Im Allgemeinen sind der Geigerzähler und auch der Proportionalzähler Arten von Gasionisationsdetektoren. Diese können nach der an den Detektor angelegten Spannung kategorisiert werden:
Wie bei anderen Detektoren können Ionisationskammern im Strom- oder Impulsmodus betrieben werden. Im Gegensatz dazu werden Proportional- oder Geigerzähler fast immer im Pulsmodus verwendet. Detektoren ionisierender Strahlung können sowohl zur Aktivitätsmessung als auch zur Dosismessung eingesetzt werden. Mit dem Wissen über die Energie, die zur Bildung eines Ionenpaars benötigt wird, kann die Dosis erhalten werden.
Geigerzähler
Der Geigerzähler , auch Geiger-Müller-Zähler genannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten ionisierender Strahlung erfasst . Dieses Gerät ist nach den beiden Physikern benannt, die 1928 die Theke erfanden. Müller war Schüler von Hans Geiger. Geigerzähler werden häufig in Anwendungen wie der Strahlendosimetrie, dem Strahlenschutz , der experimentellen Physik 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 Ionisierungseffekts erfassen , der in einer Geiger-Müller-Röhre erzeugt wird, die dem Instrument seinen Namen gibt. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen der Region Geiger-Müller entsprechen .
Vorteile des Geiger-Müller-Zählers
- Hohe Verstärkung . Ein starkes Signal (der Verstärkungsfaktor kann etwa 10 10 erreichen ) wird von diesen Lawinen mit Form und Höhe unabhängig von der primären Ionisation und der Energie des detektierten Photons erzeugt. Der Spannungsimpuls wäre in diesem Fall groß und leicht erkennbar ≈ 1,6 V. Der technische Vorteil eines Geigerzählers ist seine einfache Konstruktion und seine Unempfindlichkeit gegenüber kleinen Spannungsschwankungen. Da der Prozess der Ladungsverstärkung das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich verbessert, ist die anschließende elektronische Verstärkung normalerweise nicht erforderlich.
- Einfachheit . GM-Zähler werden aufgrund ihrer Empfindlichkeit, einfachen Zählschaltung und Fähigkeit zur Erfassung von Strahlung mit niedrigem Pegel hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet . GM-Detektoren reagieren im Allgemeinen empfindlicher auf Strahlungen mit niedriger Energie und 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 .
Proportionalzähler
Ein Proportionalzähler , auch als Proportionaldetektor bekannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten ionisierender Strahlung erfasst. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem Proportionalbereich entsprechen . In diesem Bereich ist die Spannung hoch genug, um die Primärelektronen mit ausreichender Beschleunigung und Energie zu versorgen, damit sie zusätzliche Atome des Mediums ionisieren können. Diese gebildeten Sekundärionen ( Gasverstärkung ) werden ebenfalls beschleunigt, was einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt verursacht , der einen einzelnen großen elektrischen Impuls erzeugt.
Vorteile von Proportionalzählern
- Verstärkung . Gasförmige Proportionalzähler arbeiten normalerweise in hohen elektrischen Feldern in der Größenordnung von 10 kV / cm und erreichen typische Verstärkungsfaktoren von etwa 10 5 . Da der Verstärkungsfaktor stark von der angelegten Spannung abhängt, ist die gesammelte Ladung (Ausgangssignal) auch von der angelegten Spannung abhängig und Proportionalzähler benötigen eine konstante Spannung. Der hohe Verstärkungsfaktor des Proportionalzählers ist der Hauptvorteil gegenüber der Ionisationskammer.
- Empfindlichkeit . Der Prozess der Ladungsverstärkung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich und reduziert die nachfolgende erforderliche elektronische Verstärkung. Da der Prozess der Ladungsverstärkung das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich verbessert, ist die anschließende elektronische Verstärkung normalerweise nicht erforderlich. Proportionalzählererkennungsinstrumente sind sehr empfindlich gegenüber geringen Strahlungswerten. Darüber hinaus ist bei der Messung der Stromabgabe ein Proportionaldetektor für Dosisraten nützlich,
da das Ausgangssignal proportional zur durch Ionisation abgelagerten Energie und daher proportional zur Dosisrate ist. - Spektroskopie . Durch geeignete funktionale Anordnungen, Modifikationen und Vorspannungen kann der Proportionalzähler verwendet werden, um Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung in gemischten Strahlungsfeldern zu erfassen. Darüber hinaus können Proportionalzähler Partikel identifizieren und Energie messen (Spektroskopie). Die Impulshöhe spiegelt die Energie wider, die durch die einfallende Strahlung im Detektorgas abgelagert wird. Als solches ist es möglich, die größeren Impulse, die von Alpha-Partikeln erzeugt werden , von den kleineren Impulsen zu unterscheiden, die von Beta-Partikeln oder Gammastrahlen erzeugt werden .
Nachteile von Proportionalzählern
- Konstante Spannung . Wenn Instrumente im Proportionalbereich betrieben werden, muss die Spannung konstant gehalten werden . Bleibt eine Spannung konstant, ändert sich auch der Gasverstärkungsfaktor nicht. Der Hauptnachteil bei der Verwendung von Proportionalzählern in tragbaren Instrumenten besteht darin, dass sie eine sehr stabile Stromversorgung und einen Verstärker benötigen, um konstante Betriebsbedingungen (in der Mitte des Proportionalbereichs) zu gewährleisten. Dies ist in einem tragbaren Instrument schwer vorzusehen, und deshalb werden Proportionalzähler eher in festen oder Laborinstrumenten verwendet.
- Abschrecken . Für jedes in der Kammer gesammelte Elektron bleibt ein positiv geladenes Gasion übrig. Diese Gasionen sind im Vergleich zu einem Elektron schwer und bewegen sich viel langsamer. Freie Elektronen sind viel leichter als die positiven Ionen, daher werden sie viel schneller zur positiven Zentralelektrode gezogen als die positiven Ionen zur Kammerwand. Die resultierende Wolke positiver Ionen in der Nähe der Elektrode führt zu Verzerrungen bei der Gasvermehrung. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz von „ Lösch “ -Technikenverbessert.
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