Zählrohr

Kompakter Geigerzähler für den Außeneinsatz

Der Geigerzähler (auch Geiger-Müller-Indikator oder Geiger-Müller-Zählrohr) ist ein Detektor für ionisierende Strahlung, also z.B. Alpha-, Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlen. Neutronen, die auch bei radioaktiven Zerfällen entstehen können, werden nicht registriert. Der Geigerzähler wurde 1928 von den Physikern Hans Geiger und Walther Müller in Kiel erfunden. In den meisten Fällen wird er heute eingesetzt, um radioaktive Substanzen zu erkennen, bzw. deren Gefahrenpotential zu beurteilen. (Störfälle von Kernkraftwerken, Prüfung auf Kontamination von Lebensmitteln/Personen/Objekten, physikalische Versuche)

Aufbau

Der Hauptbestandteil des Geigerzählers ist ein Metallrohr, das die Kathode (-) bildet, und in dessen Mitte sich ein Draht befindet, der als Anode (+) dient. Am vorderen Ende befindet sich ein strahlendurchlässiges Fenster (z. B. aus Glimmer), während im hinteren ein Isolator steckt, der auch die Anode hält. Im Innern befindet sich ein Edelgas (bildet keine negativen Ionen, z. B. Argon) mit geringem Druck (um 100 hPa absolut). Zwischen Anode und Kathode liegt eine Gleichspannung von mehreren hundert Volt an.

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Funktion

Tritt ionisierende Strahlung ein, so trennt diese auf ihrer Flugbahn Hüllenelektronen des Edelgases von ihren Atomkernen. Die Elektronen werden aufgrund der elektrischen Feldkraft in Richtung Anode beschleunigt und kollidieren dabei mit weiteren Gasmolekülen, die so ebenfalls ionisiert werden. (Stoßionisation, Gasentladung). Die so lawinenartig freigesetzten Elektronen ermöglichen nun einen Stromfluss zwischen Anoden und Kathode, der mittels eines in den Stromkreis eingeschalteten Widerstandes in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Dieses Signal wird dann elektronisch verstärkt und entweder als akustisches (Knacken, Piepston) oder optisches Signal (blinken eines Lämpchens) angezeigt. Um die Aktivität eines Präparates abschätzen zu können, werden diese Impulse außerdem von einer Zählerschaltung erfasst.

Einschränkungen

Unmittelbar nach dem Auslösen einer Gasentladung ist das Zählrohr für eine kurze Zeit (ca. 0,1 Millisekunde) nicht empfänglich für weitere Impulse, was als "Totzeit" bezeichnet wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass die nach der Ionisation positiv geladenen Gasatome das elektrische Feld von der Anode abschirmen. Erst wenn die Ionenwolke zur Kathode gewandert ist, um sich dort zu entladen, und wenn die Gasentladung mittels spezieller Zusätze (z. B. Halogene) gelöscht ist, kann der Prozess erneut ausgelöst werden. Weiterhin erfassen einfache Geigerzähler nur die Anzahl der registrierten Impulse, sprich die Aktivität, was keinen Rückschluss auf die Strahlungsart erlaubt. Die unterschiedliche Ionisierungsfähigkeit und kinetische Energie von z. B. Alpha- und Gammastrahlung bleibt unberücksichtigt. Um diesen Nachteil auszugleichen, können Geiger-Müller-Rohre auch im sog. Proportionalbereich betrieben werden, um nicht nur die Aktivität einer Strahlungsquelle, sondern auch deren Energiedosis ermitteln zu können. Siehe Proportionalzählrohr.