Nick Connor

Freie Neutronen können nach ihrer kinetischen Energie klassifiziert werden. Diese Energie wird üblicherweise in Elektronenvolt (eV) angegeben. Der Begriff Temperatur kann auch diese Energie beschreiben, die das thermische Gleichgewicht zwischen einem Neutron und einem Medium mit einer bestimmten Temperatur darstellt.

Kinetische Energien von Neutronen – Schnelle Neutronen

• Kalte Neutronen  (0 eV; 0,025 eV). Neutronen im thermischen Gleichgewicht mit sehr kalter Umgebung wie flüssigem Deuterium. Dieses Spektrum wird für Neutronenstreuungsexperimente verwendet.
• Thermische Neutronen . Neutronen im thermischen Gleichgewicht mit einem umgebenden Medium. Die wahrscheinlichste Energie bei 20 ° C (68 ° F) für die Maxwellsche Verteilung beträgt  0,025 eV  (~ 2 km / s). Dieser Teil des Neutronenenergiespektrums bildet den wichtigsten Teil des Spektrums  in thermischen Reaktoren .
• Epithermale Neutronen  (0,025 eV; 0,4 eV). Neutronen kinetischer Energie größer als thermisch. Einige Reaktorkonstruktionen arbeiten mit dem Spektrum des epithermischen Neutrons. Diese Konstruktion ermöglicht es, ein höheres Brennstoffzuchtverhältnis als in thermischen Reaktoren zu erreichen.

• 

  Cadmiumneutronen  (0,4 eV; 0,5 eV). Neutronen kinetischer Energie unterhalb der  Cadmium-Abschaltenergie  . Ein Cadmiumisotop,  ¹¹³ Cd, absorbiert Neutronen nur dann stark, wenn sie unter ~ 0,5 eV (Cadmium-Abschaltenergie) liegen.

• Epicadmiumneutronen  (0,5 eV; 1 eV). Neutronen kinetischer Energie oberhalb der  Cadmium-Abschaltenergie . Diese Neutronen werden von Cadmium nicht absorbiert  .
• Langsame Neutronen  (1 eV; 10 eV).
• Resonanzneutronen  (10 eV; 300 eV). Die Resonanzneutronen  werden wegen ihres besonderen Verhaltens als Resonanz bezeichnet. Bei Resonanzenergien können die  Querschnitte Spitzen erreichen, die mehr als 100x höher sind als der Basiswert des Querschnitts. An diesen Energien der Neutronen – Einfang übersteigt deutlich die Wahrscheinlichkeit einer  Spaltung . Daher ist es (für thermische Reaktoren) sehr wichtig, diesen Energiebereich schnell zu überwinden und den Reaktor mit thermischen Neutronen zu betreiben, was zu einer Erhöhung der Spaltwahrscheinlichkeit führt.
• Zwischenneutronen  (300 eV; 1 MeV).
• Schnelle Neutronen  (1 MeV; 20 MeV). Neutronen mit einer kinetischen Energie von mehr als 1 MeV (~ 15 000 km / s) werden üblicherweise als Spaltneutronen bezeichnet. Diese Neutronen werden durch Kernprozesse wie Kernspaltung oder (ɑ, n)  Reaktionen erzeugt . Die Spaltneutronen haben eine Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung mit einer mittleren Energie (für  ²³⁵ U-Spaltung ) 2 MeV. In einem  Kernreaktor werden  die schnellen Neutronen durch einen als Neutronenmoderation bezeichneten Prozess auf die thermischen Energien verlangsamt  .
• Relativistische Neutronen  (20 MeV; ->)

Die Reaktorphysik  benötigt diese feine Aufteilung der Neutronenenergien nicht. Die Neutronen können grob (für Zwecke der Reaktorphysik) in drei Energiebereiche unterteilt werden:

• Thermische Neutronen  (0,025 eV – 1 eV).
• Resonanzneutronen  (1 eV – 1 keV).
• Schnelle Neutronen  (1 keV – 10 MeV).

Selbst die meisten Reaktor-Rechencodes verwenden nur zwei Neutronenenergiegruppen:

• Langsame Neutronengruppe  (0,025 eV – 1 keV).
• Schnelle Neutronengruppe  (1 keV – 10 MeV).

