Счётчик Гейгера

Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В), обеспечивает, при необходимости, гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счетчики с рабочим напряжением 390 В:

• «СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), СБМ-21 (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого β- и γ-излучений)
• «СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого β-излучения)

Широкое применение счётчика Гейгера—Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Похожие патенты RU2685045C1

• Глухов Юрий Александрович
• Садовников Роман Николаевич
• Кулагин Иван Юрьевич
• Кожевников Дмитрий Андреевич
• Наумов Виталий Валерьевич

• Пикалов Георгий Львович
• Базака Юрий Григорьевич
• Терешкин Иван Семенович
• Яговкин Алексей Николаевич

• Лукоянов Дмитрий Иванович
• Васильев Алексей Вениаминович
• Федосеев Василий Михайлович
• Глухов Юрий Александрович
• Шанешкин Владимир Анатольевич
• Садовников Роман Николаевич

• Арсентьев Николай Степанович
• Волков Николай Петрович
• Гостев Александр Владимирович
• Ковалев Алексей Васильевич
• Хныков Юрий Алексеевич

• Решетова Надежда Сергеевна
• Федоренко Василий Васильевич

• Глухов Юрий Александрович
• Садовников Роман Николаевич
• Федосеев Василий Михайлович
• Васильев Алексей Вениаминович
• Румянцев Сергей Олегович

• Кудрин Павел Андреевич
• Андрианов Тимофей Викторович
• Крамер-Агеев Евгений Александрович

• Родионов Александр Александрович

• Семененко Андрей Николаевич
• Малоземов Сергей Николаевич
• Чалов Вячеслав Павлович

• Дрейзин Валерий Элезарович
• Овсянников Юрий Александрович
• Поляков Валентин Геннадьевич
• Катыхин Александр Иванович
• Полищук Игорь Всеволодович

Принцип работы

Принцип работы гироскопа заключается в грузиках, которые вибрируют на плоскости с частотой скорости умноженной на перемещение. При повороте гироскопа возникает так называемое Кориолисово ускорение. Если вы пропускали физику в школе или не знаете, то у всех тел есть единое свойство — при вращении они сохраняют свою ориентацию относительно направления силы тяжести. По сути, гироскоп — это волчок, который вращается вокруг вертикальной оси, закреплённый в раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и в свою очередь закреплена в другой раме, которая может поворачиваться вокруг третьей оси. Таким образом, можно придти к выводу: как бы мы не поворачивали волчок, он всегда имеет возможность всё равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор считывает, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.

Гироскопы применяются в технике. Они используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов. Что касается той самой системы стабилизации, то она бывает трёх типов: система силовой стабилизации (используется на двухстепенных гироскопах), система индикаторно-силовой стабилизации (также на двухстепенных гироскопах) и система индикаторной стабилизации (на трёхстепенных гироскопах).

А теперь поподробнее об этих трёх основных типах. Система силовой стабилизации: для стабилизации вокруг каждой оси требуется один гироскоп. Сама стабилизация осуществляется непосредственно гироскопом, а также двигателем разгрузки. В начале действует гироскопический момент, а потом уже подключается двигатель разгрузки. Система индикаторно-силовой стабилизации: для стабилизации также требуется один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент. И последняя — система индикаторной стабилизации: для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.

Классификация по химическому составу

Конструкция батарейки включает анод (положительный полюс, обозначаемый как +), катод (отрицательный полюс -), и электролит между ними, обычно в сухом виде. Электричество идет от «минуса» к «плюсу», но для этого требуется нагрузка между ними. Если ее не будет – не будет и тока. Характеристика мощности, напряжения, срок службы зависят от состава элемента питания, и того, насколько качественные применены материалы.

По химическому составу есть разные типы батареек, но наиболее распространены солевые и щелочные.

Солевые

Первые такие разновидности появились в 20-х годах ХХ века, их выпускала компания Eveready.

Электролит, то есть токопроводящее вещество, состоит из хлорида аммония и цинка. Отрицательный полюс, которому отведена большая площадь изделия, сделан из цинка. Токопроводящее вещество – хлорид аммония, по консистенции схожий со сметаной. В конструкции таких батареек предусмотрен угольный стержень, обработанный специальным раствором. В народе их еще называют угольно-цинковыми или цинк-карбоновыми. Встречаются источники питания с электродами из оксида марганца – они популярны за счет сравнительно низкой цены.

