Kernphysik

Geiger-Müller-Zählrohr

Was es mit dem Geiger-Müller-Zählrohr auf sich hat und wie es funktioniert erfährst du hier.

Schau dir am besten noch unser Video  an. Hierin haben wir für dich alle wichtigen Informationen audiovisuell aufbereitet.

Inhaltsübersicht

Geiger-Müller-Zählrohr einfach erklärt

Du benutzt ein Geiger-Müller-Zählrohr, oder auch Geigerzähler, zur Detektierung ionisierender Strahlung. Demnach ist es damit möglich Alphastrahlung , Betastrahlung  und Gammastrahlung  festzustellen. 

Dieses Strahlungsmessgerät ist relativ einfach aufgebaut. Das zentrale Bauteil ist eine Metallröhre. Sie dient als Kathode und ist mit einem Edelgas befüllt. Das Gas darin hat in etwa einen Druck von 200 hPa (Hektopascal). Entlang der zentralen Achse der Röhre ist ein Wolframdraht als Anode gespannt. Zwischen dieser Anode und Kathode legst du eine Hochspannung von mehreren Hundert Volt an.

Ionisierende Strahlung, die in das Rohr einfällt, spaltet Elektronen von den Gas Atomen ab. Das löst eine Elektronenkaskade aus. Dadurch weist das Gas leitende Eigenschaften auf und der Stromkreis schließt sich. An der Anode wird ein Widerstand angebracht, an welchem eine Spannung abgegriffen wird. Diese löst ein akustisches Signal aus, ein Knacken. Somit weißt du, dass ionisierende Strahlung in das Geiger-Müller-Zählrohr eingefallen ist.

Geiger-Müller-Zählrohr Aufbau

Ein Geiger-Müller-Zählrohr besteht aus einem Metallrohr, welches zur Strahlungsmessung dient und den elektronischen Messgeräten.  

Das Geiger-Müller-Rohr ist mit einem Edelgas unter niedrigem Druck befüllt. An dieses liegt eine Hochspannung von ungefähr 400 bis 900 Volt an. Um die Gasentladung zu beenden, werden dem Edelgas zudem noch Halogene oder organische Stoffe wie Alkohol beigemischt. 

Der Geigerzähler zählt entweder Ionisationsereignisse oder Strahlendosen.  Ereignisse werden meist gezählt, wenn man Alphastrahlung oder Betastrahlung detektieren will. Dieser Aufbau ist der einfachste. Die Ausgabe erfolgt entweder als Zählrate (Ereignisse pro Sekunde) oder als Gesamtmessung über einen festen Zeitraum.
Die Strahlendosis zu bestimmen ist aufwendiger. Der Geigerzähler stellt nur die Anwesenheit von Strahlung fest, jedoch nicht deren Energie. Die Ionisation der Strahlung wird jedoch maßgeblich durch die Energie beeinflusst.  Daher braucht man ein Geiger-Müller-Zählrohr, welches die Dosis in Relation zur Zählrate anzeigt. Die Elektronik wendet hierzu bestimmte, vordefinierte Faktoren an um diese Relation herzustellen. Die Wahl hierbei ist an ein Gerät gebunden und abhängig von dessen Aufbau und Kalibrierung. 

Das gemessene Signal kann im Anschluss digital oder analog ausgegeben werden. 

Elektronenkaskade, Geiger-Müller-Zähler, Geigerzähler, Funktionsweise, Aufbau
direkt ins Video springen
Geiger-Müller-Zähler Aufbau

Geiger-Müller-Zählrohr Funktionsweise

Damit du dein Geiger-Müller-Zählrohr verwenden kannst, musst du zunächst eine Gleichspannung zwischen der Kathode und der Anode anlegen. Die durch die ionisierende Strahlung freiwerdenden Elektronen wandern aufgrund des elektrischen Feldes  zur Anode

Diese Elektronen werden durch ionisierende Teilchen freigesetzt. Aufgrund der hohen Spannung bewirkt jedes einfallende Teilchen eine selbstständige Gasentladung. Das bedeutet, dass jedes freigesetzte Elektron mindestens ein weiteres Elektron löst bevor es die Anode erreicht. Dadurch bildet sich ein Kaskadeneffekt aus. Zudem wird Ultraviolettstrahlung erzeugt, welche die Entladung in entfernte Bereiche des Geigerzählers trägt und dadurch die Entladung über das gesamte Zählrohr ausbreitet.