Siehe auch:  Neutronenenergie

Klassifizierung von Reaktoren nach Neutronenflussspektrum

Siehe auch: Neutronenflussspektren

Aus physikalischer Sicht ergeben sich die Hauptunterschiede zwischen den  Reaktortypen  aus Unterschieden in ihren  Neutronenenergiespektren . Tatsächlich basiert die  grundlegende Klassifizierung  von  Kernreaktoren  auf der durchschnittlichen Energie der Neutronen, die den Großteil der  Spaltungen  im  Reaktorkern verursachen . Unter diesem Gesichtspunkt werden Kernreaktoren in  zwei Kategorien unterteilt :

• Thermoreaktoren.  Fast alle bisher gebauten Reaktoren verwenden  thermische Neutronen  , um die  Kettenreaktion aufrechtzuerhalten . Diese Reaktoren enthalten einen  Neutronenmoderator  , der die Spaltung von Neutronen verlangsamt, bis ihre kinetische Energie mehr oder weniger im  thermischen Gleichgewicht  mit den Atomen (E <1 eV) im System steht.
• Schnelle Neutronenreaktoren .  Schnelle Reaktoren enthalten keinen Neutronenmoderator  und verwenden  weniger moderierende Primärkühlmittel , da sie  schnelle Neutronen  (E> 1 keV) verwenden, um eine Spaltung in ihrem Brennstoff zu verursachen.

Vergleich von Neutronenspektren in einem typischen  LWR  und einem natriumgekühlten schnellen Brutreaktor . Es ist zu beachten, dass das  schnelle Reaktorspektrum  stark durch den  elastischen Streuquerschnitt  des verwendeten Kühlmittels beeinflusst wird.

Die Hauptunterschiede zwischen diesen beiden Typen liegen natürlich in  Neutronenquerschnitten , die eine signifikante  Energieabhängigkeit aufweisen . Es kann durch ein  Verhältnis von Einfang zu Spaltung charakterisiert werden , das  in schnellen Reaktoren niedriger ist . Es gibt auch einen Unterschied in der  Anzahl der pro Spaltung erzeugten Neutronen , der in schnellen Reaktoren höher ist als in thermischen Reaktoren. Diese sehr wichtigen Unterschiede werden hauptsächlich durch  Unterschiede in den Neutronenflüssen verursacht . Daher ist es sehr wichtig, die detaillierte Verteilung der Neutronenenergie in einem Reaktorkern zu kennen.

Detektion von Neutronen mittels Ionisationskammer

Da die Neutronen  elektrisch neutrale Teilchen sind, sind  sie hauptsächlich  starken Kernkräften ausgesetzt  , nicht jedoch elektrischen Kräften. Daher ionisieren Neutronen  nicht direkt  und müssen normalerweise   in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Neutronendetektortyp mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in gemeinsame nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein.

Ionisationskammern werden häufig als Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen verwendet. Wenn beispielsweise die Innenfläche der Ionisationskammer mit einer dünnen Borschicht beschichtet ist, kann die (n, alpha) -Reaktion stattfinden. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind  10B (n, alpha) 7Li-  Reaktionen, die von einer Gamma-Emission von 0,48 MeV begleitet werden  .

Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten  Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen verursacht eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen.

Ein anderes Verfahren zum Nachweis von Neutronen unter Verwendung einer Ionisationskammer besteht darin, das Gas-  Bortrifluorid  (BF ₃ ) anstelle von Luft in der Kammer zu verwenden. Die ankommenden Neutronen produzieren Alpha-Teilchen, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Beide Methoden können zum Nachweis von Neutronen im Kernreaktor verwendet werden. Es ist zu beachten, dass BF ₃  -Zähler normalerweise im Proportionalbereich betrieben werden.

