Klick, klick, klick. Das Geräusch eines Geigerzählers wird oft mit Atomwaffen und Fallout in Verbindung gebracht. Während er in diesen Situationen nützlich ist, wird er auch jeden Tag für die Erkennung und Kontrolle von nuklearem Abfall, Nebenprodukten und Exposition in Kernkraftwerken, Krankenhäusern und sogar Bergwerken verwendet.
Diese genialen Geräte ermöglichen es jedem, potenziell schädliche Strahlung in seiner Umgebung zu erkennen, indem er die Kraft der Elektronen und den Abbau instabiler radioaktiver Atome nutzt.
Der Detektor ist der Hauptteil des Geigerzählers. Er ist dafür verantwortlich, ein radioaktives Teilchen, ein sogenanntes radioaktives Isotop, einzufangen, zu detektieren und dann zu signalisieren, dass es den Detektor passiert hat.
Um zu verstehen, was hier vor sich geht, müssen wir zunächst wissen, was radioaktive ionisierende Strahlung ist, warum sie es wert ist, detektiert zu werden, und was das charakteristische Klickgeräusch verursacht.
Atome sind einer der grundlegenden Bausteine der Materie im Universum.
Jedes Element besteht aus Atomen mit einer eigenen Anzahl von subatomaren Teilchen. Wasserstoff ist das einfachste Atom, es hat nur ein positiv geladenes Proton und ein negativ geladenes Elektron. Da es keine neutralen Neutronen hat, ist es extrem stabil und wird heute in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.
Uran hingegen hat 92 Protonen, 92 Elektronen und 146 Neutronen. Damit ist es viel schwerer und instabiler und zerfällt nur sehr langsam in kleinere und stabilere Elemente.
Bei seinem Zerfall setzt es Energie und kleine Teilchen frei. Diese Nebenprodukte des Atomzerfalls haben die Fähigkeit, Elektronen aus anderen Atomen in der Nähe herauszuschlagen und werden daher als ionisierende Strahlung bezeichnet. Merken Sie sich diesen Punkt, denn er ist wichtig, um zu verstehen, wie der Geigerzähler funktioniert.
Strahlung gibt es in drei Haupttypen: Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.
Alpha-Teilchen sind langsam und können nicht weiter als ein paar Zentimeter reisen.
Beta-Teilchen können weiter reisen. Gammastrahlung (kein Teilchen, sondern eine Energiewelle) kann weite Strecken zurücklegen und viele Meter festen Beton durchdringen. Sie ist die gefährlichste Art der ionisierenden Strahlung, da sie in den Körper eindringen und die Atome in unseren Zellen massiv schädigen kann.
Deshalb ist ein Geigerzähler in der Regel so eingestellt, dass er Betateilchen und Gammastrahlung am besten aufspürt, da sie das größte Potenzial haben, unserem Körper zu schaden.
Im einfachsten Fall ist der Detektor ein metallisches Hohlrohr, das ein inertes Gas enthält und durch dessen Mitte ein leitender Draht verläuft. Der Draht wird durch eine Batterie positiv aufgeladen.
Wenn ein radioaktives Atom zerfällt, schlagen die Teilchen und die Energie, die es abschießt, Elektronen aus Milliarden von benachbarten Atomen heraus. Diese freien Elektronen haben zwar nur eine winzige Menge an Ladung, aber wenn sie kombiniert werden, haben sie genug Kraft, um einen kurzen elektrischen Impuls zu verursachen, wenn sie die Gelegenheit dazu bekommen.
Die Gelegenheit dazu bietet in diesem Fall der leitende Draht, der, da er positiv geladen ist, die negativ geladenen Elektronen anzieht.
Jedes Mal, wenn ein radioaktives Atom zerbricht und dabei in der Nähe befindliche Elektronen herausschlägt, baut dies genug Ladung auf, um einen Impuls und damit ein „Klicken“ auf dem Detektor zu erzeugen. Jedes Klicken zeigt an, dass ein einzelnes Atom zerfallen ist, und mehr Klicken bedeutet mehr Atome und damit mehr Strahlung.
Ein normales Niveau des Klickens ist etwa 50 Mal pro Minute. Im Herzen eines Atombombentestgeländes kann sich dies jedoch auf mehr als 50 Mal pro Sekunde erhöhen!
Im Rest des Gehäuses des Geigerzählers befindet sich die Skala, die das Strahlungsniveau anzeigt, ein Lautsprecher zur Übertragung der Klicks und die Batterie.