Счетчик Гейгера. Устройство и принцип работы
Радиационные загрязнения относятся к особо опасным видам загрязнений окружающей среды. После масштабных аварий, вызвавших выбросы радиоактивных частиц стало ясно насколько большой урон это наносит природе и человеку. Такие выбросы заражают почву на многие десятилетия и вызывают мутации в живых организмах. События в Чернобыле, Фукусиме и Нагасаки вызвали последствия, которые до сих пор не исчезли. В их результате погибли тысячи человек и большие территории были заражены.
Но радиация может преследовать человека не только вблизи опасных объектов. Существует естественный уровень ионизирующих лучей, который существует из-за космических лучей и процессов в коре земли. Деятельность человека же вызывает повышение радиационного фона, создавая различные техногенные источники излучения. Поэтому так важно контролировать всю деятельность человека на соответствие нормам. Измерение радиации счетчиком Гейгера — это один из самых эффективных способов проведения измерения ионизирующего излучения. Данный прибор способен проводить постоянный мониторинг с учетом погодных условий и географического положения. Он может быть как бытового, так и промышленного использования.
Принцип работы счетчика Гейгера заключается в подсчете радиоактивных частиц, которые попадают прибор. Его внутреннее устройство сделано так, чтобы частицы, попадающие в устройство, смешивались с инертным газом и ионизировались. Именно благодаря этому происходит фиксация результатов.
И хотя радиация может быть естественной это не значит, что она представляет опасности. Даже значения естественного излучения сейчас часто превышают нормы. Все это результат деятельности человека и его влияния на окружающую среду. Перед нами все еще стоит вопрос о влиянии радиации на организм человека. Ученые не так давно начали изучать то, какие последствия вызывают ионизирующие частицы. Но уже точно ясно, что это опасное явление и иногда даже может приводить к летальным исходам. А еще эти частицы крайне опасны из-за того, что их невозможно заметить без прибора и человек очень часто даже может не почувствовать, что заражен радиацией.
Как работает счетчик Гейгера?
Этот прибор представляет собой устройство, которое может точно фиксировать количество ионизирующих частиц. Все происходит благодаря реакции, которая приводит к появлению импульсов. Сам прибор не является сложным по схеме работы и действие счетчика Гейгера происходит по следующему принципу:
- Внутри прибора находятся катод и анод, и при включении возникает повышенное электрическое напряжение. Катод заполняется газом. Так в основном используют аргон, неон или их смесь.
- После этого ионизирующая частица попадает в прибор и начинает смешиваться с газом. Благодаря электрическому полю сила реакции усиливается и поэтому можно легко зафиксировать количество разрядов. Эти разряды соответствуют количеству частиц. Прибор подсчитывает количество разрядов за определенный период времени. После окончания фиксации частиц прибор издает звуковой сигнал.
Сейчас счетчики постоянно модернизируются и дополняются новыми элементами. Так можно встретить аноды, покрытые специальным покрытием. Оно позволяет фильтровать излучение, и прибор фиксирует только бета-излучение. Поэтому результаты становятся более точными. Устройство счетчика Гейгера может зависеть от того, какие дополнительные функции предусмотрены моделью.
Из чего состоит счетчик Гейгера?
Дозиметр радиации Гейгера включает в себя счетчик, который позволяет производить подсчет радиации. Конденсатор точно фиксирует вредное для человека излучение.
И хотя этот прибор дает точные и быстрые результаты, устройство счетчика Гейгера не является сложным.
Счетчик представляет собой контейнер с инертным газом. В зависимости от модели могут использоваться разные вещества и элементы. Но чаще всего используется аргон или неон, которые закачиваются в баллоны, но иногда можно встретить и их смесь. Газ в баллоне находится под минимальным давлением для того, чтобы между катодом и анодом не возникало электрических импульсов.
В приборе можно выделить трубку и специальную натянутую нить, которая натянута по оси цилиндра. Именно они выступают катодом и анодом. Анод может быть как проволокой, так и металлическим соединением. Сейчас иногда его покрывают специальным покрытием, которое улучшает точность результатов фильтруя излучение.
Приборы могут быть как профессиональные, так и бытовые и это влияет на их устройство. Профессиональные измерители могут содержать дополнительные компоненты.
От какой радиации нужен счетчик Гейгера?
Для того, чтобы измерение радиации счетчиком Гейгера следует знать о видах радиации. Все зависит от состава излучения, то есть из каких частиц оно состоит и насколько далеко источник. Именно виды частиц влияют на то, какие последствия вызовет излучение у человека. Альфа-частицы считаются наиболее безопасными для человека, но даже они при длительном воздействии способны вызывать заболевания, опухоли и необратимые изменения в организме. В это же время наиболее опасным видом излучений является излучение, в котором принимают участие бета-частицы. Так как это опасное излучение именно его чаще всего фиксирует счетчик Гейгера.
Бета-частицы могут быть как природного происхождения, так и результатом деятельности человека. Если в природе их можно встретить при извержении вулканов, то мы чаще всего сталкиваемся с ними из-за работы АЭС или химических лабораторий. Высокая концентрация таких элементов необратимо влияет на состояние человека. Бета-излучения становятся причиной онкологических заболеваний, опухолей, поражения костного мозга и слизистых оболочек. До конца еще не изучено какое влияние радиация может оказывать на организм в зависимости от ее концентрации и времени воздействия. Но количество жертв Чернобыля, Фукусимы и Нагасаки показывает, что действительно возможен как летальный исход, так и различные мутации и заболевания, сопровождающие человека всю дальнейшую жизнь. Так дети, которые родились на зараженных территориях уже рождались с большими отклонениями или вовсе не выживали.
Поэтому так важно проверять количество радиации и соответствие ее нормам. Человек не видит этого излучения и зачастую может не замечать его воздействия вплоть до появления серьезных заболеваний. Быть предупрежденным гораздо лучше, нежели стать жертвой опасного излучения. Ведь существуют современные способы уменьшения излучения и защиты от него.
Отсюда и хорошо видно, для чего нужен счетчик Гейгера. Только благодаря этому прибору можно провести быстрый и качественный мониторинг местности на наличие ионизирующих частиц. Благодаря тому, что сейчас выпускаются разные модели уже можно встретить как профессиональные приборы, так и бытовые. Бытовые приборы позволяют быстро и качественно проводить измерения радиационного фона в домашних условиях.