Напряжение солевых батареек – 1.5 В. Емкостью похвастаться не могут, характерны высоким саморазрядом и малым сроком службы, составляющим пару лет. Плохо работают при низких температурах, могут «потечь», зато дешевые.

Солевые источники питания обычно применяют для питания устройств, не требующих большой мощности: пульты ДУ, часы, FM-приемники.

Устройство солевой батарейки.

Алкалиновые (щелочные)

Гальванические элементы этого типа впервые появились в 1964 году. Их тогда выпускала фирма Duracell.

Если рассматривать все химические источники питания, алкалиновые сейчас наиболее востребованы. Материалом катода служит цинк, а анода – двуокись марганца. Электролит щелочной – гидроксид калия (гелеобразная субстанция).

Устройство алкалиновой батарейки.

Если сравнивать с солевыми изделиями, алкалиновые характерны повышенной энергоемкостью и способны работать при минусовых температурах, вплоть до -20°. Срок их хранения – 7 – 10 лет, чего можно добиться за счет низкого саморазряда. Параметр напряжения – 1.5 В. По цене немного дороже солевых. Встречаются подзаряжаемые разновидности.

Щелочные элементы применяют для устройств со средним или высоким потреблением тока: в фототехнике, аудиоплеерах, детских игрушках.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd)

Изобретены в конце 19 века в Швеции инженером Вальдемаром Юнгнером.

Это аккумуляторные источники питания, с анодом из гидрата закиси кадмия, и катодом из гидрата закиси никеля. Электролитом служит гидроокись калия, куда добавляется LiOH (гидроксид лития). По форме бывают плоские, кубические, цилиндрические, обязательно с герметичным корпусом.

Напряжение составляет около 1.35 В. Срок их эксплуатации – от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки (зависит от конструкции, качества примененных материалов, режима работы). Ламельные никель-кадмиевые АКБ, используемые в промышленности, работают по 20 – 25 лет. Как и никель-солевые, допускают хранение в разряженном виде. Особенность – низкое сопротивление, поэтому в ходе зарядки, даже большими токами, не греется. Нагреваться начинает только когда полностью восстановит заряд.

Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются редко из экологических соображений, и то преимущественно там, где другие системы не подходят. Обычно это питание устройств, характерных большими разрядными и зарядными токами.

Никель-кадмиевые батарейки.

• диапазон рабочей температуры – от -50 до +40°;
• долго хранятся разряженными;
• срок службы;
• стабильно работают на морозе, без снижения энергоемкости (до разумных пределов);
• безопасны при разгерметизации, по крайней мере не загораются, как литиевые;
• доступность.

• высокий саморазряд (одни модели за сутки теряют 10%, другие столько же за месяц);
• если долго хранятся без работы, восстанавливать заряд надо по определенному алгоритму;
• из-за «эффекта памяти» требуют полной разрядки;
• в сравнении с другими АКБ низкая энергоемкость.

Кадмий является ядовитым материалом, поэтому в некоторых странах действует запрет на изготовление Ni-Cd аккумуляторов. Утилизировать отработанные изделия запрещено – их сдают в специальные пункты для последующей переработки.

Никель-металл-гидридные (Ni-Mh)

Никель-металл-гидридные батарейки.

Также аккумуляторные батареи, востребованные в тех сферах, где требуется длительное сохранение заряда. Популярны за счет высокой энергоемкости и экологичности материалов, что упрощает утилизацию.

Катод – оксид никеля, анод – водородный металлогидридный электрод. Их начали разрабатывать в середине ХХ века, в качестве замены никель-кадмиевых АКБ. Сегодня сплавы и металлы совершенствуются, и современные Ni-Mh аккумуляторы выдерживают до 2000 циклов зарядки-разрядки.

На рынке встречается две группы:

• 1500 – емкость 3000 мАч. Для приборов с высоким расходом энергии за короткий промежуток времени: фототехники, аудиоплееров и прочих гаджетов;
• 300 – 1000 мАч. Для тех устройств, где энергия расходуется после временного интервала: игрушки, рации, навигаторы и другие приборы, работающие автономно.

Служат в среднем 1 – 5 лет. Характеристика саморазряда составляет 30% в месяц, что довольно большой показатель, причем в условиях комнатной температуры. Рабочая температура – от -20 до +60°.

