Счетчики нейтронов, работающие на гелии

С развитием ядерной физики широкое распространение получило развитие экспериментальной техники, в частности, счетчиков нейтронов, работающих на гелии.

Предпосылки к созданию нейтронных гелиевых счетчиков.

Изначально ученые всего мира предполагали, что ядро атома состоит из протона и электрона. И только в первой половине XX века В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко было выдвинуто предположение, что ядро должно содержать некую нейтральную частицу. Открытие нейтрона принадлежит Джеймсу Чедвику (1932 год). В 1935 году за это открытие он получил Нобелевскую премию мира по физике.

По той причине, что нейтрон сам по себе не обладает электрическим зарядом и не создает возбужденных частиц, многие счетчики не реагируют на его движение. Вследствие этого и появились счетчики нейтронов, заполненные инертными газами. Газ при взаимодействии с ядерной частицей, содержащей нейтроны, дает возможность зафиксировать их количество.

История создания счетчиков, наполненных гелием.

В 1908 году немецким физиком Гансом Гейгером был изобретен газоразрядный прибор для определения интенсивности распада радиоактивных материалов, попавших в него. Через 20 лет данный прибор был усовершенствован физиком Вальтером Мюллером и впоследствии был назван счетчиком Гейгера-Мюллера.

Он представляет собой герметичный цилиндрический контейнер, заполненный инертным газом гелием и др. Цилиндр изготавливается из металла (нержавеющей стали или алюминия) либо стекла. Предпочтение при выборе металла отдается трубкам из алюминия по причине более высокой эффективности регистрации нейтронов. В свою очередь, трубки, изготовленные из нержавеющей стали, более выносливы в процессе сборки и меньше подвержены коррозии.

Внутри цилиндра находятся два электрода (анод и катод). Анод представляет собой вольфрамовую нить, покрытую позолотой. Это обеспечивает ее прочность от растяжения и улучшает электропроводность. Катодом служит сам корпус счетчика. На электроды под высоким давлением подается ток через специальный нагрузочный резистор. В момент контакта прибора с радиоактивной частицей образуются электроны. Попадая в гелиевую среду и находясь в зоне высокого напряжения между катодом и анодом, начинают двигаться и ионизировать молекулы газа. В результате этого из гелия выбиваются вторичные электроны. Их концентрация резко увеличивается и происходит разряд. Это ведет к скачку тока и именно в этот момент идет подсчет частиц.

Как сейчас делают счетчики нейтронов на гелии.

Дальнейшие разработки в этой сфере привели к созданию пропорционального нейтронного счетчика, работающего на гелии. В счетчике Гейгера-Мюллера реакция может происходить только при условии использования всего объема газа, находящегося в цилиндре. В пропорциональном счетчике газовый разряд развивается только в части объема гелия. При этом достигается та же точность измерения.
Преимуществом пропорционального счетчика является то, что он может быть использован при необходимости в измерении малых энергий (например, мягкое рентгеновское излучение). При этом обеспечиваются высокие показатели временной и энергетической разрешающей способности.

Кроме того, пропорциональные счетчики помогают не только получить количественный показатель, но и получить качественные характеристики получаемых нейтронов. В настоящее время счетчики нейтронов, заполненные гелием, широко применяются в ядерной физике, геофизике, системе радиационного контроля и ядерной энергетике.

Преимущества использования счетчиков на гелии.

Нейтронные счетчики, заполненные гелием, работают от источника питания с напряжением от 1200 до 1800 В. Этот показатель является более низким по сравнению с требованиями к напряжению тока устройств, заполненных другими газами.

Благодаря возможности достижения большего давления в гелиевой среде по сравнению с другими газами, это на порядок повышает эффективность работы счетчика в пересчете на количество зарегистрированных нейтронов.

Интересные факты.

С ростом числа отраслей, где применяются достижения ядерной физики, расширяется и область применения нейтронных счетчиков, заполненных гелием. Такие приборы помогают человеку при ликвидации последствий ядерных и радиационных катастроф, в ядерной медицине, производстве радиационных фармацевтических препаратов, осуществлении таможенного контроля за незаконным ввозом и вывозом радиоактивных материалов, их утилизации.

Наука не стоит на месте. Еще одним фактом, подтверждающим необходимость существования нейтронных гелиевых счетчиков, является развитие исследований ядерной природы космических лучей. Одной из схем изучения явилось создание нейтронного калориметра. Он является частью системы подземных мониторов, с помощью которых изучается космическое излучение. Проведение наземных исследований проблематично по причине влияния множества атмосферных факторов. Нейтронный калориметр расположен в туннеле Тянь-Шаньской высокогорной научной станции космических излучений. В нем расположено 152 пропорциональных счетчика, заполненных гелием. Именно благодаря гелию, как газу-наполнителю существует возможность получить максимально достоверные результаты исследования ядерной природы космических лучей.

В целом, получаемые результаты в ходе использования счетчиков нейтронов, наполненных гелием, имеют большое практическое и научное значение в связи с проблемами получения ядерной энергии и выявления ядерных материалов.

В компании «DP Air Gas» можно приобрести гелий наряду с другими техническими газами. Предприятие является одним из ведущих на Украине. Благодаря разработанным схемам работы и индивидуальному подходу к каждому клиенту обеспечивается возможность получить качественные услуги по доставке чистого гелия; смесей, содержащих гелий и других газов в любую точку страны. Также компания проводит освидетельствование и ремонт тары, в которой осуществляется хранение и транспортировка газов. С более подробным перечнем товаров и услуг, предоставляемых «DP Air Gas», можно ознакомиться здесь.