Улучшенные дозиметры для радиации
Работа счетчика Гейгера основывается на том, что он состоит из конденсатора, позволяющего подсчитывать частицы. Этот прибор впервые был создан в начале 20 века и с тех пор прошел долгий путь модернизации. По сравнению с первыми моделями прибор стал точнее, удобнее и теперь может содержать различные дополнения и функции. Прибор достаточно распространен и может использоваться на производствах, дома или же для контроля уровня радиации на АЭС. Нередко можно встретить использование дозиметра в ходе военных действий.
Благодаря современным технологиям счетчик уже может фильтровать типы излучения, отсеивая ненужные для результатов частицы. Поэтому прибор не только фиксирует количество частиц за определенный период времени, но и их плотность, заряженность и характер воздействия.
Бытовой дозиметр Гейгера обычно не предусматривает наличие дополнительных функций. Этот прибор необходим для домашнего мониторинга радиационного фона. Так можно проводить проверку продуктов питания, воды, одежды, мебели и строительных материалов. Ведь иногда производители пренебрегают нормами и используют некачественные компоненты и материалы, которые или заражены или становятся впоследствии источниками опасного излучения. Дополнительные же функции необходимы при использовании прибора в промышленных проверках. Из-за того, что там намного больше различных факторов дополнительные функции позволяют проводить более глубокие комплексные проверки. Дозиметр радиации счетчик Гейгера может содержать различные дополнительные функции в зависимости от того, какие еще показатели нужны при исследовании.
Проведение качественного мониторинга уровня радиационного фона – это важное мероприятие, которое следует доверить специалистам. Только они способны разобраться во всех тонкостях исследования и получить наиболее точные результаты. При помощи специального прибора эксперты нашей независимой лаборатории «ЭкоТестЭкспресс» проводят измерения уровня радиации.
Это измерение просто необходимо для того, чтобы обезопасить себя от воздействия опасных излучений. Ведь в отличие от многих других вредных факторов, это излучение практически невозможно заметить до того, как оно вызовет проблемы со здоровьем. Как правило, эти проблемы являются достаточно серьезными и порой необратимыми. Радиационное заражение становится причиной различных онкологических заболеваний и мутаций в организме, которые могут развиваться годами незаметно для человека.
Счетчик Гейгера-Мюллера: история создания, принципы работы и назначение.
Хотим мы или нет, но радиация прочно вошла в нашу жизнь и уходить не собирается. Нам нужно научиться жить с этим, одновременно полезным и опасным, явлением. Радиация проявляет себя невидимыми и неощутимыми излучениями, и без специальных приборов обнаружить их невозможно.
Немного из истории радиации
В 1895 году были открыты рентгеновские лучи. Год спустя была открыта радиоактивность урана, тоже в связи с рентгеновскими лучами. Ученые поняли, что они столкнулись с совершенно новыми, невиданными до сих пор явлениями природы. Интересно, что феномен радиации замечался несколькими годами раньше, но ему не придали значение, хотя ожоги от рентгеновских лучей получал еще Никола Тесла и другие работники эдисоновской лаборатории. Вред здоровью приписывали чему угодно, но не лучам, с которыми живое никогда не сталкивалось в таких дозах. В самом начале XX века стали появляться статьи о вредном действии радиации на животных. Этому тоже не придавали значения до нашумевшей истории с «радиевыми девушками» – работницами фабрики, выпускавшей светящиеся часы. Они всего лишь смачивали кисточки кончиком языка. Ужасная участь некоторых из них даже не публиковалась, по этическим соображениям, и осталась испытанием только для крепких нервов врачей.
В 1939 году физик Лиза Мейтнер, которая вместе с Отто Ганом и Фрицем Штрассманом относится людям, впервые в мире поделившим ядро урана, неосторожно сболтнула о возможности цепной реакции, и с этого момента началась цепная реакция идей о создании бомбы, именно бомбы, а вовсе не «мирного атома», на который кровожадные политики XX века, понятно, не дали бы ни гроша. Те, кто был «в теме», уже знали, к чему это приведет и началась гонка атомных вооружений.
Как появился счетчик Гейгера — Мюллера
Немецкий физик Ганс Гейгер, работавший в лаборатории Эрнста Резерфорда, в 1908 году предложил принцип работы счетчика «заряженных частиц» как дальнейшее развитие уже известной ионизационной камеры, которая представляла собой электрический конденсатор, наполненный газом при небольшом давлении. Она применялась еще Пьером Кюри с 1895 года для изучения электрических свойств газов. У Гейгера возникла идея использовать ее для обнаружения ионизирующих излучений как раз потому, что эти излучения оказывали прямое воздействие на степень ионизации газа.
В 1928 году Вальтер Мюллер, под началом Гейгера, создает несколько типов счетчиков радиации, предназначенных для регистрации различных ионизирующих частиц. Создание счетчиков было очень острой необходимостью, без которой невозможно было продолжать исследование радиоактивных материалов, поскольку физика, как экспериментальная наука, немыслима без измерительных приборов. Гейгер и Мюллер целенаправленно работали над созданием счетчиков, чувствительных к каждому из открытых к тому видов излучений: α, β и γ (нейтроны открыли только в 1932 году).
Счетчик Гейгера-Мюллера оказался простым, надежным, дешевым и практичным датчиком радиации. Хотя он не является самым точным инструментом для исследования отдельных видов частиц или излучений, однако на редкость подходит в качестве прибора для общего измерения интенсивности ионизирующих излучений. А в сочетании с другими детекторами используется физиками и для точнейших измерений при экспериментах.
Ионизирующие излучения
Чтобы лучше понять работу счетчика Гейгера-Мюллера, полезно иметь представление об ионизирующих излучениях вообще. По определению, к ним относится то, что может вызвать ионизацию вещества, находящегося в нормальном состоянии. Для этого необходима определенная энергия. Например, радиоволны или даже ультрафиолетовый свет не относятся к ионизирующим излучениям. Граница начинается с «жесткого ультрафиолета», он же «мягкий рентген». Этот вид является фотонным видом излучения. Фотоны большой энергии принято называть гамма-квантами.
