Das Geiger-Müller-Zählrohr
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Verwendung
Zählrohre werden zur Detektierung und Messung ionisierender Strahlung verwendet, demnach ist es möglich damit Alphastrahlungen, Betastrahlungen und Gammastrahlungen feszustellen. Somit gehören sie auch zu Strahlungsdetektoren und Teilchendetektoren. Je nach Bauform und Betriebsspannung kann das Zählrohr als Ionisationskammer Proportionalzählrohr oder als Geiger-Müller-Zählrohr verwendet werden. Es ist einer der robustesten Nachweisgeräte für radioaktive Strahlung.
Aufbau
Der Geiger-Müller-Zählrohr besteht aus einem Metallrohr (Kathode) dieses Rohr hat im inneren ein weitgehend durchlässiges Fenster für Radioaktive Strahlung.In diesem durchlässigen Fenster bzw. Metallrohr befindet sich Edelgas. Im Inneren des Metallrohres verläuft ein Metalldraht (Anode)zwischen dieser Anode und Kathode liegt eine Spannung von ungefähr 400-900V an.
Funktion
Radioaktive Strahlung gelangt durch das Glimmerfenster in das innere des Metallrohrs.
Was passiert mit den Gasatomen im Inneren?
Die Elektronen werden im Edelgas freigesetzt wo sie anschließend durch das elektrische Feld zur Anode wandern.
Wie bewegen sich die Teilchen im Inneren?
Aufgrund der hohen Spannung (400-900V) bewirkt jedes einfallende Teilchen eine selbstständige Gasentladung. Das bedeutet, dass jedes freigesetzte Elektron mindestens ein weiteres Elektron löst bevor es die Anode erreicht.Die beschleunigten Elektronen ionisieren weitere Gasatome, wodurch eine Lawine elektrische geladener Teilchen entsteht. Zudem wird Ultraviolettstrahlung erzeugt, welche die Entladung in entfernte Bereiche des Geigerzählers trägt und dadurch die Entladung über das gesamte Zählrohr ausbreitet. Durch die Ionisierung wird das Gas leitent und der Stromkreis zwischen Anode und Kathode schließt sich. Die Gasentladung brennt separat von der Strahlenenergie. Sie kommt erst zum Erlöschen, wenn die Ionenwolke sich ausgebreitet hat und andere Ionisation abschirmt.Damit sich die Elektronen beim Aufprall nicht vermehren wird hierzu noch ein Löschgas beigemischt.
Was passiert in der elektrischen Verschaltung?
Da sich der Draht entläd erzeugt es einen kurzen Stromstoß im äußeren Stromkreis und wie bekannt erzeugen verstärkte Stromstöße ein Knacken im Lautsprecher.
Totzeit
Während der Totzeit ist der Geigerzähler für weitere Impulse unempfänglich, weil der Prozess zu Zeiträumen führt in dem keine weitere Messungen stattfinden können.
Was passiert bei der Totzeit?
Mit Hilfe das Abspalten der Elektronen entstehen entsprechend viele positiv ionisierte Teilchen. Diese positiven Teilchen wandern zur Kathode, sind aber deutlich langsamer als die Elektronen. Hierdurch geschieht eine Abschirmung der Anode durch die Vielzahl der Ionen. In Folge dessen sinkt die Spannung stark zwischen Kathode und Anode ab. Die Beschleunigung von sonstigen Teilchen wird verringert und die Elektronenkaskade stoppt. Somit kommt der Stromfluss zum Stillstand und das Zählrohr vermisst kein Alarm mehr. Tritt also ein weiteres ionisierendes Teilchen ein, kann dieses möglicherweise nicht bemerkt werden, solange sich die Ionenwolke an der Kathode nicht entladen hat. Das ist die Totzeit.
Geiger-Müller-Zählrohr Typen
Zwei der bekanntesten Geiger-Müller-Zählrohr Typen sind das Endfensterzählrohr und das Fingerzählrohr.
Endfensterzählrohr
Das Endfensterzählrohr verwendet man um Alpha-, Beta- und Gammastrahlungen zu dedektiren. Dieses Zählrohr enthält einen festen Metallmantel und ein kleines weitgehendes Fenster wodurch sogar Aphastrahlungen durch strahlen können. Der Anodendraht verläuft in der Zählrohrachse.
Fingerzählrohr
Das Fingerzählrohr wird benutzt innerhalb Beta- und Gammastrahlungen. Es besteht aus einem dünnen Glasmantel, welches die beiden Strahlungsarten einfallen können. Der Anodendraht verläuft gleichermaßen hier entlang der Zählrohrachse. Als Kathode dient eine Drahtspirale.
Quellen
https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/geiger-muller-zahlrohr-1919