Detektion von Neutronen mit dem Szintillationszähler

Da die Neutronen elektrisch neutrale Teilchen sind, sind sie hauptsächlich starken Kernkräften ausgesetzt , nicht jedoch elektrischen Kräften. Daher ionisieren Neutronen nicht direkt und müssen normalerweise in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Neutronendetektortyp mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in gemeinsame nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein. Schnelle Neutronen (> 0,5 MeV) beruhen hauptsächlich auf dem Rückstoßproton in (n, p) -Reaktionen. Wasserstoffreiche Materialien, beispielsweise Kunststoffszintillatorensind daher für ihre Erkennung am besten geeignet. Thermische Neutronen beruhen auf Kernreaktionen wie den (n, γ) – oder (n, α) -Reaktionen, um eine Ionisation zu erzeugen. Materialien wie LiI (Eu) oder Glassilikate eignen sich daher besonders gut zum Nachweis von thermischen Neutronen.

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 .

Vorteile des Geiger-Müller-Zählers

• Hohe Verstärkung . 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 Spannungsimpuls wäre in diesem Fall groß und leicht erfassbar ≈ 1,6 V. Der technische Vorteil eines Geigerzählers ist seine einfache Konstruktion und seine Unempfindlichkeit gegen kleine Spannungsschwankungen. Da der Prozess der Ladungsverstärkung das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors stark verbessert, ist die anschließende elektronische Verstärkung normalerweise nicht erforderlich.
• Einfachheit . GM-Zähler werden hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet, da sie empfindlich sind, über eine einfache Zählschaltung verfügen und schwach strahlende Strahlung erfassen können. GM-Detektoren reagieren im Allgemeinen empfindlicher auf energiearme Strahlung und Strahlung geringer Intensität als Proportional- oder Ionenkammerdetektoren.
• Einfachere Elektronik . GM-Detektoren können mit einfacheren Elektronikpaketen verwendet werden. Die Eingangsempfindlichkeit
  eines typischen GM-Vermessungsinstruments beträgt 300-800 Millivolt, während die Eingangsempfindlichkeit
  eines typischen proportionalen Vermessungsinstruments 2 Millivolt beträgt.

Nachteile des Geiger-Müller-Zählers

• Keine Partikelidentifikation, keine Energieauflösung . Da die Impulshöhe unabhängig von Art und Energie der Strahlung ist, ist eine Unterscheidung nicht möglich. Es gibt keinerlei Informationen über die Art der Ionisation, die den Puls verursacht hat. GM-Detektoren können weder verschiedene Arten von Strahlung (α, β, γ) noch verschiedene Strahlungsenergien unterscheiden. Dies liegt daran, dass die Größe der Lawine unabhängig von der primären Ionisation ist, die sie erzeugt hat.
• Totzeit . Aufgrund der großen Lawine, die durch eine Ionisation hervorgerufen wird, dauert es lange (etwa 1 ms), bis sich ein Geigerzähler zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen erholt hat. Daher können Geigerzähler aufgrund der „ Totzeit “ der Röhre keine hohen Strahlungsraten messen .

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 .

Anwendungen – Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung 

Geigerzähler werden hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet, da sie empfindlich sind, über eine einfache Zählschaltung verfügen und geringe Strahlungswerte erfassen können. Geigerzähler werden wahrscheinlich hauptsächlich für die Einzelpartikeldetektion eingesetzt, sie sind jedoch auch in Gammamessgeräten zu finden. Sie sind in der Lage, nahezu alle Arten von Strahlung zu erfassen, es gibt jedoch geringfügige Unterschiede in der Geiger-Müller-Röhre. Die Geiger-Müller-Röhre erzeugt jedoch eine Impulsausgabe, die für alle erfassten Strahlen gleich groß ist, so dass ein Geigerzähler mit einer Endfensterröhre nicht zwischen Alpha- und Betateilchen unterscheiden kann.

