Compteur Geiger - le capteur principal pour mesurer le rayonnement. Il enregistre les rayons gamma, alpha, bêta et les rayons X. Il présente la sensibilité la plus élevée par rapport à d’autres méthodes d’enregistrement de radiations, telles que les chambres d’ionisation. C'est la raison principale de sa distribution généralisée. D'autres capteurs pour mesurer le rayonnement sont utilisés très rarement. Presque tous les dispositifs de surveillance dosimétrique sont construits avec précision sur des compteurs Geiger. Ils sont produits en grande quantité et il existe des dispositifs de différents niveaux: des dosimètres d'acceptation militaire aux biens de consommation chinois. Maintenant, acheter n'importe quel appareil pour mesurer le rayonnement n'est pas un problème.
La distribution universelle des instruments dosimétriques n'a pas encore été récente. Ainsi, en 1986, lors de l'accident de Tchernobyl, il s'est avéré que la population ne disposait tout simplement d'aucun dispositif de reconnaissance dosimétrique, ce qui, accessoirement, aggravait encore les conséquences de la catastrophe. Dans le même temps, malgré l’extension de la radio amateur et des cercles de créativité technique, les comptoirs Geiger n’étaient pas vendus dans les magasins. Il était donc impossible de fabriquer des dosimètres faits maison.
Principe de travail des compteurs Geiger
Ceci est un appareil électrovacuum avec un principe de fonctionnement extrêmement simple. Le capteur de rayonnement radioactif est une chambre en métal ou en verre avec une métallisation remplie de gaz inerte évacué. Au centre de la caméra ont une électrode. Les parois extérieures de la chambre sont connectées à une source haute tension (généralement 400 volts). Électrode interne - à un amplificateur sensible. Le rayonnement ionisant (rayonnement) est un flux de particules. Ils transfèrent littéralement des électrons de la cathode à haute tension aux filaments d'anode. Il induit simplement une tension qui peut déjà être mesurée en le connectant à un amplificateur.
La haute sensibilité du compteur Geiger est due à l'effet d'avalanche. L'énergie que l'amplificateur enregistre à la sortie n'est pas l'énergie de la source de rayonnement ionisant. Il s’agit de l’énergie de l’unité d’alimentation haute tension du dosimètre lui-même. Une particule pénétrée ne transfère qu'un électron (charge d'énergie qui se transforme en un courant enregistré par le compteur). Entre les électrodes introduit un mélange de gaz constitué de gaz rares: argon, néon. Il est conçu pour éteindre les décharges haute tension. Si une telle décharge se produit, ce sera un faux positif pour le compteur. Un circuit de mesure ultérieur ignore les valeurs aberrantes. De plus, l’alimentation haute tension doit également être protégée contre eux.
Le circuit d’alimentation du compteur Geiger fournit le courant de sortie dans plusieurs microampères à une tension de sortie de 400 volts. La valeur exacte de la tension d'alimentation est définie pour chaque marque du compteur en fonction de ses spécifications techniques.
Compteurs Geiger, capacités, sensibilité, émissions enregistrées
À l'aide d'un compteur Geiger, les rayonnements gamma et bêta peuvent être enregistrés et mesurés avec précision. Malheureusement, vous ne pouvez pas reconnaître le type de rayonnement directement. Ceci est fait indirectement en installant des barrières entre le capteur et l'objet ou le terrain examiné. Les rayons gamma ont une perméabilité élevée et leur fond ne change pas. Si le dosimètre détectait un rayonnement bêta, l'installation d'une barrière de séparation, même à partir d'une mince feuille de métal, bloquerait presque complètement le flux de particules bêta.
Les ensembles communs de dosimètres individuels DP-22, DP-24 n’utilisaient pas de compteurs Geiger. Au lieu de cela, un capteur de chambre d'ionisation a été utilisé à cet endroit, la sensibilité était donc très faible. Les instruments dosimétriques modernes sur les compteurs Geiger sont des milliers de fois plus sensibles. Avec eux, vous pouvez enregistrer des changements naturels dans le rayonnement de fond solaire.
