenser imidlertid vindusstørrelsen på grunn av vindusmembranens begrensede styrke.
Noen betapartikler kan også oppdages av et tynnvegget "vindusfritt" Geiger-Müller-rør, som ikke har et endevindu, men lar betapartikler med høy energi passere gjennom rørveggene. Selv om rørveggene har en større stoppkraft enn et tynt endevindu, tillater de fortsatt at disse mer energiske partiklene når fyllgassen.
End-window Geiger-tellere brukes fortsatt som et generelt formål, bærbart, radioaktivt måle- og deteksjonsinstrument for radioaktiv forurensning , på grunn av deres relativt lave kostnader, robusthet og relativt høye deteksjonseffektivitet; spesielt med betainpartikler med høy energi. For diskriminering mellom alfa- og betapartikler eller for å gi informasjon om partikkelenergi, bør imidlertid scintillasjonsteller eller proporsjonal tellere brukes. Disse instrumenttypene er produsert med mye større detektorområder, noe som betyr at kontrollen for overflateforurensning er raskere enn med en Geiger -teller.
Gamma og røntgen deteksjon
Geiger-tellere er mye brukt til å oppdage gammastråling og røntgenstråler samlet kjent som fotoner , og for dette brukes det vindusløse røret. Imidlertid er deteksjonseffektiviteten lav sammenlignet med alfa- og betapartikler. Artikkelen om Geiger - Müller -røret inneholder en mer detaljert redegjørelse for teknikkene som brukes til å oppdage fotonstråling. For fotoner med høy energi er røret avhengig av interaksjonen mellom strålingen og rørveggen, vanligvis et høyt Z -materiale som kromstål med 1-2 mm tykkelse for å produsere elektroner i rørveggen. Disse kommer inn og ioniserer fyllgassen.
Dette er nødvendig ettersom lavtrykksgassen i røret har liten interaksjon med fotoner med høyere energi. Ettersom fotonergier reduseres til lave nivåer, er det imidlertid større gassinteraksjon og den direkte gassinteraksjonen øker. Ved svært lave energier (mindre enn 25 KeV) dominerer direkte gassionisering og et stålrør demper de innfallende fotonene. Følgelig, ved disse energiene, er et typisk rørdesign et langt rør med en tynn vegg som har et større gassvolum for å gi en økt sjanse for direkte interaksjon mellom en partikkel og fyllgassen.
Over disse lave energinivåene er det en betydelig variasjon i respons på forskjellige fotonenergier med samme intensitet, og et stålvegget rør bruker det som kalles "energikompensasjon" i form av filterringer rundt det nakne røret som prøver å kompensere for disse variasjonene over et stort energiområde. Et GM -rør i kromstål er omtrent 1% effektivt over et bredt spekter av energier.
Nøytrondeteksjon
En variant av Geiger-røret brukes til å måle nøytroner , der gassen som brukes er bortrifluorid eller helium-3 og en plastmoderator brukes til å bremse nøytronene. Dette skaper en alfapartikkel inne i detektoren, og dermed kan nøytroner telles.
Gammamåling - personellbeskyttelse og prosesskontroll
Begrepet "Geiger-teller" brukes ofte for å bety en håndholdt undersøkelsestype måler, men Geiger-prinsippet er mye brukt i installerte "area gamma" alarmer for personellbeskyttelse, og i prosessmåling og interlock-applikasjoner. Et Geiger -rør er fortsatt sensorenheten, men prosesselektronikken vil ha en høyere grad av raffinement og pålitelighet enn den som brukes i en håndholdt måling.
Fysisk design
For håndholdte enheter er det to grunnleggende fysiske konfigurasjoner: "integrert" enhet med både detektor og elektronikk i samme enhet, og "todelt" design som har en separat detektorsonde og en elektronikkmodul forbundet med en kort kabel .
På 1930-tallet ble et glimmervindu lagt til i den sylindriske designen, slik at stråling med lav gjennomtrengning lett kunne passere.
Den integrerte enheten tillater enhåndsbetjening, slik at operatøren kan bruke den andre hånden til personlig sikkerhet i utfordrende overvåkingsposisjoner, men den todelte konstruksjonen muliggjør enklere manipulering av detektoren, og brukes ofte til alfa- og betaoverflatekontaminering hvor forsiktig manipulering av sonden er nødvendig, eller vekten av elektronikkmodulen vil gjøre driften uhåndterlig. En rekke forskjellige størrelser detektorer er tilgjengelige for spesielle situasjoner, for eksempel plassering av sonden i små åpninger eller trange rom.