Die Gasentladung brennt unabhängig von der Strahlenenergie. Sie kommt erst zum Erlöschen, wenn die Ionenwolke sich ausgebreitet hat und weitere Ionisation abschirmt.  Damit Elektronen beim Aufprall auf die Röhrenwand keine weiteren Entladungen auslösen, wird zudem noch ein Löschgas beigemischt.

Wie du dir sicher denken kannst, führt der Prozess zu Zeiträumen, in welchen keine weitere Messung stattfinden kann. Diese Zeiträume heißen Totzeit

Elektronenkaskade, Geiger-Müller-Zähler, Geigerzähler, Funktionsweise, Aufbau
direkt ins Video springen
Elektronenkaskade

Geiger-Müller-Zählrohr Typen

Die beiden bekanntesten Geiger-Müller-Zählrohr Typen sind das Endfensterzählrohr und das Fingerzählrohr

Endfensterzählrohr

Das Endfensterzählrohr kannst du benutzen um Alpha-, Beta- und Gammastrahlung zu detektieren. Es hat einen festen Metallmantel und an einem Ende ein kleines Fenster, durch welches sogar Alphastrahlung einfallen kann. Der Anodendraht verläuft in der Zählrohrachse. 

Fingerzählrohr

Das Fingerzählrohr benutzt du bei Beta- und Gammastrahlung. Es besteht aus einem dünnen Glasmantel, durch welchen die beiden Strahlungsarten einfallen können. Der Anodendraht verläuft auch hier entlang der Zählrohrachse. Als Kathode dient eine Drahtspirale.

Geiger-Müller-Zählrohr Totzeit

Während der Totzeit ist der Geigerzähler für weitere Impulse unempfänglich. Durch das Abspalten der Elektronen entstehen entsprechend viele positiv ionisierte Teilchen. Diese wandern in Richtung der Kathode, sind aber langsamer als die Elektronen. Dadurch erfolgt eine Abschirmung der Anode durch die Vielzahl der Ionen. In Folge dessen sinkt die Spannung zwischen Kathode und Anode stark ab. Die Beschleunigung von weiteren Teilchen wird reduziert und die Elektronenkaskade stoppt.  Somit kommt der Stromfluss zum Stillstand und das Zählrohr misst kein Signal mehr.  Tritt also ein weiteres ionisierendes Teilchen ein, kann dieses unter Umständen nicht registriert werden, solange sich die Ionenwolke an der Kathode nicht entladen hat. Das ist die Totzeit. Durch sie auftretende Messabweichungen können mit folgender Formel annähernd korrigiert werden:

M = \frac{M'}{1 - T \cdot M'}

Hierbei ist M' die gemessene Zählrate des Geigerzählers, T die Totzeit und M die korrigierte Zählrate des Geigerzählers.

Geiger-Müller-Zählrohr Anwendung

Den Geigerzähler benutzt du um radioaktive Strahlung nachzuweisen. Dieses Gerät ist insbesondere im Bergbau und Umweltschutz wichtig. In beiden Fällen ist es in erster Linie nicht wichtig die Strahlung selbst zu identifizieren. Zum Schutz von Menschen und Umwelt, muss vorrangig festgestellt werden ob strahlende Quellen vorhanden sind.


Beliebte Inhalte aus dem Bereich Kernphysik

Hallo, leider nutzt du einen AdBlocker.

Auf Studyflix bieten wir dir kostenlos hochwertige Bildung an. Dies können wir nur durch die Unterstützung unserer Werbepartner tun.

Schalte bitte deinen Adblocker für Studyflix aus oder füge uns zu deinen Ausnahmen hinzu. Das tut dir nicht weh und hilft uns weiter.

Danke!
Dein Studyflix-Team

Wenn du nicht weißt, wie du deinen Adblocker deaktivierst oder Studyflix zu den Ausnahmen hinzufügst, findest du hier eine kurze Anleitung. Bitte lade anschließend die Seite neu.