Geigera skaitītājs

Geigera skaitītājs jeb Geigera—Millera skaitītājs ir gāzizlādes ierīce, kas paredzēta jonizējošā starojuma daļiņu reģistrēšanai. Geigera skaitītājs ir pats vienkāršākais, pazīstamākais un pieejamākais radioaktivitātes sensors. Par Geigera skaitītājiem mēdz saukt arī radiācijas mērīšanas aparatūru, kurā izmantotas attiecīgās gāzizlādes ierīces (dažkārt kļūdaini par Geigera skaitītāju sauc jebkuru dozimetru vai radiometru). Angļu valodā par Geigera skaitītājiem (Geiger counter) sauc radiācijas mērierīces, bet pašus sensorus — par Geigera caurulītēm jeb Geigera sensoriem (Geiger tube, Geiger sensor).

Vēsture

Ierīci jonizējošā starojuma atklāšanai izgudroja Hanss Geigers 1908. gadā nesen radušās fizikas nozares — kodolfizikas — vajadzībām. To uzlaboja viņa līdzstrādnieks Valters Millers 1928. gadā. Tādēļ Geigera skaitītāja pilnais nosaukums ir Geigera—Millera skaitītājs.

Uzbūve

Geigera skaitītājs sastāv no stikla vai metāla balona, kurā zemā spiedienā iepildīts viegli jonizējamu inertu gāzu maisījums (neons, argons) ar speciālām halogēnu (hlora, broma) piedevām, un diviem elektrodiem (metālisks balons pats var kalpot kā ierīces katods). Elektrodiem tiek pievadīts augstspriegums (parasti ap 400 V). Ierīces konstrukcija atkarīga no reģistrējamā starojuma veida.

Darbības princips

Pēc būtības Geigera skaitītājs ir ar gāzi pildīts kondensators, kurš tiek atgriezeniski caursists, caur gāzi izlidojot augstas enerģijas daļiņai. Kamēr šādu daļiņu nav, gāze skaitītāja balonā netiek jonizēta. Daļiņa savā ceļā rada jonizācijas centrus - pēdas no joniem un elektroniem. Fotonu starojums (gamma stari, rentgenstari, UV stari) jonizāciju rada netieši, caur fotoefektu, Komptona efektu, daļiņu-antidaļiņu pāru veidošanos. Tā kā ierīces elektrodiem pielikts augsts spriegums, starp tiem pastāv spēcīgs elektriskais lauks, kurā sākotnējie primārie elektroni tiek paātrināti un jonizē citus gāzes atomus. Process notiek lavīnveidīgi, radot starpelektrodu telpā elektronu un jonu mākoni, kas krasi paaugstina gāzes vadītspēju, radot izlādi (caur stikla balonu dažkārt redzama pat ar neapbruņotu aci). Halogēna (vecos skaitītājos spirta tvaiku) piemaisījums nodrošina ātru lādiņu rekombināciju un izlādes izbeigšanos. Rekombinācija tomēr notiek daudz lēnāk nekā izlādes rašanās (jo ātrāk, jo ātrdarbīgāks ir skaitītājs). Ir arī tādi skaitītāju tipi, kam izlādes dzēšanu nodrošina īpaša elektriska shēma.
Papildus elektroniskā shēma nodrošina radušos elektrisko impulsu skaitīšanu un pārveidošanu radioaktivitātes mērvienībās.

Izmantošana

Geigera skaitītājus visbiežāk izmanto gamma staru un augstas enerģijas bēta staru reģistrēšanai. Šādiem skaitītājiem ir ļoti plāna (0,05—0,06 mm) nerūsējošā tērauda balons. Skaitītāji ar stikla balonu izmantojami tikai γ-staru konstatēšanai, jo jau 1 mm biezs stikla slānis tikpat kā nelaiž cauri β-starojumu. Arī par 0,2 mm biezāki metāla korpusi nav jutīgi pret β-stariem.
Ja nepieciešams reģistrēt zemas enerģijas elektronus (β-starus), korpusā izveido speciālus lodziņus no ļoti plānas vizlas.
Alfa starus ar Geigera skaitītājiem tikpat kā nav iespējams mērīt, jo tie nespēj iziet cauri korpusam un ierosināt jonizāciju.
Rentgenstaru sensoriem lodziņus izgatavo no berilija, bet ultravioleto staru sensoriem - no kvarca stikla.
Geigera skaitītājiem, kas paredzēti neitronu skaitīšanai, gāzei pievieno bora savienojumus. Iedarbojoties ar boru, neitroni rada alfa daļiņas, kas ļoti labi rada izlādi, jo veidojas tieši ierīces iekšienē.
Eksotisks Geigera skaitītāju pielietojums ir gadījumskaitļu ģeneratoros — radiācijas fona daļiņas tiek izstarotas pēc nejaušības principa.