Впервые разделил ионизирующие излучения на три вида Эрнст Резерфорд. Это было сделано на экспериментальной установке при помощи магнитного поля в вакууме. Впоследствии выяснилось, что это:
α – ядра атомов гелия
β – электроны с высокой энергией
γ – гамма-кванты (фотоны)
Позже были открыты нейтроны. Альфа-частицы легко задерживаются даже обычной бумагой, бета-частицы имеют немного большую проникающую способность, а гамма-лучи – самую высокую. Наиболее опасны нейтроны (на расстоянии до многих десятков метров в воздухе!). Из-за их электрической нейтральности они не взаимодействуют с электронными оболочками молекул вещества. Но попав в атомное ядро, вероятность чего достаточно высока, приводят к его нестабильности и распаду, с образованием, как правило, радиоактивных изотопов. А уже те, в свою очередь, распадаясь, сами образуют весь «букет» ионизирующих излучений. Хуже всего то, что облученный предмет или живой организм сам становится источником радиации на протяжении многих часов и суток.
Устройство счетчика Гейгера-Мюллера и принцип его работы
Газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера, как правило, выполняется в виде герметичной трубки, стеклянной или металлической, из которой откачан воздух, а вместо него добавлен инертный газ (неон или аргон или их смесь) под небольшим давлением, с примесью галогенов или спирта. По оси трубки натянута тонкая проволока, а коаксиально с ней расположен металлический цилиндр. И трубка и проволока являются электродами: трубка – катод, а проволока – анод. К катоду подключают минус от источника постоянного напряжения, а к аноду – через большое постоянное сопротивление – плюс от источника постоянного напряжения. Электрически получается делитель напряжения, в средней точке которого (место соединения сопротивления и анода счетчика) напряжение практически равно напряжению на источнике. Обычно это несколько сотен вольт.
Когда сквозь трубку пролетает ионизирующая частица, атомы инертного газа, и так находящиеся в электрическом поле большой напряженности, испытывают столкновения с этой частицей. Энергии, отданной частицей при столкновении, хватает для отрыва электронов от атомов газа. Образующиеся вторичные электроны сами способны образовать новые столкновения и, таким образом, получается целая лавина электронов и ионов. Под действием электрического поля, электроны ускоряются в направлении анода, а положительно заряженные ионы газа – к катоду трубки. Таким образом, возникает электрический ток. Но так как энергия частицы уже израсходована на столкновения, полностью или частично (частица пролетела сквозь трубку), то кончается и запас ионизированных атомов газа, что является желательным и обеспечивается кое-какими дополнительными мерами, о которых мы поговорим при разборе параметров счетчиков.
При попадании в счетчик Гейгера-Мюллера заряженной частицы, за счет возникающего тока падает сопротивление трубки, а вместе с ним и напряжение в средней точке делителя напряжения, о которой шла речь выше. Затем сопротивление трубки вследствие возрастания ее сопротивления восстанавливается, и напряжение опять становится прежним. Таким образом, мы получаем отрицательный импульс напряжения. Считая импульсы, мы можем оценить число пролетевших частиц. Особенно велика напряженность электрического поля вблизи анода из-за его малых размеров, что делает счетчик более чувствительным.
Конструкции счетчиков Гейгера-Мюллера
Современные счетчики Гейгера-Мюллера выпускаются в двух основных вариантах: «классическом» и плоском. Классический счетчик выполняют из тонкостенной металлической трубки с гофрированием. Гофрированная поверхность счетчика делает трубку жесткой, устойчивой к внешнему атмосферному давлению и не дает ей сминаться под его действием. На торцах трубки расположены герметизирующие изоляторы из стекла или термореактивной пластмассы. В них же находятся выводы-колпачки для подключения к схеме приборов. Трубка снабжена маркировкой и покрыта прочным изолирующим лаком, не считая, конечно, ее выводов. Полярность выводов также обозначена. Это универсальный счетчик для любых видов ионизирующих излучений, особенно для бета и гамма.
Счетчики, чувствительные к мягкому β-излучению, делаются иначе. Из-за малого пробега β-частиц, их приходится делать плоскими, со слюдяным окошком, которое слабо задерживает бета-излучение, одним из вариантов такого счетчика, является датчик радиации БЕТА-2. Все остальные свойства счетчиков определяются материалами, из которых их изготавливают.
Счетчики, предназначенные для регистрации гамма-излучения, содержат катод, изготовленный из металлов с большим зарядовым числом, или покрывают такими металлами. Газ крайне плохо ионизируется гамма-фотонами. Но зато гамма-фотоны способны выбить много вторичных электронов из катода, если его выбрать подходящим образом. Счетчики Гейгера-Мюллера для бета-частиц делают с тонкими окнами для лучшей проницаемости частиц, поскольку они являются обычными электронами, всего лишь получившими большую энергию. С веществом они взаимодействуют весьма хорошо и быстро эту энергию теряют.
В случае альфа-частиц дело обстоит еще хуже. Так, несмотря на весьма приличную энергию, порядка нескольких МэВ, альфа-частицы очень сильно взаимодействуют с молекулами, находящимися на пути, и быстро теряют энергию. Если вещество сравнить с лесом, а электрон с пулей, то тогда альфа-частицы придется сравнивать с танком, ломящимся через лес. Впрочем, обычный счетчик хорошо реагирует на α-излучение, но только на расстоянии до нескольких сантиметров.
Для объективной оценки уровня ионизирующих излучений дозиметры на счетчиках общего применения часто снабжают двумя параллельно работающими счетчиками. Один более чувствителен к α и β излучениям, а второй к γ-лучам. Такая схема применения двух счетчиков реализована в дозиметре RADEX RD1008 и в дозиметре-радиометре РАДЭКС МКС-1009, в котором установлены счетчик БЕТА-2 и БЕТА-2М. Иногда между счетчиками помещают брусок или пластину из сплава, в котором есть примесь кадмия. При попадании нейтронов в такой брусок возникает γ-излучение, которое и регистрируется. Это делается для получения возможности определять нейтронное излучение, к которому простые счетчики Гейгера практически нечувствительны. Еще один способ – покрытие корпуса (катода) примесями, способными придавать чувствительность к нейтронам.
Галогены (хлор, бром) к газу подмешивают для быстрого самогашения разряда. Той же цели служат и пары спирта, хотя спирт в таком случае недолговечен (это вообще особенность спирта) и «протрезвевший» счетчик постоянно начинает «звенеть», то есть, не может работать в предусмотренном режиме. Это происходит где-то после регистрации 1e9 импульсов (миллиарда) что не так уж и много. Счетчики с галогенами намного долговечнее.
Параметры и режимы работы счетчиков Гейгера
Чувствительность счетчиков Гейгера.
