Der Geigerzähler , auch als Geiger-Müller-Zähler bekannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten von ionisierender Strahlung erfasst . Dieses Gerät ist nach den beiden Physikern benannt, die 1928 den Zähler erfanden. Müller war Schüler von Hans Geiger. Der Geigerzähler wird häufig in Anwendungen wie der Strahlendosimetrie, dem Strahlenschutz , der Experimentalphysik und der Nuklearindustrie eingesetzt. Ein Geigerzähler besteht aus einer Geiger-Müller-Röhre (dem Sensorelement, das die Strahlung erfasst) und der Verarbeitungselektronik, die das Ergebnis anzeigt.
Der Geigerzähler kann ionisierende Strahlung wie Alpha- und Betateilchen , Neutronen und Gammastrahlen mithilfe des Ionisationseffekts erfassen , der in einer Geiger-Müller-Röhre erzeugt wird, die dem Instrument ihren Namen gibt. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen der Geiger-Müller-Region entsprechen .
Grundprinzip der Geigerzähler
Der Geigerzähler weist eine Kathode und eine Anode auf, die auf Hochspannung gehalten werden, und das Bauelement zeichnet sich durch eine Kapazität aus, die durch die Geometrie der Elektroden bestimmt wird. In einem Geigerzähler ist das Füllgas der Kammer ein Inertgas, das durch einfallende Strahlung ionisiert wird, und ein Quenchgas aus 5–10% eines organischen Dampfs oder eines Halogengases, um ein störendes Pulsieren durch Löschen der Elektronenlawinen zu verhindern.
Wenn ionisierende Strahlung in das Gas zwischen den Elektroden eintritt, wird eine endliche Anzahl von Ionenpaaren gebildet. In Luft beträgt die durchschnittliche Energie, die zur Erzeugung eines Ions benötigt wird, ungefähr 34 eV, daher erzeugt eine 1 MeV-Strahlung, die vollständig im Detektor absorbiert wird, ungefähr 3 × 10 4Ionenpaar. Das Verhalten der resultierenden Ionenpaare wird durch den Potentialgradienten des elektrischen Feldes innerhalb des Gases und die Art und den Druck des Füllgases beeinflusst. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes bewegen sich die positiven Ionen in Richtung der negativ geladenen Elektrode (äußerer Zylinder) und die negativen Ionen (Elektronen) wandern in Richtung der positiven Elektrode (zentraler Draht). Das elektrische Feld in dieser Region hält die Ionen davon ab, sich mit den Elektronen zu rekombinieren. In unmittelbarer Nähe des Anodendrahtes wird die Feldstärke groß genug, um Townsend-Lawinen zu erzeugen. Diese Lawinen können durch Photonen ausgelöst und verbreitet werden, die von Atomen emittiert werden, die in der ursprünglichen Lawine angeregt wurden. Da diese Photonen nicht durch das elektrische Feld beeinflusst werden, können sie weit (z. B. seitlich zur Achse) von der Primärlawine wechselwirken, wobei die gesamte Geiger-Röhre am Prozess beteiligt ist. Durch diese Lawinen wird unabhängig von der Primärionisation und der Energie des detektierten Photons ein starkes Signal (der Verstärkungsfaktor kann etwa 10 10 erreichen ) mit Form und Höhe erzeugt. Der hohe Verstärkungsfaktor des Geigerzählers ist der Hauptvorteil gegenüber der Ionisationskammer. Der Geigerzähler ist daher ein viel empfindlicheres Gerät als andere Kammern. Aus diesem Grund wird es häufig zum Nachweis von Gammastrahlen und Beta-Partikeln mit niedrigem Spiegel verwendet.
Da sich die positiven Ionen nicht weit vom Lawinengebiet entfernen, stört eine positiv geladene Ionenwolke das elektrische Feld und beendet den Lawinenprozess. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz von „Quenching“ -Techniken verbessert .
Das Sammeln all dieser Elektronen erzeugt eine Ladung an den Elektroden und einen elektrischen Impuls über die Detektionsschaltung. Jeder Impuls entspricht einem Gammastrahl oder einer Neutronenwechselwirkung. Die Impulshöhe ist nicht proportional zur Anzahl der ursprünglich erzeugten Elektronen. Geigerzähler sind daher nicht in der Lage, Partikel zu identifizieren und Energie zu messen (Spektroskopie). Da der Prozess der Ladungsverstärkung das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors stark verbessert, ist die anschließende elektronische Verstärkung normalerweise nicht erforderlich.
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