Gamma- og røntgendetektorer bruker vanligvis en "integrert" design, så Geiger-Müller-røret er praktisk plassert i elektronikkhuset. Dette kan enkelt oppnås fordi foringsrøret vanligvis har liten demping, og brukes i gammamålinger i omgivelser der avstand fra strålingskilden ikke er en vesentlig faktor. For å lette mer lokaliserte målinger som "overflatedose", indikeres imidlertid posisjonen til røret i kabinettet noen ganger med mål på kabinettet, slik at en nøyaktig måling kan gjøres med røret i riktig retning og en kjent avstand fra flate.
Det er en spesiell type gamma -instrument kjent som en "hot spot" -detektor som har detektorrøret på enden av en lang pol eller fleksibel kanal. Disse brukes til å måle gammastrålinger med høy stråling samtidig som operatøren beskyttes ved hjelp av avstandsbeskyttelse.
Partikkeldeteksjon av alfa og beta kan brukes i både integrerte og todelte design. En pannekakesonde (for alfa/beta) brukes vanligvis for å øke deteksjonsområdet i todelte instrumenter samtidig som den er relativt lett. I integrerte instrumenter som bruker et endevindusrør er det et vindu i foringsrommet for å forhindre skjerming av partikler. Det er også hybridinstrumenter som har en separat sonde for partikkeldeteksjon og et gammagjenkjenningsrør i elektronikkmodulen. Detektorene kan byttes av operatøren, avhengig av strålingstypen som måles.
Veiledning for bruk av applikasjoner
I Storbritannia den National Radiological Protection Board utstedt en brukerveiledning oppmerksom på å velge den beste bærbare instrumenttype for søknaden stråling målingen bekymret. Dette dekker alle strålebeskyttelsesinstrumentteknologier og inkluderer en veiledning for bruk av GM -detektorer.
Historie
.jpg)
I 1908 utviklet Hans Geiger , under oppsyn av Ernest Rutherford ved Victoria University of Manchester (nå University of Manchester ), en eksperimentell teknikk for å oppdage alfapartikler som senere skulle brukes til å utvikle Geiger - Müller -røret i 1928. Dette tidlig teller var bare i stand til å oppdage alfapartikler og var en del av et større eksperimentelt apparat. Den grunnleggende ioniseringsmekanismen som ble brukt ble oppdaget av John Sealy Townsend mellom 1897 og 1901, og er kjent som Townsend -utslippet , som er ioniseringen av molekyler ved ionpåvirkning.
Det var først i 1928 at Geiger og Walther Müller (doktorand ved Geiger) utviklet det forseglede Geiger - Müller -røret som brukte grunnleggende ioniseringsprinsipper som tidligere ble brukt eksperimentelt. Liten og robust, ikke bare kunne den oppdage alfa- og beta -stråling som tidligere modeller hadde gjort, men også gammastråling. Nå kunne et praktisk strålingsinstrument produseres relativt billig, og så ble Geigertelleren født. Siden rørutgangen krevde liten elektronisk behandling, en klar fordel i termionventiltiden på grunn av minimalt ventiltall og lavt strømforbruk, oppnådde instrumentet stor popularitet som en bærbar strålingsdetektor.
Moderne versjoner av Geiger -telleren bruker halogenrøret som ble oppfunnet i 1947 av Sidney H. Liebson . Det erstattet det tidligere Geiger-Müller-røret på grunn av dets mye lengre levetid og lavere driftsspenning, vanligvis 400-900 volt.
Galleri
Bruk av en "hot spot" -detektor på en lang stolpe for å kartlegge avfallsfat.
GM pannekakedetektor som mater en mikrokontroller datalogger som sender data til en PC via bluetooth . En radioaktiv stein ble plassert på toppen av GM som fikk grafen til å stige.
GM -tellere som brukes som gammaundersøkelser, søker radioaktivt satellittrester
Se også
- Becquerel , SI -enheten for radioaktivt forfallshastighet for en mengde radioaktivt materiale
- Sivilforsvar Geiger -tellere , håndholdte strålingsmonitorer, både GM- og ionekamre
- Telle effektivitet forholdet mellom strålingshendelser som når en detektor og antallet den teller
- Dosimeter , en enhet som brukes av personell for å måle hvilken stråledose de har mottatt
- Ioniseringskammer , den enkleste ioniserende strålingsdetektoren
- Gassformig ioniseringsdetektor , en oversikt over de viktigste gassformige detektortypene
- Geiger - Müller rør , gir en mer detaljert beskrivelse av Geiger - Müller rørdrift og typer
- Geiger -platået , det riktige driftsspenningsområdet for et Geiger - Müller -rør
- Teller av foton
- Radioaktivt forfall , prosessen der ustabile atomer avgir stråling
- Safecast (organisasjon) , bruk av Geiger - Müller -moteteknologi i innbyggervitenskap
- Scintillasjonsteller , en gassfri stråledetektor
- Sievert , SI -enheten for effekter av lave nivåer av stråling på menneskekroppen
Referanser
Eksterne linker
Medier relatert til Geiger -tellere på Wikimedia Commons