В прошлый раз мы обсудили, какие в принципе детекторы радиации бывают. А теперь пора переходить к конкретике: какие модели детекторов есть и как ими правильно пользоваться.

В прошлый раз мы обсудили, какие в принципе детекторы радиации бывают. А теперь пора переходить к конкретике: какие модели детекторов есть и как ими правильно пользоваться.

Самый массовый, с большим отрывом, детектор радиации - это счётчик Гейгера модели СБМ20 или СБМ20-1 (отличаются только оформлением выводов питания). Применяются они как в суровых армейских приборах с массогабаритными параметрами в несколько кирпичей, так и в простых бытовых индикаторах размером с толстый маркер. Перечислять все приборы на этом датчике - занятие бессмысленное. Впрочем, некоторые приборы мы в следующей публикации обсудим.

Что можно сказать про СБМ20?
- имея малые массу и габариты при стальном корпусе этот датчик легко переживает самые разные неприятности типа падения прибора;
- из-за того же стального корпуса он хоть и "видит" бета-излучение, но только достаточно высокой энергии - не менее 0,3 МэВ. Достоверные же измерения возможны лишь в случае источников очень "жёсткого" бета-излучения, таких как стронций-иттрий-90;
- как и все счётчики Гейгера, в "голом" виде он правильно измеряет дозу гамма-излучения лишь когда его энергия составляет примерно от 0,3 МэВ и выше, при низких энергиях - сильно завышает дозу;
- имеет чувствительность к гамма-излучению (с достаточно высокой энергией) 78 импульсов на 1 мкР. Что это значит? Это значит, что посчитав число импульсов за 3600/78 = 46 секунд вы получите мощность экспозиционной дозы в мкР/ч. Насчитали 1600 импульсов за 46 секунд - у вас тут 1600 мкР/ч.

На последнем пункте стоит остановиться подробнее... Дело в том, что не только процессы распада атомов случайны, но и процессы фиксации гамма-фотона детектором. Т.е. будет ли данный конкретный пролетающий через счётчик фотон зафиксирован им - явление фундаментально случайное. А значит при стабильной мощности дозы в 1600 мкР/ч лишь в среднем за 46 секунд будет 1600 "щелчков", а за каждые конкретные 46 секунд число будет своим...
Так называемое "стандартное отклонение", характеризующее уровень случайного разброса, равно квадратному корню из числа частиц. Т.е. если частиц 1600, то стандартное отклонение - 40. При уровне радиации 1600 мкР/ч с вероятностью 63,2% за каждые конкретные 46 секунд прибор насчитает 1600+/-40 частиц, т.е. от 1560 до 1640. А что в оставшихся 36,8% (1/e) случаев? А там будет меньше 1560 или больше 1640... С вероятностью 95,4% за каждые конкретные 46 секунд прибор насчитает 1600+/-80 частиц, т.е. в пределах двух стандартных отклонений. С вероятностью 99,7% - в пределах трёх стандартных отклонений, т.е. 1600+/-120 частиц.

К чему всё это? Да к тому, что при нормальном уровне радиации СБМ20 даст либо большую погрешность, либо потребует очень длительных измерений! Обычно принято использовать вероятность ("доверительный интервал") 95%, т.е. оценивать статистическую погрешность как +/- два стандартных отклонения. При 1600 мкР/ч за 46 секунд мы получим результат с погрешностью всего +/-5% - вообще ни о чём. Но нормальный уровень радиации обычно не более 16 мкР/ч... А тут погрешность получается уже +/-50%! За первые 46 секунд прибор насчитает 8 "щелчков", за вторые - 24 "щелчка", показания изменятся ВТРОЕ, а реальный уровень радиации остаётся без изменений!
Это - то, на что попадаются многие начинающие пользователи дозиметров: они принимают такие вот случайные колебания за реальное изменение уровня радиации. Чтобы при уровне радиации порядка 10 мкР/ч (0,09 мкЗв/ч) получить результат с приемлемой статистической погрешностью в +/-25% нужно ждать 295 секунд - почти пять минут. А чтобы уменьшить погрешность до +/-15% ждать нужно уже 820 секунд - более тринадцати с половиной минут! Причём электроника конкретного дозиметра должна уметь усреднять показания за такое время... Увы, но многие дозиметры этого в принципе не умеют, и тогда пользователю нужно самостоятельно записывать показания, а потом вычислять среднее. Ну или мириться большой погрешностью при малых уровнях радиации: с ростом фона погрешность будет естественным образом уменьшаться.