Чувствительность счетчика оценивается отношением числа микрорентген от образцового источника к числу вызываемых этим излучением импульсов. Поскольку счетчики Гейгера не предназначены для измерения энергии частиц, точная оценка затруднительна. Счетчики калибруют по образцовым изотопным источникам. Необходимо отметить, что данный параметр у разных типов счетчиков может сильно отличаться, ниже приведены параметры самых распространённых счетчиков Гейгера-Мюллера:
— счетчик Гейгера-Мюллера Бета-2 — 160 ÷ 240 имп / мкР
— счетчик Гейгера-Мюллера Бета-1 — 96 ÷ 144 имп / мкР
— счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-20 — 60 ÷ 75 имп / мкР
— счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-21 — 6,5 ÷ 9,5 имп / мкР
— счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-10 — 9,6 ÷ 10,8 имп / мкР
Площадь входного окна или рабочая зона
Площадь датчика радиации, через которую пролетают радиоактивные частицы. Данная характеристика напрямо связана с габаритами датчика. Чем больше площадь, тем больше частиц уловит счетчик Гейгера-Мюллера. Обычно данный параметр указывается в квадратных сантиметрах.
— счетчик Гейгера-Мюллера Бета-2 — 13,8 см 2
— счетчик Гейгера-Мюллера Бета-1 — 7 см 2
Рекомендуемое рабочее напряжение счетчика.
Это напряжение соответствует приблизительно середине рабочей характеристики. Рабочая характеристика составляет плоскую часть зависимости числа регистрируемых импульсов от напряжения, поэтому ее еще называют «плато». В этой точке достигается наибольшая скорость работы (верхний предел измерений). Типичное значение 400 В.
Ширина рабочей характеристики счетчика.
Это разность между напряжением искрового пробоя и напряжением выхода на плоскую часть характеристики. Типичное значение 100 В.
Наклон рабочей характеристики счетчика.
Наклон измеряется в процентах от числа импульсов на вольт. Он характеризует статистическую погрешность измерений (подсчета числа импульсов). Типичное значение 0.15%.
Допустимая температура эксплуатации счетчика.
Для счетчиков общего применения -50 … +70 градусов Цельсия. Это весьма важный параметр, если счетчик работает в камерах, каналах, и других местах сложного оборудования: ускорителей, реакторов и т.п.
Рабочий ресурс счетчика.
Общее число импульсов, которое счетчик регистрирует до того момента, когда его показания начнут становиться неверными. Для приборов с органическими добавками самогашения, как правило, составляет число 1e9 (десять в девятой степени, или один миллиард). Ресурс считается только в том случае, если к счетчику приложено рабочее напряжение. Если счетчик просто хранится, этот ресурс не расходуется.
Мертвое время счетчика.
Это время (время восстановления), в течение которого счетчик проводит ток после срабатывания от пролетевшей частицы. Существование такого времени означает, что для частоты импульсов есть верхний предел, и это ограничивает диапазон измерений. Типичное значение 1e-4 с, то есть десять микросекунд.
Нужно отметить, что благодаря мертвому времени, датчик может оказаться «зашкаленным» и молчать в самый опасный момент (например, самопроизвольной цепной реакции на производстве). Такие случаи бывали, и для борьбы с ними применяют свинцовые экраны, закрывающие часть датчиков аварийных систем сигнализации.
Собственный фон счетчика.
Измеряется в свинцовых камерах с толстыми стенками для оценки качества счетчиков. Типичное значение 1 … 2 импульса в минуту.
Практическое применение счетчиков Гейгера
Советская и теперь российская промышленность выпускает много типов счетчиков Гейгера-Мюллера. Вот несколько распространенных марок: СТС-6, СБМ-20, СИ-1Г, СИ21Г, СИ22Г, СИ34Г, счетчики серии «Гамма», торцевые счетчики серии «Бета» и есть еще множество других. Все они применяются для контроля и измерений радиации: на объектах ядерной промышленности, в научных и учебных учреждениях, в гражданской обороне, медицине, и даже быту. После чернобыльской аварии, бытовые дозиметры, ранее неизвестные населению даже по названию, стали очень популярными. Появилось много марок бытовых дозиметров. Все они используют именно счетчик Гейгера-Мюллера в качестве датчика радиации. В бытовых дозиметрах устанавливают от одного до двух трубок или торцевых счетчиков.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИОННЫХ ВЕЛИЧИН
Долгое время была распространена единица измерения Р (рентген). Однако, при переходе к системе СИ появляются другие единицы. Рентген – это единица экспозиционной дозы, «количество радиации», которое выражается числом образовавшихся ионов в сухом воздухе. При дозе в 1 Р в 1 см3 воздуха образуется 2.082e9 пар ионов (что соответствует 1 единице заряда СГСЭ). В системе СИ экспозиционную дозу выражают в кулонах на килограмм, а с рентгеном это связано уравнением:
Поглощенная доза излучения измеряется в джоулях на килограмм и называется Грей. Это взамен устаревшей единицы рад. Мощность поглощенной дозы измеряется в греях в секунду. Мощность экспозиционной дозы (МЭД) раньше измерявшаяся в рентгенах в секунду, теперь измеряется в амперах на килограмм. Эквивалентная доза излучения, при которой поглощенная доза составляет 1 Гр (грей) и коэффициент качества излучения 1, называется Зиверт. Бэр (биологический эквивалент рентгена) – это сотая часть зиверта, в настоящее время уже считается устаревшей. Тем не менее, и сегодня очень активно применяются все устаревшие единицы.
Главными понятиями в радиационных измерениях считаются доза и мощность. Доза – это число элементарных зарядов в процессе ионизации вещества, а мощность – это скорость образования дозы за единицу времени. А уж в каких единицах это выражается, это дело вкуса и удобства.
Даже минимальная доза опасна в смысле отдаленных последствий для организма. Расчет опасности достаточно прост. Например, ваш дозиметр показывает 300 миллирентген в час. Если вы останетесь в этом месте на сутки, вы получите дозу 24*0.3 = 7.2 рентген. Это опасно и нужно как можно скорее уходить отсюда. Вообще, обнаружив даже слабую радиацию надо уходить от нее и проверять ее даже на расстоянии. Если она «идет за вами», вас можно «поздравить», вы попали под нейтроны. А не каждый дозиметр может на них отреагировать.
Для источников радиации используют величину, характеризующую число распадов за единицу времени, ее называют активностью и измеряют также множеством различных единиц: кюри, беккерель, резерфорд и некоторыми другими. Величина активности, замеренная дважды с достаточным разносом по времени, если она убывает, позволяет рассчитать время, по закону радиоактивного распада, когда источник станет достаточно безопасным.