Es gibt zwei Haupttypen der Geigerrohrkonstruktion :

• Typ des Endfensters . Damit Alpha- und Betateilchen von Geigerzählern erkannt werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen werden . Dieses „ Endfenster “ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein fast beliebig dickes Fenster verhindert jedoch, dass Alpha-Partikel in die Kammer gelangen. Das Fenster wird in der Regel von Glimmer mit einer Dichte von etwa aus 1,5 bis 2,0 mg / cm ²Damit Beta-Partikel mit niedriger Energie (z. B. aus Kohlenstoff-14) in den Detektor gelangen können. Die Effizienzminderung für Alpha ist auf den Dämpfungseffekt des Endfensters zurückzuführen, obwohl der Abstand von der zu prüfenden Oberfläche ebenfalls einen signifikanten Effekt hat. Aufgrund der Luftdämpfung sollte eine Alpha-Strahlungsquelle idealerweise weniger als 10 mm vom Detektor entfernt sein.
• Fensterloser Typ . Gammastrahlen haben kaum Probleme, die Metallwände der Kammer zu durchdringen. Daher können Geigerzähler verwendet werden, um Gammastrahlung und Röntgenstrahlen (dünnwandige Röhren) zu erfassen, die zusammen als Photonen bekannt sind, und hierfür wird die fensterlose Röhre verwendet.
  • Ein dickwandiges Rohr wird für die Detektion von Gammastrahlung oberhalb von Energien von ungefähr 25 KeV verwendet. Dieser Typ hat im Allgemeinen eine Gesamtwandstärke von ungefähr 1-2 mm Chromstahl.
  • Eine dünnwandige Röhre wird für energiearme Photonen (Röntgen- oder Gammastrahlen) und energiereiche Beta-Partikel verwendet. Der Übergang von dünnwandiger zu dickwandiger Ausführung erfolgt bei einer Energie von 300–400 keV. Über diesen Niveaus werden dickwandige Konstruktionen verwendet, und unter diesen Niveaus ist der direkte Gasionisationseffekt vorherrschend.

Manchmal wird ein „Pfannkuchen“ -Design der Geiger-Müller-Röhre bevorzugt. Dieser Detektor ist eine flache Geigerröhre mit einem dünnen Glimmerfenster größerer Fläche. Flache Geiger-Röhren wie diese werden als „Pancake“ -Röhren bezeichnet. Solche Rohre sind zum Schutz mit einem Drahtgitter versehen. Diese Konstruktion bietet einen größeren Erfassungsbereich und damit eine höhere Effizienz, um die Überprüfung zu beschleunigen. Der Druck der Atmosphäre gegen den niedrigen Druck des Füllgases begrenzt jedoch die Fenstergröße aufgrund der begrenzten Festigkeit der Fenstermembran.

Anwendungen – Nachweis von Neutronen

Da die Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen, sind sie in erster Linie mit starken Kernkräfte jedoch nicht beschränkt auf elektrische Kräfte. Daher ionisieren Neutronen nicht direkt und müssen normalerweise in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Neutronendetektortyp mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in gemeinsame nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein.

Es ist nicht üblich, aber Geigerzähler können auch zur Neutronendetektion verwendet werden. In diesem Fall muss das Geiger-Müller-Rohr die Innenseite des Rohrs mit Bor beschichtet haben, oder das Rohr muss Bortrifluorid (BF ₃ ) oder Helium-3 als Füllgas enthalten.

Die ankommenden Neutronen produzieren Alpha-Teilchen, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind 10B (n, alpha) 7Li- Reaktionen, die von einer Gamma-Emission von 0,48 MeV begleitet werden .

Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen verursacht eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen.

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 .

Detektion von Neutronen mit dem Geigerzähler

Da die Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen, sind sie in erster Linie mit starken Kernkräfte jedoch nicht beschränkt auf elektrische Kräfte. Daher ionisieren Neutronen nicht direkt und müssen in der Regel in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Typ von Neutronendetektor mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in übliche nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein.

Es ist nicht üblich, aber Geigerzähler können auch zur Detektion von Neutronen verwendet werden. In diesem Fall muss das Innere des Geiger-Müller-Rohrs mit Bor beschichtet sein, oder das Rohr muss Bortrifluorid (BF ₃ ) oder Helium-3 als Füllgas enthalten.

Die einfallenden Neutronen produzieren Alpha-Partikel, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind 10B (n, alpha) -7Li- Reaktionen, die von 0,48 MeV Gamma-Emission begleitet werden .

Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen bewirkt eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen.

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 .

