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“DFRobot盖革计数器模块评测”【科普贴】关于电离辐射,我们身边看不见的“敌人”

高工
2024-03-04 23:28:33   被打赏 50 分(兑奖)     打赏

又买了一批元器件,用来升级盖革计数器模块这个项目。物流还在路上,不如把目前我搜集到的一此关于盖革计数器和电离辐射的知识科普给大家。

资料也是从网上搜集的,如有错误,还请指正。

淘宝能搜到很多核辐射检测仪,仪器的核心元件就是盖革计数器。

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什么是盖革计数器?

盖革-米勒计数器(Geiger-Müller counter),简称盖革计数器(Geiger counter),一种专门探测电离辐射(α粒子、β粒子、γ射线和X射线)强度的记数仪器。由充气的管或小室作探头,当向探头施加的电压达到一定范围时,射线在管内每电离产生一对离子,就能放大产生一个相同大小的电脉冲并被相连的电子装置所记录,由此测量得单位时间内的射线数。

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上文中“充气的管或小室作探头”,就是盖革管。那么盖革管的原理是什么,为什么能够测到电离辐射呢?

其基本工作原理如下:

1. **结构**:盖革管通常由一根内部抽真空并填充低压惰性气体(如氩、氖等)的玻璃管构成。管内有一根细金属丝(阳极)位于中央,管壁为阴极。

2. **电场**:在管内,阳极和阴极之间施加一个高压直流电压(通常在几百到几千伏特之间,略低于气体本身的击穿电压)形成一个强电场。

3. **电离过程**:当射线(例如α粒子、β粒子、γ光子或X射线)通过管内气体时,如果能量足够高,它们会与气体分子相互作用,使其发生电离,释放出电子。

4. **雪崩效应**:初始电离产生的自由电子在电场的作用下被加速,高速电子与气体分子碰撞会产生更多的“电子-离子”对,这种链式反应被称为雪崩效应。

5. **脉冲信号**:随着电子数量的迅速增加,最终形成一股电子流撞击阳极,产生电流脉冲信号。这个脉冲信号会被连接在外部的放大器和显示设备捕捉,并记录下来作为一次射线事件。

6. **计数功能**:由于每次射线粒子入射都会触发一次脉冲信号,所以通过测量单位时间内脉冲的数量,就可以间接得知射线强度。

盖革管的特点包括:

- 高灵敏度,能探测单个粒子。

- 无法区分射线类型(尽管可以通过不同设计的盖革管对某些射线有选择性响应)。

- 不适用于极高剂量率的场合,因为它的恢复速度有限,即存在饱和效应,导致在过高的辐射强度下无法准确计数。

简单的说:比如核衰变产生穿透性强的高能粒子,当某个高能粒子经过阴阳两极中间的特定气体时,在路径上与许多气体分子碰撞,一个气体分子被撞成一个电子和一个阳离子,电子与阳离子在阴阳两极之间电场的作用下发生漂移,阴阳两极上随着电子正离子的运动产生变化的感应电荷,经过信号电路处理,变成一个电压波动,由此接收到了一个辐射信号(也就是模块上蜂鸣器的滴滴声)。辐射越强,空间中的高能粒子越多,盖革计数器收集到的信号也就越多,DFRobot盖革计数器模块体现为滴滴声密集(盖革一响,爹妈白养)。

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盖革管作为一种用于探测电离辐射的装置,哪些辐射是电离辐射?电离辐射和手机辐射有什么区别呢?

人类主要接收来自于自然界的天然辐射。它来源于太阳,宇宙射线和在地壳中(天然石材、宝石矿石)存在的放射性核素。从地下溢出的氡是自然界辐射的另一种重要来源。从太空来的宇宙射线包括能量化的光量子,电子,γ射线和X射线。在地壳中发现的主要放射性核素有铀,钍和钋,及其他放射性物质。

人造辐射主要用于人造的“放射线”,如医学检查(X光片、CT)和安检中最常用的X射线外照射、核医学中体内注射放射性同位素造成的内照射等等,当然核武器、放疗或研究用的放射源带来的辐射也属于电离辐射。

医学上一般采用毫西弗(mSv)来衡量辐射危害性,只有遭受100mSv以上的辐射量,人体患癌的概率才会明显增加。

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也就是说,去医院拍个胸片,也不过相当于正常生活10天所积累的辐射量。其中辐射比较厉害的CT,相当于你比别人多了3年生活积累的辐射量。即使你不拍片子,在自然生活中也是少不了一些辐射的!

DFRobot盖革计数器反馈的辐射量为CPM、nSv/h、μSv/h。

CPM为每分钟脉冲计数,实际可以不计满一分钟,如计20秒有10脉冲,则10*(20/60)=30CPM

μSv/h为辐射强度单位,与CPM的关系为μSv/h=CPM/151,即CPM为30时,辐射强度为μSv/h=30/151=0.199,1000nSv/h=1μSv/h。

1mSv=1000μSv=1000000nSv 

看到一个非常有直观的表分享给大家。

而生活中的常见电磁辐射主要为非电离辐射,包括:

1. 通讯设备:手机、Wi-Fi路由器、蓝牙设备等无线通信设备发出的射频电磁辐射,电视和广播信号传输。

2. 家用电器:微波炉(利用微波加热食物)、电脑显示器、电视机屏幕(产生一定量的低能电磁辐射,如可见光、近红外线)、各种电源线、变压器周围的低频电磁场(工频电磁场)。

3. 其他光源:太阳光,其中包括紫外线(UVA、UVB和UVC,其中UVC大部分被大气层吸收,UVB和少量UVA能到达地面,可引起皮肤晒伤和老化,过量照射可能致癌)日光灯、LED灯等人工光源发出的可见光。

这些辐射是用盖革计数器测量不出来的,这下你明白了吗?


冷知识:

1、吃香蕉也会摄入辐射。

2、吸烟被人体吸收的辐射量比住在核电站边还要大,吸烟有害健康真不是假的。

3、成熟的核辐射测量仪价格比本次测评的模块便宜多了,但学到知识。


参考内容:

《地铁:逃离》盖革计数器相关介绍和分享





关键词: 电离辐射     盖革     计数器     射线     电磁辐射    

院士
2024-03-05 10:29:39     打赏
2楼

这文章牛X了啊!

居然有这么多的知识——感觉知道的多了,心情不太好了


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