Счетчик Гейгера-Мюллера
Устройство и принцип работы счетчиков Гейгера. Типы счетчиков и их сравнение между собой.
- описаны устройство и принцип работы счетчика Гейгера;
- приведены пояснения к основным его параметрам;
- представлены сведения о видах радиоактивных излучений;
- представлена информация о модификациях счетчика Гейгера;
- в понятной форме описаны различия модификаций счетчика с точки зрения их возможностей (и невозможностей) по регистрации различных видов излучений;
- описана история создания и совершенствования счетчиков Гейгера.
Специально для тех, кому некогда или нет желания читать технический текст, мы подготовили информацию этой статьи в сжатом обобщенном табличном виде – с привязкой к ассортименту нашего интернет-магазина.
| типы счетчика Гейгера | |||
| цилиндрический датчик | |||
Учитывая важность контроля присутствия (или появления) в атмосфере и в быту
опасных* радионуклидов, излучающих альфа- и/или бета-частицы
(скрытые и явные выбросы этих веществ в атмосферу, а также газ радон), то
СТАНДАРТОМ полноценного бытового дозиметра
на сегодняшний день мы видим
модели на базе
мульти-чувствительных слюдяных датчиков
* — в повседневной жизни гораздо важнее контролировать присутствие и мощность именно α- и β- излучений, как намного более опасных для здоровья человека по сравнению с фоновым гамма-излучением. Именно α- и β- излучения (и, в частности, радон — их основной источник) являются одной из основных причин онкологических заболеваний человечества ( ВОЗ про опасность газа радон ).
Итак, теперь переходим непосредственно к статье.
Во всех бытовых и во многих профессиональных приборах дозиметрического контроля в качестве датчика радиоактивного излучения используется счетчик Гейгера. Этот компонент стал важной частью дозиметра по причине простоты, надежности и эффективности применения.
Счетчик Гейгера был изобретен в 1908 году немецким физиком-экспериментатором Хансом Вильгельмом Гейгером. В 1928 году, совместно с Вальтером Мюллером, счетчик был усовершенствован. Поэтому изобретение часто называют счетчиком Гейгера-Мюллера.
В период зарождения ядерной физики, атомной энергетики и создания ядерного оружия нужны были простые приборы для регистрации и измерения интенсивности процессов распада радиоактивных материалов. Одним из первых счетчиков Гейгера в СССР стал применяться СТС-5, который устанавливался в армейских дозиметрических приборах ДП-5А. Массовое производство таких счетчиков радиации освоил Московский электроламповый завод.
Рис.1. Газоразрядный счетчик СТС-5.
Более совершенный измеритель мощности дозы ДП-5В использовался не только в вооруженных силах и на атомных электростанциях, но и в группах дозиметрического контроля формирований гражданской обороны. Он включал в свой состав счетчик Гейгера типа СБМ-20, производство которого началось в 70-х годах прошлого столетия на одном из предприятий города Саранска.
Рис.2. Газоразрядный счетчик СБМ-20.
Конструкция и характеристики счетчиков СТС-5 и СБМ-20 практически идентичны, а последний вариант до сих пор широко применяется в современных средствах контроля радиоактивного излучения. Данный тип счетчиков используется в дозиметрах Соэкс, SMG, Радэкс.
Аренда дозиметра Радиаскан 701А от 350 рублей в день
Принцип работы счетчиков Гейгера основан на эффекте ударной ионизации газовой среды под действием радиоактивных частиц или квантов электромагнитных колебаний в межэлектродном пространстве при высоком ускоряющем напряжении.
Устройство состоит из герметичного металлического или стеклянного баллона, наполненного инертным газом (неон, аргон) или газовой смесью. Внутри баллона имеются электроды – катод и анод. Для облегчения возникновения электрического разряда в газовом баллоне создается пониженное давление. Электроды подключаются к источнику высокого напряжения постоянного тока через нагрузочный резистор, на котором формируются электрические импульсы при регистрации радиоактивных частиц.
Рис.3. Устройство и схема включения счетчика Гейгера.
В исходном состоянии газовый промежуток между электродами имеет высокое сопротивление и тока в цепи нет. Когда заряженная частица, имеющая высокую энергию, сталкивается с элементами конструкции датчика (корпус, баллон, катод), она выбивает некоторое количество электронов, которые оказываются в промежутке между электродами. Под действием ускоряющего напряжения в несколько сотен вольт электроны, находящиеся в инертном газе, начинают устремляться к аноду. На этом пути они легко ионизируют молекулы газа, выбивая вторичные электроны. Процесс многократно повторяется и количество электронов лавинообразно увеличивается, что приводит к возникновению разряда между катодом и анодом. В состоянии разряда газовый промежуток в межэлектродном пространстве становится токопроводящим, что обуславливает скачок тока в нагрузочном резисторе.
В несамогасящихся счетчиках прекращение разряда достигается отключением источника питания, что приводит счетчик Гейгера в исходное состояние. В самогасящихся галогенных счетчиках, широко применяемых в настоящее время, это достигается за счет введения в газовую среду специальных добавок (хлор, бром, йод, спирт), которые способствуют быстрому прекращению разряда. Также в качестве нагрузочного резистора используют высокоомное сопротивление – несколько единиц или десятков мегаом. Это позволяет за счет падения напряжения на резисторе (во время разряда) резко уменьшить разность потенциалов на электродах счетчика. Как правило, напряжение менее 300 вольт делает невозможным поддержание разряда, и он автоматически прекращается.
Газоразрядные счетчики предназначены только для регистрации частиц или квантов и не могут определить ни энергетические их характеристики, ни тип радиоактивного излучения, если это не предусмотрено специальной методикой измерения. Однако, сравнивая между собой различные счетчики Гейгера-Мюллера, важно понимать и правильно трактовать возможности этих устройств.
Согласно современным представлениям о физике микромира радиационное излучение можно разделить на два вида: электромагнитное (в виде поля) и корпускулярное (в виде частиц). К первому виду относятся рентгеновские и гамма-лучи. Они обладают такими же свойствами, как и радиоволны, способны распространяться на большие расстояния и легко проникать сквозь многие материалы. По своей природе они имеют импульсный характер, поэтому физики говорят, что это фотоны или кванты, то есть короткие вспышки электромагнитного излучения. Частота колебаний фотонов рентгеновского диапазона очень высокая, а частота гамма-квантов в тысячи раз большая. Принято говорить, что гамма-радиация более жесткая (по частоте), чем рентгеновские лучи, потому что оказывает на человека более разрушительное действие.