Dickwandiges und dünnwandiges Geigerrohr

Fensterloser Typ . Gammastrahlen haben kaum Probleme, die Metallwände der Kammer zu durchdringen. Daher können Geigerzähler verwendet werden, um Gammastrahlung und Röntgenstrahlen (dünnwandige Röhren) zu erfassen, die zusammen als Photonen bekannt sind, und hierfür wird die fensterlose Röhre verwendet.

• Für die Detektion von Gammastrahlung oberhalb von Energien von ca. 25 keV wird ein dickwandiges Rohr verwendet, das in der Regel eine Gesamtwandstärke von ca. 1-2 mm Chromstahl aufweist.
• Eine dünnwandige Röhre wird für energiearme Photonen (Röntgen- oder Gammastrahlen) und energiereiche Beta-Partikel verwendet. Der Übergang von dünnwandiger zu dickwandiger Ausführung erfolgt bei einer Energie von 300–400 keV. Über diesen Niveaus werden dickwandige Konstruktionen verwendet, und unter diesen Niveaus ist der direkte Gasionisationseffekt vorherrschend.

Manchmal wird ein „Pfannkuchen“ -Design der Geiger-Müller-Röhre bevorzugt. Dieser Detektor ist eine flache Geigerröhre mit einem dünnen Glimmerfenster größerer Fläche. Flache Geiger-Röhren wie diese werden als „Pancake“ -Röhren bezeichnet. Solche Rohre sind zum Schutz mit einem Drahtgitter versehen. Diese Konstruktion bietet einen größeren Erfassungsbereich und damit eine höhere Effizienz, um die Überprüfung zu beschleunigen. Der Druck der Atmosphäre gegen den niedrigen Druck des Füllgases begrenzt jedoch die Fenstergröße aufgrund der begrenzten Festigkeit der Fenstermembran.

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 .

Endfenster und fensterloser Typ des Geigerzählers

Geigerzähler werden hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet, da sie empfindlich sind, über eine einfache Zählschaltung verfügen und geringe Strahlungswerte erfassen können. Geigerzähler werden wahrscheinlich hauptsächlich für die Einzelpartikeldetektion eingesetzt, sie sind jedoch auch in Gammamessgeräten zu finden. Sie sind in der Lage, nahezu alle Arten von Strahlung zu erfassen, es gibt jedoch geringfügige Unterschiede in der Geiger-Müller-Röhre. Die Geiger-Müller-Röhre erzeugt jedoch eine Impulsausgabe, die für alle erfassten Strahlen gleich groß ist, so dass ein Geigerzähler mit einer Endfensterröhre nicht zwischen Alpha- und Betateilchen unterscheiden kann.

Es gibt zwei Haupttypen der Geigerrohrkonstruktion :

• Typ des Endfensters . Damit Alpha- und Betateilchen von Geigerzählern erkannt werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen werden . Dieses „ Endfenster “ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein fast beliebig dickes Fenster verhindert jedoch, dass Alpha-Partikel in die Kammer gelangen. Das Fenster wird in der Regel von Glimmer mit einer Dichte von etwa aus 1,5 bis 2,0 mg / cm ²Damit Beta-Partikel mit niedriger Energie (z. B. aus Kohlenstoff-14) in den Detektor gelangen können. Die Effizienzminderung für Alpha ist auf den Dämpfungseffekt des Endfensters zurückzuführen, obwohl der Abstand von der zu prüfenden Oberfläche ebenfalls einen signifikanten Effekt hat. Aufgrund der Luftdämpfung sollte eine Alpha-Strahlungsquelle idealerweise weniger als 10 mm vom Detektor entfernt sein.
• Fensterloser Typ . Gammastrahlen haben kaum Probleme, die Metallwände der Kammer zu durchdringen. Daher können Geigerzähler verwendet werden, um Gammastrahlung und Röntgenstrahlen (dünnwandige Röhren) zu erfassen, die zusammen als Photonen bekannt sind, und hierfür wird die fensterlose Röhre verwendet.
  • Ein dickwandiges Rohr wird für die Detektion von Gammastrahlung oberhalb von Energien von ungefähr 25 KeV verwendet. Dieser Typ hat im Allgemeinen eine Gesamtwandstärke von ungefähr 1-2 mm Chromstahl.
  • Eine dünnwandige Röhre wird für energiearme Photonen (Röntgen- oder Gammastrahlen) und energiereiche Beta-Partikel verwendet. Der Übergang von dünnwandiger zu dickwandiger Ausführung erfolgt bei einer Energie von 300–400 keV. Über diesen Niveaus werden dickwandige Konstruktionen verwendet, und unter diesen Niveaus ist der direkte Gasionisationseffekt vorherrschend.