Une caractéristique remarquable du compteur Geiger est sa sensibilité, qui est des dizaines ou des centaines de fois supérieure au niveau requis. Si le compteur est allumé dans une chambre de plomb complètement protégée, un fond de rayonnement naturel énorme apparaîtra. Ces lectures ne constituent pas un défaut dans la conception du compteur lui-même, qui a été vérifiée par de nombreux tests de laboratoire. Ces données sont une conséquence du fond cosmique de rayonnement naturel. L'expérience montre seulement à quel point le compteur Geiger est sensible.
Spécifiquement pour mesurer ce paramètre, les caractéristiques techniques indiquent la valeur de la sensibilité du compteur compteur d'impulsions (impulsions par microseconde). Plus ces impulsions sont nombreuses, plus la sensibilité est grande.
Mesure de rayonnement par compteur Geiger, circuit dosimètre
Le circuit dosimètre peut être divisé en deux modules fonctionnels: un bloc d'alimentation haute tension et un circuit de mesure. Alimentation Haute Tension - Analogique. Le module de mesure sur les dosimètres numériques est toujours numérique. Il s’agit d’un compteur d’impulsions qui affiche la valeur correspondante sous forme de chiffres sur l’échelle de l’instrument. Pour mesurer la dose de rayonnement, il est nécessaire de compter les impulsions par minute, 10, 15 secondes ou d'autres valeurs. Le microcontrôleur recalcule le nombre d'impulsions à une valeur spécifique à l'échelle du dosimètre en unités de rayonnement standard. Voici les plus courantes:
- Rayons X (rayons X habituellement utilisés);
- Sievert (mikrozivert - mSv);
- Rem;
- Gray, content
- densité de débit en microwatts / m2.
Sievert est l'unité de mesure du rayonnement la plus populaire. Toutes les normes y sont corrélées, aucun recalcul supplémentaire n’est nécessaire. Rem - une unité pour déterminer l’effet du rayonnement sur des objets biologiques.
Comparaison du compteur Geiger à décharge de gaz avec un capteur de rayonnement à semi-conducteur
Le compteur Geiger est un dispositif à décharge de gaz, et la tendance actuelle de la microélectronique en est la mise au rebut universelle. Des dizaines de variantes de capteurs de rayonnement à semi-conducteurs ont été développées. Le niveau de rayonnement de fond enregistré par eux est beaucoup plus élevé que pour les compteurs Geiger. La sensibilité du capteur à semi-conducteur est pire, mais elle présente un autre avantage: la rentabilité. Les semi-conducteurs ne nécessitent pas d'alimentation haute tension. Pour les dosimètres portables alimentés par batterie, ils sont bien adaptés. Un autre avantage est l'enregistrement des particules alpha. Le volume de gaz du compteur est sensiblement plus grand que celui du capteur à semi-conducteur, mais ses dimensions restent acceptables, même pour la technologie portable.
Mesure des rayonnements alpha, bêta et gamma
Le rayonnement gamma est le plus facile à mesurer. Il s'agit d'un rayonnement électromagnétique, qui est un flux de photons (la lumière est également un flux de photons). Contrairement à la lumière, elle a une fréquence beaucoup plus élevée et une longueur d'onde très courte. Cela lui permet de pénétrer dans les atomes. En défense civile, le rayonnement gamma est un rayonnement pénétrant. Il pénètre à travers les murs des maisons, des voitures, des structures diverses et n’est retenu que par une couche de terre ou de béton de plusieurs mètres. L'enregistrement des quanta gamma est effectué avec la graduation du dosimètre en fonction du rayonnement gamma naturel du soleil. Aucune source de rayonnement requise. Il en va tout autrement avec les rayonnements bêta et alpha.
Si le rayonnement α (rayonnement alpha) est ionisant, il provient d’objets extérieurs. Il est alors presque sûr et constitue un flux d’atomes d’hélium. La plage et la perméabilité de ces particules sont faibles - quelques micromètres (millimètres maximum) - en fonction de la perméabilité du milieu. En raison de cette fonctionnalité, il ne s’enregistre presque pas avec un compteur Geiger. Dans le même temps, l'enregistrement du rayonnement alpha est important, car ces particules sont extrêmement dangereuses lorsqu'elles pénètrent à l'intérieur du corps avec de l'air, de la nourriture et de l'eau. Pour leur décret, les compteurs Geiger sont utilisés de manière limitée. Les capteurs spéciaux à semi-conducteurs sont plus courants.
