Лічильник Гейгера—Мюллера

Лічи́льник Ге́йгера або лічильник Гейгера — Мюллера — детектор радіоактивного випромінювання на основі іонізаційної камери, винайдений Гансом Вільгельмом Гейгером та ^[en]. Лічильник Гейгера призначений для реєстрації окремих швидких заряджених частинок. Факт реєстрації може відображатися відхиленням стрілки, спалахом лампочки або акустичним сигналом.

Детектор радіації, чутливим елементом якого є лічильник Гейгера, що розташований у виносному блоці на передньому плані.

Лічильник призначений для реєстрації бета- та гамма-променів, може бути прилаштований для реєстрації альфа-частинок і нейтронів.

Будова

Схематичне зображення будови й принципу дії лічильника Гейгера

Основний елемент лічильника Гейгера — іонізаційна камера. Вона має вигляд трубки з металевими або вкритими вуглецем стінками, які служать катодом, а дріт посередині — анодом. Камера заповнена інертними газами з домішкою галогенів. Один з торців трубки роблять скляним. Через нього всередину потрапляють високоенергетичні частинки. Протилежний бік призначено для контакту із джерелом живлення та електронною схемою реєстрації.

При ввімкненому лічильнику між катодом і анодом подається напруга, при якій струм у лічильнику відсутній, тобто самостійний розряд неможливий, однак достатня для несамостійного розряду. Коли в іонізаційну камеру влітає високоенергетична заряджена частинка, наприклад, електрон, вона іонізує атоми інертного газу, утворюючи вільні електрони та йони, що починають рухатися до анода й катода, відповідно. Розганяючись в електричному полі, вони, своєю чергою, йонізують нейтральні атоми завдяки ударній іонізації. Утворюється лавина, що призводить до короткого імпульсу струму через камеру.

Скляне віконце трубки дозволяє реєструвати бета- та гамма-частинки. Для реєстрації альфа-частинок вікно роблять зі слюди.

Реєстрація нейтронів

Докладніше: Детектор нейтронів

Персональний лічильник Гейгера, модель 1960 року

Радянський дозиметр «Белла» та його внутрішній лічильник Гейгера

Існують модифікації лічильника Гейгера, призначені для реєстрації нейтронів. Нейтрони — нейтральні частинки, тому не йонізують газ. Однак, нейтрони досить легко захоплюються ядрами легшого ізотопу бору: ¹⁰B + n → ⁷Li + α, і якщо стінки лічильника вкрити бором, а до робочого газу камери додати деяку кількість трифлюориду бору BF₃, то прилад реєструватиме альфа-частинки, які вивільняються внаслідок наведеної ядерної реакції, а отже, набуває здатності виявляти нейтрони.

Мертвий час

Мертвий час лічильника Гейгера пояснюється тим, що при реєстрації частинки навколо усього аноду утворюється хмара катіонів, які екранують й зменшують градієнт поля біля нитки. Час відновлення й пов'язаний із ним мертвий час лічильника Гейгера залежить від радіуса електродів ${\displaystyle r}$, тиску ${\displaystyle p,}$ рухомості йонів наповнюючого газу ${\displaystyle q}$ й напруги на лічильнику ${\displaystyle V:}$

${\displaystyle t_{\text{відн.}}=(r_{k}^{2}-r_{a}^{2}){\frac {p}{p_{0}}}\ln {\frac {r_{k}}{r_{a}}}{\frac {1}{2qV}},}$

де ${\displaystyle r_{k}}$ — радіус катода, ${\displaystyle r_{a}}$ — радіус анода, ${\displaystyle p_{0}}$ — атмосферний тиск.

Значне збільшення радіуса анода з метою зменшення часу відновлення неприпустиме через пов'язане із ним збільшення анодної напруги. Зменшення тиску й застосування легких газів-наповнювачів з великою рухомістю йонів пов'язане зі зменшенням ефективності лічильника. Зазвичай при наповненні ${\displaystyle \mathrm {Ar} }$ під тиском близько 500 мм рт. ст. мертвий час лічильників Гейгера складає 150—250 мксек, напруга не перевищує 1500 в.

Історія винаходу

Лічильник, початково для реєстрації тільки альфа-частинок розробив у 1908 році Ганс Гейгер, працюючи разом із Ернестом Резерфордом^[]. До 1928 року Гейгер зі своїм аспірантом ^[en] вдосконалили його таким чином, що стала можливою реєстрація різних частинок^[].

Сучасний лічильник з застосуванням галогенів винайшов у 1947 році ^[]. Запропонована ним модифікація дала змогу знизити напругу з 1000—1500 В до 400—600 В, водночас підвищивши довговічність приладу.

Див. також

• Іонізаційна камера
• Пропорційна камера
• Дозиметр
• Лічильник сцинтиляцій
• Gilbert U-238 Atomic Energy Laboratory

Література

• Glenn F. Knoll: Radiation detection and measurement. 2. Auflage, Wiley, New York 1989, .
• Konrad Kleinknecht: Detektoren für Teilchenstrahlung. 4. Aufl., Teubner 2005,
• Sebastian Korff: Das Geiger-Müller-Zählrohr. Eine wissenschaftshistorische Analyse mit der Replikationsmethode. In: NTM Zeitschrift für Geschichte der Wissenschaften, Technik und Medizin, Band 20, Heft 4, 2012, S. 271—308, (doi:10.1007/s00048-012-0080-y).

Посилання

• How a Geiger counter works. Відео-коментар [Архівовано 30 листопада 2010 у Wayback Machine.] (англ.)
• Random number generating Geiger Counter [Архівовано 9 серпня 2010 у Wayback Machine.] (англ.)

Примітки

1. Д.М.Хейкер, Л.С.Зевин - Рентгеновская дифрактометрия.