Manchmal wird ein „Pfannkuchen“ -Design der Geiger-Müller-Röhre bevorzugt. Dieser Detektor ist eine flache Geigerröhre mit einem dünnen Glimmerfenster größerer Fläche. Flache Geiger-Röhren wie diese werden als „Pancake“ -Röhren bezeichnet. Solche Rohre sind zum Schutz mit einem Drahtgitter versehen. Diese Konstruktion bietet einen größeren Erfassungsbereich und damit eine höhere Effizienz, um die Überprüfung zu beschleunigen. Der Druck der Atmosphäre gegen den niedrigen Druck des Füllgases begrenzt jedoch die Fenstergröße aufgrund der begrenzten Festigkeit der Fenstermembran.

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 .

Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung mittels Geiger-Müller-Zähler

Geigerzähler werden hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet, da sie empfindlich sind, über eine einfache Zählschaltung verfügen und geringe Strahlungswerte erfassen können. Geigerzähler werden wahrscheinlich hauptsächlich für die Einzelpartikeldetektion eingesetzt, sie sind jedoch auch in Gammamessgeräten zu finden. Sie sind in der Lage, nahezu alle Arten von Strahlung zu erfassen, es gibt jedoch geringfügige Unterschiede in der Geiger-Müller-Röhre. Die Geiger-Müller-Röhre erzeugt jedoch eine Impulsausgabe, die für alle erfassten Strahlen gleich groß ist, so dass ein Geigerzähler mit einer Endfensterröhre nicht zwischen Alpha- und Betateilchen unterscheiden kann.

Es gibt zwei Haupttypen der Geigerrohrkonstruktion :

• Typ des Endfensters . Damit Alpha- und Betateilchen von Geigerzählern erkannt werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen werden . Dieses „ Endfenster “ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein fast beliebig dickes Fenster verhindert jedoch, dass Alpha-Partikel in die Kammer gelangen. Das Fenster wird in der Regel von Glimmer mit einer Dichte von etwa aus 1,5 bis 2,0 mg / cm ²Damit Beta-Partikel mit niedriger Energie (z. B. aus Kohlenstoff-14) in den Detektor gelangen können. Die Effizienzminderung für Alpha ist auf den Dämpfungseffekt des Endfensters zurückzuführen, obwohl der Abstand von der zu prüfenden Oberfläche ebenfalls einen signifikanten Effekt hat. Aufgrund der Luftdämpfung sollte eine Alpha-Strahlungsquelle idealerweise weniger als 10 mm vom Detektor entfernt sein.
• Fensterloser Typ . Gammastrahlen haben kaum Probleme, die Metallwände der Kammer zu durchdringen. Daher können Geigerzähler verwendet werden, um Gammastrahlung und Röntgenstrahlen (dünnwandige Röhren) zu erfassen, die zusammen als Photonen bekannt sind, und hierfür wird die fensterlose Röhre verwendet.
  • Ein dickwandiges Rohr wird für die Detektion von Gammastrahlung oberhalb von Energien von ungefähr 25 KeV verwendet. Dieser Typ hat im Allgemeinen eine Gesamtwandstärke von ungefähr 1-2 mm Chromstahl.
  • Eine dünnwandige Röhre wird für energiearme Photonen (Röntgen- oder Gammastrahlen) und energiereiche Beta-Partikel verwendet. Der Übergang von dünnwandiger zu dickwandiger Ausführung erfolgt bei einer Energie von 300–400 keV. Über diesen Niveaus werden dickwandige Konstruktionen verwendet, und unter diesen Niveaus ist der direkte Gasionisationseffekt vorherrschend.

