Geiger-Müller-Zählrohr
Was ein Geiger-Müller-Zählrohr ist und wie damit radioaktive Strahlung gemessen wird, erfährst du hier und im Video dazu!
Inhaltsübersicht
Geiger-Müller-Zählrohr einfach erklärt
Das Geiger-Müller-Zählrohr ist ein Messgerät zum Nachweis ionisierender Strahlung. Dabei bezeichnet „ionisierend“ die Fähigkeit von Strahlung, Elektronen aus Atomen zu lösen.
Diese Eigenschaft wird beim Geiger-Müller-Zählrohr genutzt, um ionisierende Strahlung zu messen.
Dafür befindet sich im Geiger-Zähler ein Edelgas und ein positiv geladener Draht. Trifft die ionisierende Strahlung auf ein Edelgas-Atom, löst sie ein Elektron vom Edelgas-Atom los. Dieses freie Elektron wird dann zum positiv geladenen Draht gezogen und erzeugt einen messbaren Strom.
Ionisierende Strahlung ist jede Teilchenstrahlung oder elektromagnetische Strahlung mit genug Energie, um ein Elektron zu lösen. Zur Teilchenstrahlung gehören Alpha
–, Beta
– und Neutronenstrahlung. Zur elektromagnetischen Strahlung gehören Gamma
– und Röntgenstrahlung.
Ionosierende Strahlung, welche beim Zerfall eines Atomkern entsteht, heißt radioaktive Strahlung.
Geiger-Müller-Zählrohr Aufbau
Der Geigerzähler besteht grundsätzlich aus vier Hauptbestandteilen:
| Metallzylinder (Kathode ) | Gehäuse des Geiger-Müller-Zählrohrs; ist negativ geladen und zieht positive Teilchen an |
| Glimmerfenster | ermöglicht es der Strahlung, ins Gehäuse zu gelangen und hält Verschmutzung ab |
| Draht (Anode ) | befindet sich im Gehäuse, ist positiv geladen und zieht negative Teilchen an |
| Edelgas | Spezielle Atome, welche keine Elektronen mehr aufnehmen können. Dadurch können sie nicht negativ geladen werden. |
Zwischen dem Metallgehäuse und einem Stab im Edelgas liegt eine Spannung an, sodass das Gehäuse negativ und der Stab positiv geladen ist. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld um den Stab herum, welches Elektronen anzieht.
Geiger-Müller-Zählrohr Funktionsweise
Die Aufgabe des Geiger-Müller-Zählrohrs ist es, ionisierende Strahlung nachzuweisen. Dabei ist die Idee, die elektronenlösende Eigenschaft der Strahlung auszunutzen und die gelösten Elektronen dann zu messen. Den genauen Prozess kannst du in drei Schritte unterteilen:
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Strahlung löst Elektron
Ionisierende Strahlung trifft im Geiger-Zähler auf das Edelgas. Dort löst sie ein Elektron vom Gasatom ab. Das restliche Atom ist jetzt positiv geladen, während das freie Elektron negativ geladen ist.
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Elektronen-Lawine
Das positiv geladene Atom (Ion) wird vom negativ geladenen Gehäuse angezogen. Das negativ geladene, freie Elektron wird vom positiv geladenen Stab angezogen. Aufgrund der hohen Spannung zwischen Gehäuse und Stab löst das Elektron auf dem Weg zum Draht weitere Elektronen aus anderen Edelgas-Atomen. Daher bildet sich durch den Kaskadeneffekt eine Elektronen-Lawine.
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Messung der Elektronen-Lawine
Trifft die Elektronenlawine auf den Draht, fließt Strom. Das geschieht so lange, bis alle Elektronen auf dem Draht angekommen sind und alle positiven geladenen Atome am Gehäuse wieder mit neuen Elektronen aufgefüllt wurden. Der Strom am Draht wird dann gemessen.
Übrigens: Einige Geiger-Müller-Zähler besitzen einen Lautsprecher, welcher bei jedem Elektronenstoß kurz knackt. Durch eine hohe Strahlendosis ergibt sich dann ein Rauschen.
Expertenwissen: Totzeit
Der Zeitraum kurz nach dem Eintreffen der Elektronen-Lawine heißt Totzeit. Hier wird kurze Zeit keine Strahlung gemessen.
Der Grund dafür ist: Einfallende Strahlung ionisiert meistens die Edelgas-Atome in der Nähe des Drahtes. Die freien Elektronen gelangen sehr schnell zum Draht. Dagegen benötigen die positiven Gasionen deutlich mehr Zeit, um zur Zählrohrwand (Kathode) zu gelangen.
Dadurch entsteht um den positiv geladenen Draht kurz eine Wolke aus positiv geladenen Gasionen. Zwischen den positiven Gasionen und dem positiven Draht existiert jedoch kein elektrisches Feld, sodass Elektronen nicht mehr zum Draht gezogen werden. Die einfallende Strahlung kann nach wie vor Elektronen lösen. Durch die positive Wolke werden sie jedoch nicht ausreichend beschleunigt, um eine Elektronen-Lawine auszulösen.
Erst sobald die positiv geladenen Gasionen das Gehäuse erreicht haben, kann der Prozess von vorne beginnen. Dann ist nämlich die Spannung zwischen Gehäuse und Draht groß genug, um erneut Elektronen-Lawinen zu erzeugen.
Geiger-Müller-Zählrohr Typen
Es gibt mehrere Typen des Geiger-Müller-Zählrohrs. Die beiden bekanntesten Geiger-Müller-Zählrohr Typen sind das Endfensterzählrohr und das Fingerzählrohr.
- 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 Alphastrahlung einfallen kann. Der Anodendraht verläuft in der Mitte des Zählrohrs.
- Das Fingerzählrohr wird bei Beta- und Gammastrahlung angewendet. Es besteht aus einem dünnen Glasmantel, durch welchen die beiden Strahlungsarten einfallen können. Der Anodendraht verläuft hier auch durch die Mitte des Zählrohrs. Als Kathode dient eine Drahtspirale.
Geiger-Müller-Zähler — häufigste Fragen
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Was misst ein Geigerzähler?
Der Geigerzähler (auch Geiger-Müller-Zählrohr) misst mögliche ionisierende Strahlung. Dazu zählen Alpha-, Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung.
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Wie funktioniert ein Geigerzähler?
Sobald radioaktive Strahlung auf das Gas trifft, werden Elektronen aus dem Gasatom gelöst. Diese können als Strom gemessen werden.
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Was ist ein Geiger Müller Zählrohr?
Ein Geiger Müller Zählrohr ist ein Messgerät zum Erkennen von ionisierender Strahlung. Daher wird ein Geiger Müller Zählrohr auch als radioaktivitäts Zähler bezeichnet.
Radioaktivität
Klasse! Jetzt weißt du, wie ein Geiger-Müller-Zählrohr radioaktive Strahlung nachweist. Mehr über Radioaktivität erfährst du in unserem Video hier!
