Принцип действия датчика радиации или дозиметра основан на работе счетчика Гейгера, связанного с измерительной схемой. Именно он является активным регистрирующим элементом, в межэлектродном пространстве которого под действием радиации происходят лавинные пробои инертного газа.
Герметичный баллон, изготовленный из стекла или металла, заполнен инертным газом: аргоном, неоном либо газовой смесью подходящего состава при пониженном давлении.
Данный баллон оснащен парой внутренних электродов: в центре находится положительный анод, вокруг него — отрицательный катод. На электроды через резистор подается постоянное напряжение определенной величины.
Изначально между электродами поддерживается электрическое поле напряженностью такой величины, что состояние в баллоне очень близко к пробою. Это так называемое плато Гейгера, его верхняя граница, когда датчик пребывает как бы в пограничном состоянии (вот-вот пробьет).
В этих условиях возможна вынужденная ударная ионизация, когда под действием радиоактивных частиц или квантов электромагнитных колебаний в межэлектродном пространстве внезапно происходит разряд: от катода к аноду устремляются электроны.
Сначала промежуток между электродами обладает высоким сопротивлением - тока в цепи нет. Но стоит заряженной частице с высокой энергией столкнуться с корпусом, баллоном или катодом и выбить несколько электронов, — эти электроны окажутся в межэлектродном промежутке, где, как было сказано выше, действует электрическое поле.
Находящиеся в инертном газе электроны под ускоряющим действием электрического поля устремляются к аноду, попутно ионизируя молекулы газа, инициируя таким образом вовлечение в ток вторичных электронов. Количество вовлекаемых электронов растет лавинообразно, а значит имеет место разряд между катодом и анодом. В результате получается скачок тока на зарядном резисторе.
Собственная емкость датчика радиации минимальна, а правильно подобранное сопротивление зарядного резистора в несколько мегаом обеспечивает возможность для ее быстрого и полного разряда. После этого пробой затухает, потенциал сбрасывается до нижней границы плато Гейгера. Обычно разряд невозможно поддержать при напряжении ниже 300 В.
Существуют и самогасящиеся галогенные счетчики, в которых в газовую среду вводят специальные добавки, такие как бром, спирт, хлор, йод. Добавки помогают быстро прекратить разряд.
Так, на время пробоя датчик переходит в проводящее состояние, разрядный импульс тока проходит через его емкость, эта емкость разряжается, и импульс, количественно соответствующий гамма-кванту или частице, подается на аттенюатор.
Пока емкость перезаряжается, датчик не может измерять излучение. Аттенюатор же формирует прямоугольный импульс определенной длительности, чтобы электронный счетчик импульсов мог бы его учесть и подсчитать общую дозу радиации.
По факту счетчик подсчитывает количество зарегистрированных квантов за единицу времени в рабочем пространстве баллона датчика.
Однодетекторная схема не ведет счет импульсов во время фактической перезарядки емкости: от фронта до спада сформированного аттенюатором счетного импульса таймер остановлен.
Если же используется схема многодетекторная, то во время перезаряда прибором регистрируются импульсы с остальных датчиков, которые остались в ждущем режиме.
Время измерения для каждого устройства калибруется и задается при его изготовлении точно и жестко. Эта величина связана с суммарным рабочим объемом датчиков дозиметра. По окончании цикла измерения и вычисления, счетчик и генератор напряжения запираются, а прибор сигнализирует об окончании выполнения измерения.
Андрей Повный