Manchmal wird ein „Pfannkuchen“ -Design der Geiger-Müller-Röhre bevorzugt. Dieser Detektor ist eine flache Geigerröhre mit einem dünnen Glimmerfenster größerer Fläche. Flache Geiger-Röhren wie diese werden als „Pancake“ -Röhren bezeichnet. Solche Rohre sind zum Schutz mit einem Drahtgitter versehen. Diese Konstruktion bietet einen größeren Erfassungsbereich und damit eine höhere Effizienz, um die Überprüfung zu beschleunigen. Der Druck der Atmosphäre gegen den niedrigen Druck des Füllgases begrenzt jedoch die Fenstergröße aufgrund der begrenzten Festigkeit der Fenstermembran.

Aufgrund der großen Lawine, die durch eine Ionisierung verursacht wird, benötigt ein Geigerzähler eine lange Zeit (etwa 1 ms), um sich zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen zu erholen. Geigerzähler können daher aufgrund der „ Totzeit “ der Röhre keine hohen Strahlungsraten messen . Die  Totzeit  ist die Zeit nach jedem Ereignis, in der das System kein anderes Ereignis aufzeichnen kann.

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. Der Geigerzähler sollte keine Störimpulse abgeben und schnell in den passiven Zustand zurückkehren, um für das nächste Strahlungsereignis bereit zu sein. Argon und Helium sind die am häufigsten verwendeten Füllgase und ermöglichen den Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Zum Nachweis von Neutronen sind He-3 und BF ₃ (Bortrifluorid) die am häufigsten verwendeten Gase.

Für jedes in der Kammer gesammelte Elektron verbleibt jedoch ein positiv geladenes Gasion. Diese Gasionen sind im Vergleich zu einem Elektron schwer und bewegen sich viel langsamer. Freie Elektronen sind viel leichter als die positiven Ionen und werden daher viel schneller zur positiven Mittelelektrode gezogen als die positiven Ionen zur Kammerwand. Die entstehende Wolke positiver Ionen in der Nähe der Elektrode führt zu Verzerrungen bei der Gasmultiplikation. Schließlich wandern die positiven Ionen vom positiv geladenen Mitteldraht zur negativ geladenen Wand und werden durch die Aufnahme eines Elektrons neutralisiert. Diese Atome kehren dann in ihren Grundzustand zurück, indem sie Photonen emittieren, die wiederum eine weitere Ionisation und damit falsche Sekundärentladungen erzeugen. Die durch diese Ionisation erzeugten Elektronen bewegen sich in Richtung des zentralen Drahtes und vervielfachen sich unterwegs. Dieser Ladungsimpuls ist unabhängig von der zu detektierenden Strahlung und kann eine Reihe von Impulsen auslösen. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz von verbessert „Quenching“ -Techniken .

Die Löschgasmoleküle haben eine schwächere Affinität für Elektronen als das Kammergas; daher nehmen die ionisierten Atome des Kammergases leicht Elektronen von den Löschgasmolekülen auf. Somit erreichen die ionisierten Löschgasmoleküle die Kammerwand anstelle des Kammergases. Die ionisierten Moleküle des Löschgases werden durch Gewinnung eines Elektrons neutralisiert und die freiwerdende Energie bewirkt keine weitere Ionisierung, sondern eine Dissoziation des Moleküls. Diese Art des Abschreckens ist als  Selbstabschreckung  oder  Innenabschreckung bekannt , da Röhren die Entladung ohne äußere Hilfe stoppen.

Bei Geigerzählern ist auch eine externe Abschreckung, manchmal auch als “ aktive Abschreckung “ oder “ elektronische Abschreckung “ bezeichnet, möglich. Die elektronische Löschung verwendet eine vereinfachte Hochgeschwindigkeitssteuerungselektronik, um die Hochspannung zwischen den Elektroden für eine feste Zeit nach jedem Entladungspeak schnell zu entfernen und wieder anzulegen, um die maximale Zählrate und Lebensdauer der Röhre zu erhöhen.

Spezielle Referenz: US-Ministerium für Energie, Instrumantation und Kontrolle. DOE Fundamentals Handbook, Band 2 vom 2. Juni 1992.