Из классических "трубчатых" счётчиков Гейгера в дозиметрах иногда ещё встречается крошка СБМ21, имеющий длину 21 мм и диаметр - 6 мм. Такие датчики стоят в наручных часах-дозиметрах, брелоках-дозиметрах и прочих штуках, где габариты критически важны. Чувствительность у СБМ21 - всего 8,0 импульсов на 1 мкР - почти на порядок ниже СБМ20! При нормальном уровне радиации (~0,10 мкЗв/ч) достоверных показаний ждать придётся около часа...

А есть ли что-то получше этих СБМ? Разумеется! Вторым по распространённости датчиком радиации, после СБМ20, идёт торцевой счётчик Бета-1 или Бета-1-1 (различие вновь лишь в выводах питания). Приборов на нём, конечно, не так много, как на СБМ20, но тоже хватает. И некоторые из них мы обязательно в следующей статье изучим.

Что можно сказать про Бета-1?
- площадь его слюдяного окна, семь квадратных сантиметров, не слишком велика, а потому детектор - далеко не самый хрупкий. Тем не менее слюда толщиной 12-14 мкм - это всё-таки не сталь, так что неудачное падение прибора может вывести его из строя;
- благодаря слюдяному окну датчик неплохо "видит" даже излучение от углерода-14 со средней энергией бета-частиц всего 49 кэВ;
- слюдяное окно позволяет "видеть" даже альфа-излучение!
- разумеется, для правильного измерения дозы гамма-излучения низких энергий Бета-1 необходимо закрыть фильтром;
- чувствительность к гамма-излучению (достаточно высокой энергии) в среднем составляет 120 импульсов на 1 мкР - примерно в полтора раза выше, чем у СБМ20, а значит время ожидания достоверных показаний тоже становится в полтора раза меньше.

Как видим, Бета-1 по всем параметрам, кроме стойкости к ударам, превосходит СБМ20 или, как минимум, не хуже. Увы, по цене как сам датчик, так и дозиметры на его основе, тоже превосходят аналоги на СБМ20...

Стоит отметить несколько моделей дозиметров на иных счётчиках Гейгера:
- Радэкс РД1008 и МКС-1009 используют датчики Бета-2. Это как Бета-1, но вдвое больше по площади окна и с чувствительностью к гамма излучению 200 импульсов на 1 мкР. Причём в каждом приборе по два датчика: один измеряет только гамма-излучение, а второй используется для замеров бета-излучения;
- МКС-03СА использует датчик Бета-5. В отличие от Бета-1 и Бета-2 он не круглый, а прямоугольный, имеет огромное, 39 квадратных сантиметров, слюдяное окно и чувствительность аж 425 импульсов на 1 мкР - достоверные показания менее чем за минуту! Увы, большое окно требует толстой, до 17 мкм, слюды, а потому чувствительность к альфа-излучению тут хоть и есть, но минимальна. А вот шансы разбить детектор, несмотря на толщину слюды - максимальны, ронять прибор категорически не рекомендуется;
- Эколог профи использует датчик СБТ11А. Это маленький, с площадью окна 5,6 квадратных сантиметра, прямоугольный торцевой счётчик. Его чувствительность к гамма-излучению даже меньше, чем у СБМ20 - всего 48 импульсов на 1 мкР, так что достоверные замеры природного фона займут минут восемь, зато очень тонкая слюда, 9-11 мкм, даёт максимальную чувствительность к альфа-излучению.

Ну и, разумеется, нужно помнить про дозиметры на сцинтилляторах... ОЧЕНЬ чувствительные к гамма-излучению, но едва фиксирующие бета-излучение (или вообще "слепые"), не говоря уж про альфа, они не имеют каких-то стандартных моделей детекторов. Почти всегда излучение фиксирует кристалл CsI(Tl), но какого он будет размера и формы, с каким ФЭУ в паре будет работать - это у каждого производителя своё. Не менее важна и обработка сигнала: от простого подсчёта скорости счёта, что превращает прибор в "показометр", до сложнейшего анализа спектра, автоматически идентифицирующего изотопы. А значит в следующей статье мы пройдёмся по нескольким конкретным моделям.

- самые базовые сведения о радиации: https://vk.com/wall-33580882_564947
- энергии, характерные для частиц радиоактивного излучения: https://vk.com/wall-33580882_564980
- параметры радиации и в каких единицах они измеряются: https://vk.com/wall-33580882_565010
- типы датчиков радиации: https://vk.com/wall-33580882_565215

#радиация #радиоактивность #ликбез #безопасность

Напоминаем, что вы можете включится в разработку нашей Программы, один из пунктов которой: "1.3. Гражданская безопасность - от пожара и техногенных катастроф".