• экологичность (меньше вредных веществ в конструкции, чем у аналогов);
• повышенная энергоемкость;
• без «эффекта памяти» (не требуют полной разрядки).

• после 300 циклов зарядки-разрядки падает емкость;
• могут загореться;
• увеличенный саморазряд.

Лучше всего такие АКБ себя зарекомендовали для устройств с большим потреблением энергии за короткий промежуток времени.

Литий-ионные (Li-Ion)

Катод – литий, анод – диоксид марганца, монофторид углерода или другие материалы. Электролит – органический.

Устройство литий-ионной АКБ.

Особенности этих элементов: повышенная энергоемкость, сроки хранения, достигающие 12 лет, малый вес, стабильное напряжение.

Литиевые батареи применяются в мощных приборах с продолжительной работой: фотоаппаратура, портативные колонки, медицинское оборудование, смартфоны и т.д.

Также встречаются йодно-литиевые элементы, в которых литий служит восстановителем, а йод окислителем. Это мощные батарейки, долго хранящиеся и медленно разряжающиеся.

Еще к литиевым относят изделия, имеющие твердый катод. Материал анода в таком случае – сульфиды и оксиды металлов. Электролитом служат солевые растворы. Емкие, работающие в широком диапазоне температур батарейки, но дорогие.

• компактные;
• разный параметр напряжения;
• сроки хранения;
• устойчивы к перепадам температур.

Их недостаток – высокая цена.

Влияния на человека

Действие ионизирующего излучения на организм человека особенно опасно. Возможны такие последствия :

• имеется фактор очень глубокого биологического изменения;
• присутствует накопительный эффект единицы поглощенной радиации;
• эффект проявляется через время, так как отмечается скрытый период;
• у всех внутренних органов, систем разная чувствительность к единице поглощенной радиации;
• радиация влияет на все потомство;
• эффект зависит от единицы поглощенной радиации, дозы облучения, продолжительности.

Несмотря на использование радиационных приборов в медицине, их действие может быть пагубным. Биологическое действие ионизирующих излучений в процессе равномерного облучения тела, в расчете 100% дозы, происходит следующее:

• костный мозг – единица поглощенной радиации 12%;
• легкие – не менее 12%;
• кости – 3%;
• семенники, яичники – поглощенной дозы ионизирующего излучения около 25%;
• железа щитовидная – единица поглощенной дозы около 3%;
• молочные железы – приблизительно 15%;
• остальные ткани – единица поглощенной дозы облучения составляет 30%.

В результате могут возникать различные заболевания вплоть до онкологии, паралича и лучевой болезни. Чрезвычайно опасно для детей и беременных, так как происходит аномальное развитие органов и тканей. Токсины, радиация – источники опасных заболеваний.

Всегда ли радиоактивность вредна?

В токсикологии есть поговорка, что «доза делает любую вещь не ядовитой». Хотя воздействие нерегулируемых количеств радиоактивного материала может вызвать серьезные генетические мутации и рак, при регулировании они также могут вылечить рак. Радиоактивный йод используется в лучевой терапии для лечения рака и для визуализации щитовидной железы. Радиоактивный технеций используется для обнаружения пороков сердца, костей и других органов.

Радиоактивный Углерод-14 используется в углеродном датировании, которое помогает нам определить возраст вещей, которые когда-то были живыми или состояли из биологического материала. В некоторых странах свежие продукты даже облучают перед упаковкой, чтобы убить любые микробы на поверхности фруктов и овощей. Крошечное количество америция-241 используется в сигнализаторах дыма, которые помогают спасать тысячи жизней каждый год.

Человечество и радиоактивность мирно сосуществовали на протяжении веков. Воздух, которым мы дышим, бананы в наших коктейлях и указатели выхода содержат радиоактивные элементы… но в безопасных количествах! Технически, мы тоже радиоактивны, так как в нашем организме есть очень незначительные количества радиоактивных изотопов калия и углерода. Радиоактивность есть повсюду, и жизнь навсегда остается в долгу перед ней за то, что она держит наше земное ядро поджаренным и обеспечивает нам защиту под уютным магнитным пузырьком.

Однако гипотетически, если вы в конечном итоге отправляетесь в поход в неизвестную страну, и счетчик Гейгера в вашей сумке начинает издавать громкий треск, вам, вероятно, следует просто начать бежать!