Рис.4. Кванты рентгеновского и гамма-излучения.
Ко второму виду следует отнести альфа-частицы и бета-частицы. Они образуются в результате реакций ядерного превращения одних радиоактивных изотопов в другие. Если бета-частицы представляют собой в основном поток электронов (отрицательно заряженных элементарных частиц), то альфа-частица это гораздо более крупное и устойчивое образование, состоящее из двух протонов и двух нейтронов, связанных между собой ядерными силами. Именно такой состав имеет ядро химического элемента гелия. Иными словами, альфа-частицы есть обособленные ядра гелия.
Гамма-кванты обладают высокой проникающей способностью, бета-частицы – средней, а альфа-частицы – самой низкой. Энергетические характеристики этих видов излучения имеют обратную зависимость. Альфа-частицы несут в себе самую большую разрушительную силу, так как их масса более чем в 7 тысяч раз больше, чем у бета-частиц. Но в воздухе альфа-частица не может пролететь даже нескольких сантиметров и, сталкиваясь с препятствиями, теряет свою скорость. Бета-частицы несут среднюю энергию и благодаря небольшой массе могут пролететь в воздухе несколько метров. Гамма-излучение распространяется на значительные расстояния, но затухает по мере продвижения, подчиняясь законам природы для любых электромагнитных волн.
Рис.5. Радиоактивные частицы альфа и бета типа.
Считается, что самым опасным для человека является альфа-излучение. Однако его обнаружить труднее всего, так как даже простой лист писчей бумаги для него есть непреодолимая преграда, не говоря о более плотном стеклянном или металлическом баллоне счетчика. Бета-радиоактивность выявить проще, особенно поток частиц высоких энергий, который также называют жестким (по энергии). Мягкое бета-излучение будет соответствовать потоку радиоактивных частиц малых энергий. Не все счетчики Гейгера способны обнаружить мягкое бета-излучение, так как энергии частиц явно не хватает, чтобы пробиться в датчик. Кванты гамма-излучения всегда проникают в газовый объем счетчика, но большинство из них вылетают наружу, так и не запустив ионизационный процесс. Чтобы увеличить вероятность регистрации гамма-квантов, на их пути часто ставят преграду из плотного материала – стальной или свинцовый экран определенной толщины.
Остановимся на наиболее важных характеристиках газоразрядных счетчиков Гейгера, по которым можно сравнивать и выявлять лучшие образцы из них.
Конструкция и назначение. Основные виды счетчиков – цилиндрические и торцевые. Первые похожи на продолговатую трубку-баллон в виде цилиндра. Ионизационная камера вторых образована круглой или прямоугольной формой тела небольшой высоты и значительной рабочей торцевой поверхностью. Реже встречаются торцевые счетчики в виде удлиненного цилиндра и малого входного окна со стороны торца. 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.
Площадь входного окна или рабочей зоны. Это площадь пространства, через которое пролетают детектируемые частицы или кванты. Она напрямую связана с размерами счетчика. Чем больше эта площадь, тем больше частиц сможет уловить счетчик Гейгера в единицу времени и тем больше будет его чувствительность к радиации. Указывается в квадратных сантиметрах.
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). Минимальный фон позволяет увеличить чувствительность счетчика при малых значениях радиоактивного излучения. Если собственный фон детектора будет значительным, то часть полезной информации закроется шумом. Приводится в импульсах в секунду (имп/с).
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. Как правило, для этой цели используют источники, включающие радионуклиды кобальт-60, цезий-137, радий-226, углерод-14 и другие. Если счетчики Гейгера, которые необходимо сравнить, тестировались от разных источников, то сделать это будет затруднительно.
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. Этот параметр проверяют стандартными источниками на основе плутония-239 (альфа-излучатель), таллия-204 (бета-излучатель) и других радиоактивных материалов. В качестве бета-излучателей также используется система радионуклидов: стронция-90 и продукта его распада иттрия-90.
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). Радиоактивные частицы, вырывающиеся в окружающее пространство, имеют широкий диапазон энергий. Но только бета-излучение достаточной энергии сможет выбить первичные электроны для начала ионизационного процесса. Только сильные альфа-частицы смогут преодолеть воздушную прослойку и стенку входного окна между источником и камерой счетчика Гейгера.
Сегодня промышленность выпускает широкий ассортимент счетчиков Гейгера-Мюллера для нужд приборостроительной отрасли. Рассмотрим наиболее типичные из них, которые нашли применение в современных дозиметрических приборах.
Регистрация гамма-фотонов и жесткого бета-излучения. На это способны практически все классические счетчики Гейгера, выпускаемые как в прошлом столетии, так и в настоящее время. Оба вида излучения несут высокую энергию и обладают большой проникающей способностью. Такие кванты и частицы легко проникают в тонкостенный стеклянный или металлический баллон детектора и обнаруживаются электронной схемой.
Популярный цилиндрический счетчик СБМ-20 предназначен для подобных целей. Он имеет вид герметичной трубки-баллона с расположенным коаксиально внутри проволочным анодом. Причем трубка одновременно служит корпусом и катодом, изготовленным из тонкой нержавеющей стали. Площадь рабочей зоны датчика составляет примерно 8 кв. см. Радиационная чувствительность к гамма-излучению (по цезию-137 при 4 мкР/с) около 70 имп/мкР или 280 имп/с, собственный фон не более 1 имп/с. Этот счетчик способен регистрировать гамма-кванты с энергией от 0,05 МэВ до 3 МэВ. А также бета-частицы, имеющие энергию с нижним пределом 0,3 МэВ.
Рис.6. Устройство счетчика Гейгера СБМ-20.
Существующие модификации счетчика СБМ-20-1, СБМ-20У имеют такие же параметры и отличаются лишь конструкцией контактных элементов для подключения к измерительной схеме. Аналогичные счетчики Гейгера цилиндрического типа разных производителей (СБМ-10, СБМ-19, СБМ-21, СИ24БГ, СИ29БГ) имеют похожую конструкцию и характеристики, некоторые из них встречаются в бытовых дозиметрах.
