Счётчики Гейгера-Мюллера (ГМ-счётчики) представляют собой импульсные газоразрядные детекторы, предназначенные для регистрации ионизирующих излучений. Они используются для детектирования альфа-, бета- и гамма-излучений, а также космических лучей. Основное их достоинство — высокая чувствительность при относительной простоте конструкции.
Классический Гейгеровский счётчик состоит из следующих элементов:
Когда ионизирующая частица проникает внутрь счётной трубки, она ионизирует атомы газа, оставляя за собой трек ионов и электронов. В условиях приложенного электрического поля электроны ускоряются к аноду и при достаточно высоком напряжении вызывают лавинообразную ионизацию — вторичные электроны также ионизируют молекулы газа, порождая новую лавину. Этот процесс приводит к образованию газового разряда, сопровождающегося импульсом тока, регистрируемым внешней электронной схемой.
Образовавшийся импульс имеет примерно одинаковую амплитуду независимо от энергии первичной частицы. Это делает ГМ-счётчики неспособными различать энергию частиц, но даёт чёткий счёт каждого события ионизации.
Для предотвращения непрерывного разряда, обусловленного ультрафиолетовым излучением и фотоэлектронной эмиссией с катода, в газовую смесь вводят гасители. Эти вещества поглощают ультрафиолетовое излучение, испуская его в виде невозбуждающих излучений или энергии теплового движения, тем самым гасив разряд. Без гасителей трубка входила бы в режим непрерывного тлеющего разряда и стала бы нечувствительной к новым событиям.
После каждого разряда счётчик проходит мёртвое время — интервал, в течение которого он неспособен регистрировать новые частицы. Это связано с временным насыщением электрических цепей и необходимостью восстановления потенциала на аноде. Обычно мёртвое время составляет от 50 до 500 мкс, в зависимости от конструкции.
За мёртвым временем следует период восстановления, когда чувствительность прибора частично снижена, и только после полного восстановления счётчик снова готов к корректной регистрации.
Эти временные интервалы вводят необходимость внесения поправки при измерении высоких интенсивностей излучения, поскольку часть событий теряется.
На вольт-амперной характеристике газоразрядных счётчиков можно выделить несколько участков. Рабочий диапазон счётчика Гейгера-Мюллера находится в области самоподдерживающегося разряда с насыщением, где амплитуда импульсов остаётся практически постоянной при изменении напряжения. Этот плато Гейгера является зоной стабильной работы, и его длина и наклон характеризуют качество счётчика. Чем длиннее и горизонтальнее плато, тем надёжнее и точнее прибор.
Типичные значения:
Импульс, возникающий при разряде, подаётся на электронный усилитель, затем на счётное устройство или анализатор. Поскольку все импульсы одинаковы по амплитуде, для ГМ-счётчиков не требуется амплитудная дискриминация. Регистрация проводится по факту наличия импульса.
Современные устройства могут использовать микроконтроллеры для цифровой обработки сигналов, а также интеграцию с интерфейсами передачи данных.
Преимущества:
Недостатки:
Счётчики Гейгера-Мюллера широко применяются в:
Для специфических задач (например, спектрометрия) применяются другие детекторы, но в задачах обнаружения и подсчёта ГМ-счётчики сохраняют своё значение благодаря надёжности, простоте и высокой чувствительности.