Le rayonnement bêta est parfaitement enregistré par un compteur Geiger, car la particule bêta est un électron. Il peut voler des centaines de mètres dans l'atmosphère, mais est bien absorbé par les surfaces métalliques. À cet égard, le comptoir Geiger doit avoir une fenêtre en mica. La chambre en métal est faite avec une faible épaisseur de paroi. La composition du gaz interne est choisie de manière à assurer une faible perte de charge. Un détecteur de rayonnement bêta est placé sur une sonde à distance. Dans la vie quotidienne, ces dosimètres ne sont pas répandus. Ce sont principalement des produits militaires.
Dosimètre individuel avec compteur Geiger
Cette classe d'appareils est très sensible, contrairement aux modèles plus anciens dotés de chambres d'ionisation. Des modèles fiables sont proposés par de nombreux fabricants nationaux: "Terra", "MKS-05", "DKR", "Radeks", "RKS". Ce sont tous des appareils autonomes avec une sortie de données à l'écran en unités standard. Il existe un mode d’indication de la dose de rayonnement accumulée, ainsi que du niveau de fond instantané.
Une direction prometteuse est un préfixe de dosimètre domestique à un smartphone. Ces appareils sont fabriqués par des fabricants étrangers. Ils ont de riches capacités techniques, il existe une fonction de stockage des indications, de calcul des coûts, de recalcul et de sommation du rayonnement pendant des jours, des semaines, des mois. Jusqu'à présent, en raison des faibles volumes de production, le coût de ces appareils est assez élevé.
Les dosimètres faits maison, pourquoi sont-ils nécessaires?
Le compteur Geiger est un élément spécifique du dosimètre, totalement inaccessible pour une production indépendante. De plus, il se trouve uniquement dans les dosimètres ou vendu séparément dans les magasins de radio. Si ce capteur est disponible, tous les autres composants du dosimètre peuvent être assemblés indépendamment de divers composants de l'électronique grand public: téléviseurs, cartes mères, etc. Une douzaine de modèles sont maintenant proposés sur des sites et forums de radioamateurs. Il vaut la peine de les collecter, car ce sont les options les plus avancées, avec des tutoriels détaillés pour la configuration et l’ajustement.
Le circuit pour allumer un compteur Geiger implique toujours une source de haute tension. La tension de fonctionnement typique du compteur est de 400 volts. Il est obtenu en fonction du circuit générateur de blocage et constitue l'élément le plus complexe du circuit dosimètre. La sortie du compteur peut être connectée à un amplificateur basse fréquence et compter les clics dans le haut-parleur. Un tel dosimètre est assemblé en cas d'urgence, alors qu'il n'y a pratiquement pas de temps pour la production. Théoriquement, la sortie d'un compteur Geiger peut être connectée à l'entrée audio d'un équipement ménager, tel qu'un ordinateur.
Les dosimètres fabriqués sur mesure et adaptés à des mesures précises sont tous montés sur des microcontrôleurs. Les compétences en programmation ne sont pas nécessaires ici, car le programme est enregistré prêt à l’accès libre. Les difficultés rencontrées ici sont typiques de la production électronique domestique: obtenir une carte de circuit imprimé, souder des composants radio et fabriquer le boîtier. Tout cela est résolu dans un petit atelier. Les dosimètres fabriqués à partir de compteurs Geiger sont fabriqués dans les cas suivants:
- Il n’est pas possible d’acheter un dosimètre prêt à l’emploi;
- besoin d'un appareil avec des caractéristiques spéciales;
- il est nécessaire d’étudier le processus de construction et d’ajustement du dosimètre.
Le dosimètre fait maison est calibré sur un fond naturel à l’aide d’un autre dosimètre. C'est ici que se termine le processus de construction.