Обнаружение фотонов рентгеновского и гамма-излучения. Так как фотонное излучение представляет собой дискретные порции (кванты) электромагнитной энергии, которые движутся со скоростью света, то есть 300000 км/с, то эффективность регистрации их счетчиками Гейгера довольно низкая и часто не превышает 1 процента. Повышения эффективности добиваются увеличением поверхности катода. Гамма-кванты обнаруживаются косвенно, путем регистрации выбитых ими электронов, участвующих затем в актах ионизации газовой смеси в камере. Для увеличения количества таких электронов подбирают толщину, а также материал корпуса и катода датчика. Слишком большая толщина и плотность материала может уменьшить эффективность регистрации, а слишком малая – откроет доступ для жесткого бета-излучения.
Гамма-счетчики находят применение в дозиметрии для прямого измерения гамма-фона, исключая другие виды радиоактивного воздействия, а также для оценки радиационной обстановки или радиоактивного заражения объектов по гамма-излучению. В дозиметрической аппаратуре применяются цилиндрические датчики типа СИ21Г, СИ22Г, СИ34Г, Гамма-1-1, Гамма-4, Гамма-5, Гамма-7Ц (конструктивный аналог СБМ-20), Гамма-8, Гамма-11 и многие другие. Также существуют варианты, имеющие торцевую конструкцию, во входном окне которой установлен несъемный металлический фильтр, отсекающий альфа-бета-излучение и увеличивающий площадь катода. Например, Гамма-6, Бета-1М, Бета-2М, Бета-5М (прямоугольной формы), Бета-6М и другие. Для примера рассмотрим характеристики одного из них.
Торцевой счетчик Бета-2М имеет круглую форму и значительную площадь рабочей зоны, составляющую приблизительно 14 кв. см. Радиационная чувствительность к кобальту-60 – 240 имп/мкР. Максимальный собственный фон в толстостенной свинцовой камере не превышает 1 имп/с. Датчик позволяет регистрировать ионизирующее фотонное излучение в диапазоне от 0,05 МэВ до 3 МэВ.
Рис.7. Торцевой гамма-счетчик Бета-2М.
В качестве гамма-счетчиков могут применяться гамма-бета-счетчики, предназначенные для регистрации гамма-лучей и жесткого бета-излучения (например, СБМ-20). Если поверх такого датчика установить свинцовый либо стальной экран определенной толщины, то это исключит возможность регистрации счетчиком бета-частиц. Так и поступают во многих случаях разработчики, создающие гамма-дозиметры для измерения мощности дозы фотонов рентгеновского или гамма-излучения.
Регистрация гамма и мягкого бета-излучения. Зафиксировать мягкое бета-излучение – непростая задача. Обычно здесь используются торцевые счетчики Гейгера, в которых предусматривается тонкое окно из слюды или полимерной пленки для облегчения проникновения бета-частиц небольших энергий в ионизационную камеру. Если у цилиндрического счетчика катод имеет максимальную поверхность и всегда стоит на пути движения радиоактивных частиц, то у модели торцевого типа преградой является только слюдяная пленка. Катодом может служить металлический корпус, а анод реализуют в виде системы линейных электродов, равномерно уложенных в ионизационной камере на изоляторах. В многосекционных вариантах аноды электрически развязаны. Регистрация гамма-излучения в торцевых счетчиках существует как бесплатное приложение, от которого пытаются избавиться, минимизировав поверхность катода.
Рис.8. Устройство торцевого счетчика Гейгера.
Торцевые счетчики мягкого бета-излучения созданы давно. Такие типы как СБТ10, СИ8Б, имеющие входные слюдяные окна, применялись в дозиметрах разработки конца прошлого века. Современный вариант счетчика Бета-5 имеет форму прямоугольника с площадью слюдяного окна 37 кв. см. При такой большой рабочей зоне датчик способен достичь радиационной чувствительности 500 имп/мкР (к кобальту-60). Собственный фон – не более чем 2,2 имп/с. Эффективность детектирования бета-частиц доходит до 80%. Диапазон энергий фотонного излучения 0,05–3 МэВ. Нижний порог энергий бета-излучения – около 0,1 МэВ.
Рис.9. Торцевой бета-гамма-счетчик Бета-5.
Регистрация гамма-квантов, мягкого бета-излучения и альфа-частиц. Поймать альфа-частицу, даже имеющую высокую энергию, проблема более сложная, чем зарегистрировать мягкое бета-излучение. Она решается уменьшением толщины слюдяной пленки входного окна и максимальным сближением (до 1 мм) источника радиации с датчиком. Возможность регистрации остальных видов излучения, как и в предыдущем случае, будет являться бесплатным приложением или побочным эффектом, хотя и может использоваться разработчиками дозиметрической аппаратуры в своих конструкциях. Перед производителями альфа-счетчиков всегда стояла задача уменьшения толщины слюдяного окна. Но тонкая слюда не может обеспечить механическую прочность и герметичность ионизационной камеры при достаточной площади входного окна, от которой зависит радиационная чувствительность. Например, при толщине слюды 13–17 мкм удается достичь площади окна в 30 кв. см (СБТ10, СИ8Б). А толщина слюды 4–5 мкм позволяет создать счетчик с входным окном всего лишь 0,2 кв. см (СБТ9).
Следует отметить, что расчетная толщина слюдяной пленки, при которой возможна регистрация альфа-частиц с энергией около 5 МэВ (от альфа-излучателя плутония-239) при сближении образца с поверхностью входного окна счетчика Гейгера не далее 2 мм, не должна превышать 15 мкм. При толщине слюды 10 мкм альфа-частицы можно обнаружить на удалении 13 мм, а если слюда на датчике будет иметь толщину в 5 мкм, то дальность повышается до 24 мм. Если частицы будут иметь энергию большую 5 МэВ, это расстояние увеличивается. При меньшей энергии оно сокращается вплоть до потери возможности детектирования альфа-излучения.
Вторым способом увеличения радиационной чувствительности альфа-счетчика Гейгера является снижение влияния сопутствующего гамма-излучения. Его минимизируют путем уменьшения поверхности катода. Эта мера позволяет сократить влияние мешающей гамма-радиации в тысячи раз. Помехи от бета-излучения устраняются методикой измерения. Она заключается в том, что вначале определяется сумма альфа-бета-излучения, затем устанавливается бумажный фильтр и оценивается величина составляющей радиации от бета-частиц. Значение альфа-излучения вычисляется как разность двух промежуточных результатов.
