Jak działają liczniki Geigera?

Jeśli jesteś fanem klasycznych filmów science fiction i horrorów, na pewno przyzwyczaiłeś się do dreszczy, które pojawiają się gdy bohater celuje gadżetem wykrywającym promieniowanie i wydającym charakterystyczny dźwięk w ciemność, z której po chwili wyłania się radioaktywny potwór.

Liczniki Geigera są tak znanym rekwizytem w starych filmach, że niektórzy mogliby założyć, że są albo wynalazkiem, który istnieje tylko w umysłach scenarzystów, albo że są przestarzałą technologią, która wyszła z mody, kiedy ludzie przestali budować schrony przeciwatomowe na swoich podwórkach.

W rzeczywistości jednak licznik Geigera – który w świecie naukowym i technicznym jest znany jako licznik Geigera-Mullera – jest rzeczywistym urządzeniem, które nadal jest często używane do wykrywania promieniowania w różnych okolicznościach. Komisja Regulacji Jądrowej twierdzi, że jest to najczęściej używany przenośny instrument do wykrywania promieniowania.

Początki technologii sięgają wczesnych lat XX wieku, kiedy niemiecki fizyk Hans Geiger pracował jako asystent Ernesta Rutherforda, laureata Nagrody Nobla z chemii w 1908 roku. Rutherford opracował koncepcję, że atom zawiera jądro jeszcze mniejszych cząstek i że jądro to może się rozpaść i uwalniać te cząstki. Geiger współpracował z Rutherfordem nad opracowaniem urządzenia do pomiaru promieniowania – licznika do wykrywania cząstki alfa, połączenia dwóch protonów i dwóch neutronów, które są wydzielane przez atom podczas rozpadu radioaktywnego.

Kariera Geigera została przerwana podczas I wojny światowej, w której służył jako oficer artylerii w armii niemieckiej, ale potem wrócił do nauczania i badań. W końcu połączył siły z Walterem Müllerem, jednym z jego doktorantów na Uniwersytecie w Kilonii, aby ulepszyć swój licznik, tak aby mógł wykrywać inne typy cząstek radioaktywnych, a także cząstkę alfa. Stworzone przez nich urządzenie jest w zasadzie tą samą technologią, która jest używana dzisiaj.

Jak działa licznik Geigera?

Licznik Geigera to stosunkowo proste i niedrogie urządzenie, składające się z gazu o niskim ciśnieniu – zwykle argonu lub ksenonu – zawierającej dwie elektrody umieszczone w szczelnej komorze. Kiedy promieniowanie dociera do licznika, jonizuje gaz, uwalniając ujemnie naładowane elektrony z atomów i tworząc jony dodatnie z pozostałej części atomu. Do elektrod przykładany jest ładunek elektryczny o wysokim napięciu, co powoduje, że wolne elektrony przemieszczają się do elektrody dodatniej, zwanej anodą.

Ze względu na wysokie napięcie przyłożone do elektrod w pobliżu anody znajduje się obszar, w którym powstające pole elektryczne jest tak silne, że tworzy “lawiny” elektronów wtórnych, gdy elektrony pierwotne zbliżają się do anody – wyjaśnia Marek Flaska, professor ds. inżynierii jądrowej na Penn State University.

“To ‘wzmocnienie gazowe’ skutkuje powstaniem bardzo dużej liczby ładunków, niezależnie od tego, ile ładunku pierwotnego wytworzy promieniowanie”- pisze Flaska. “Tam, gdzie ten ładunek jest zbierany na elektrodach, detektor wytwarza duży impuls elektryczny. Impulsy te są duże – kilka voltów – więc nie jest potrzebny dodatkowy wzmacniacz sygnału”.

Wczesny model licznika Geigera.

Dlaczego licznik Geigera klika?

Impulsy te powodują kliknięcia, które słyszysz, gdy cząsteczki radioaktywne dostają się do urządzenia i powodują rozpad jonów i elektronów. Liczba kliknięć, które słyszysz, wskazuje, ile razy dzieje się to w ciągu minuty. Ponadto zwykle urządzenie wyposażone jest w wyświetlacz, który wskazuje konkretną liczbę.

Poziom promieniowania zliczany przez licznik Geigera jest wyrażany w jednostce zwanej mikrosiwertami na godzinę ekspozycji. (Jeden siwert to 1000 milisiwertów i 1 milion mikrosiwertów). Zatem jeśli licznik Geigera wskazuje 0,25 mikrosiwerta na godzinę, oznacza to, że wykrył 0,25 mikrosiwertów promieniowania w ciągu godziny. Kilka podstawowych liczb dla porównania: Według Reutera badanie CT pojedynczego organu daje dawkę promieniowania wynoszącą około 6900 mikrosiwertów, podczas gdy ekspozycja na 2 000 000 mikrosiwertów wskazywałaby na poważne zatrucie radiacyjne prowadzące do możliwej śmierci.

Zgodnie z Nuclear Regulatory Commission (NRC) po włączeniu licznika Geigera od razu usłyszysz kilka kliknięć, niezależnie od tego, gdzie jesteś. Dzieje się tak z powodu naturalnie występującej radioaktywności tła, która pochodzi między innymi ze słońca, naturalnego uranu w glebie, niektórych rodzajów skał i radonu, naturalnie występującego gazu radioaktywnego.

Chociaż istnieje wiele innych dostępnych technologii wykrywania promieniowania, licznik Geigera jest dość prostą konstrukcją, która istnieje od jakiegoś czasu i jest niedroga, a niektóre z wersji konsumenckich na rynku kosztują mniej niż 250 PLN.

“GM [liczniki Geigera-Mullera] są używane tam, gdzie pożądane jest tanie rozwiązanie, które nie wymaga rozróżniania typu lub energii promieniowania” – wyjaśnia Los Alamos National Laboratory (LANL).

Wiele gałęzi przemysłu nadal używa liczników Geigera do takich celów, jak monitorowanie skażeń radioaktywnych w laboratoriach. Funkcjonariusze organów ścigania mogą korzystać z zaawansowanych wersji urządzeń do wykrywania transportu nielegalnych materiałów radioaktywnych. W Japonii osobiste liczniki Geigera stały się bardzo popularne po wypadku w elektrowni atomowej Fukushima Daiichi w 2011 roku. Są również wykorzystywane przez poszukiwaczy do znajdowania uranu i innych minerałów.

Ale liczniki Geigera mają również swoje ograniczenia. “Licznik GM z natury nie jest w stanie stwierdzić, jaki typ cząstki wyzwolił impuls” – pisze LANL. “Ponieważ każda interakcja wytwarza taką samą siłę pulsu – pomyśl o ustawionej pułapce na myszy, gdy jest to urządzenie sprężynowe, wywołuje tę samą reakcję, niezależnie od tego, czy odpowiada za to mysz, czy ludzka stopa, chociaż konsekwencje mogą być znacząco różne”.

 

Źródła: Patrick J. Kiger / howstuffworks

Geiger-Mueller counter

Hans Geiger—German Physicist and the Geiger Counter

Ernest Rutherford Biographical

Alpha particles

Geiger counters

What is a Geiger Counter?

How much radiation is dangerous?

What is it, how much is dangerous, and how does Fukushima compare to Chernobyl?

What is background radiation? Is background radiation a risk to me and my family?

How Can You Detect Radiation?

How to Use a Geiger Counter

Personal Radiation Detectors

Demand for personal Geiger counters soars in Japan

Zdjęcia: GettyImages

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x