Рассмотрим характеристики современного альфа-бета-гамма-счетчика Гейгера Бета-1. Площадь его входного окна составляет 7 кв. см, толщина слюды – 12 мкм, что позволяет регистрировать альфа-частицы на расстоянии до 9 мм (по плутонию-239). Относительно кобальта-60 радиационная чувствительность достигает 144 имп/мкР. Данные эффективности детектирования производитель приводит по трем источникам: к плутонию-239 – 20%, к таллию-204 – 45%, к комплексу стронций-90 + иттрий-90 – 60%. Максимальный собственный фон – 0,6 имп/с. Счетчик Бета-1 может уверенно обнаруживать альфа частицы, начиная с энергий 5 МэВ, бета-излучение с энергией более 0,1 МэВ. Спектр энергий для гамма-излучения лежит в пределах 0,05–3 МэВ. Данный тип счетчиков используется в дозиметрах Радиаскан и МКС.
Рис.10. Торцевой альфа-бета-гамма-счетчик Бета-1.
Кроме приведенных в статье основных характеристик счетчиков Гейгера, есть и другие (радиометрические, электрические, механические, климатические), предназначенные для специалистов. Например, рабочее напряжение, мертвое время, протяженность плато, межэлектродная емкость и так далее. Однако для непрофессионального пользователя, который желает разобраться в принципах действия счетчика Гейгера, незнание этих понятий не станет препятствием. Также имеется подкласс счетчиков Гейгера для детектирования фотонов ультрафиолетового излучения и устройств для регистрации медленных нейтронов, функционирующих по принципу коронного разряда и в пропорциональном режиме, которые здесь не рассмотрены.
Какой бытовой дозиметр выбрать?
Позвоните прямо сейчас по телефонам: 8 (800) 333-09-18
и получите качественную консультацию по выбору прибора!
В каких единицах измеряется радиоактивность счетчиком Гейгера?
зиверт это единица воздействия определённой радиации на килограмм биомассы. измеряется биохимическим исследованием, судя по всему. .
а счётчик показывает 12 cpm.
Непосредственно счётчик Гейгера тупо считает (счётчик или не счётчик? ) количество влетевших в него частиц ионизирующего излучения.
Более того, в «чистом» виде у него вообще нет шкалы: это просто такая трубка с мембраной на одном конце, через эту мембрану частицы и влетают в него. «Счёт» делается на слух: каждая зарегистрированная частица даёт такой характерный «тик».
В более продвинутом (и часто используемом) варианте, есть шкала или табло, где показывается количество частиц в единицу времени, обычно в секунду или минуту. Также часто там уже учитывается сечение счётчика и тогда это количество частиц в единицу времени на единицу площади.
Дальнейшие навороты уже зависят от навороченности счётчика и ПО, которое обрабатывает его данные.
Упд. У тебя он показывает вот эти самые «counts per minuit», т. е. сколько частиц в минуту он зафиксировал.
Счетчик Гейгера
Сейчас я надену белый халатик, нацеплю дозиметр на лацкан, надену перчатки и пойду в изотопку метить ДНК зонд радиоактивным фосфором. А вы тем временем разберитесь, пожалуйста, в единицах измерения радиационного излучения. Я подскажу кое-что, ибо видеть этот поток рентгенов нет сил.
Ионизирующее излучение есть всякое разное и природа у него тоже разная: коротковолновое электромагнитное (рентген, гамма) , потоки всякие бета частиц (электроны и позитроны) , альфа-частицы (гелий) и др, др, др. От альфа излучения можно защититься листом бумаги, от беты — алюминиевой пластинки будет достаточно, гамма-излучение самое проникновенное. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.
Счетчик Гейгера считает количество попавших в него ионизирующих частиц. Единица измерения — част. /(см²·мин) . Это трубка, заполненная инертным газом, внутри проволока. Стенки этой трубки — катод, проволока — анод. Торец стеклянный. Через нее в трубку «влетает» высокоэнергетическая частика. Включили счетчик, между катодом и анодом создается напряжение, ззззззззз. Но разряда нет и тут в трубку влетела частичка, хоп! Ионизировала атомы инертного газа, образовались свободные электроны и ионы, которые разлетелись к катоду и аноду. Напряжение разряжается коротким импульсом, котрый транслируется в звуковой сигнал или цифровой показатель. То есть минимальная информация, которую мы можем извлечь — это факт пролета ионизирующей частички за какое-то время. И все.
Если счетчик Гейгера чуток откалибровать, то можно кроме факта, немного померять энергию этой частички. Такие счетчики называются пропорциональными и это те, которые меряют в показателях «Рентген в час» — мощность экпозиционной дозы.
Рентген это внесистемная единица экспозиционной дозы, которая потому внесистемная, что мало о чем говорит. Это все то же количество образовавшихся пар ионов в кубическом метре воздуха возле дозиметра. Но мы помним, что если это альфа-излучение, то стоит прикрыть источник излучения бумагой, как до человека ничего не долетит. Поэтому, если в ваших руках оказался дозиметр, то он может только сказать — «много радиации» или «мало радиации» в кубическом метре воздуха неподалеку от дозиметра.
Мера радиоактивности измеряется в беккерелях — один распад в секунду. Раньше это измеряли в Кюри. 1 Ки = 3,7×1010 Бк. Как мы видим, кюри довольно большие значения, которые неудобные в расчетах, поэтому беккерели.
Теперь можно поговорить и о Греях. Грей — это единица измерения поглощённой дозы ионизирующего излучения. Это когда кило живого веса получило энергии в один джоуль. Раньше также пользовались единицей рад (radiation absorbed dose) . Я стою в изотопке за плексигласовой ширмой. За ширмой контейнер с радиоактивным фосфором, откуда я пипеткой достаю раствор. Тело никаких джоулей от радиации практически не получает, только от буттерброда, а вот руки — вполне.
Теперь, когда мы усвоили рентгены, беккерели, кюри и греи сейчас будет про опасность для здоровья, дозу и пр. Она измерялась раньше в биологическом эквиваленте рентгена, а сейчас принята единица Зиверт. Зиверт — это тоже поглощенная доза в джоулях на кило, но с учетом эффективности поглощенной дозы. Там в формулу добавили коэффициент качества для каждого из видов ионизирующего облучения и его способность повреждать ткани организма. У фотонов — 1, альфа-частицы -10 и тд. Это расчет эффективной дозы.
Поглощенная доза в зивертах отдельно расчитывает:
эквивалентную дозу (естественно облучение и доля искусственного) , эффективную дозу и органную дозу (облучить ногу менее опасно, чем мозги или половые органы, это ясно) . Есть еще такой dose conversion factor, позволяющий пересчитать эффективность поглощенного излучения для каждого из изотопов из беккерелей в зиверты.