Hvordan fungerer Geiger -tællere?

Hvis du er fan af vintage science fiction og gyserfilm som filmen "C.H.U.D. fra 1984, "Du er vant til at få en chill ned ad ryggen, når tegn peger en boksfuld gadget ind i mørket og bliver advaret om tilstedeværelsen af ​​et endnu uset radioaktivt monster af en ildevarslende kliklyd.

Geigertællere er sådan en velkendt rekvisit i gamle film, faktisk, at du ville blive tilgivet for at antage, at de enten er en opfindelse, der kun findes i manuskriptforfatteres sind, eller at de er en forældet teknologi, der gik af mode, da folk stoppede med at bygge atombomber i deres baghave.

I virkeligheden, selvom, Geigertælleren-som i den videnskabelige og tekniske verden er kendt som Geiger-Muller-tælleren-er en egentlig enhed, der stadig bruges hyppigt til at detektere stråling i forskellige indstillinger. Nuclear Regulatory Commission siger, at det er det mest almindeligt anvendte bærbare strålingsinstrument.

Teknologiens oprindelse går tilbage til begyndelsen af ​​1900 -tallet, da den tyske fysiker Hans Geiger arbejdede som assistent for Ernest Rutherford, vinder af Nobelprisen i kemi i 1908. Rutherford udviklede konceptet om, at et atom indeholder en kerne af endnu mindre partikler, og at en kerne kan gå i opløsning og afgive disse partikler. Geiger arbejdede sammen med Rutherford for at udvikle en strålemåleenhed-en tæller til at detektere alfapartiklen, en kombination af to protoner og to neutroner, der afgives af et atom under radioaktivt henfald.

Geigers karriere blev afbrudt første verdenskrig, hvor han tjente som artilleriofficer i den tyske hær, men bagefter, han vendte tilbage til undervisning og forskning. Til sidst gik han sammen med Walther Müller, en af ​​hans kandidatstuderende ved University of Kiel, at forbedre sin tæller, så den kunne detektere andre typer af radioaktive partikler samt alfa -partiklen. Enheden, de skabte, er stort set den samme teknologi, der bruges i dag.

Hvordan fungerer en Geiger -tæller?

En Geiger -tæller er en relativt enkel og billig enhed, bestående af en lavtryksgas - typisk argon eller xenon - i et forseglet kammer, der indeholder to elektroder. Når strålingen når tælleren, det ioniserer gassen, frigøre negativt ladede elektroner fra atomer og skabe positive ioner fra den del af atomet, der er tilbage. En højspændings elektrisk ladning påføres elektroderne, som får de frie elektroner til at rejse til den positive elektrode, som kaldes en anode.

På grund af den høje spænding, der påføres elektroderne, er der et område nær anoden, hvor det resulterende elektriske felt er så stærkt, at det skaber "laviner" af sekundære elektroner, når de primære elektroner nærmer sig anoden, forklarer Marek Flaska, en adjunkt i atomteknik ved Penn State University, i en e -mail.

"Denne 'gasforstærkning' resulterer i et meget stort antal ladninger, der produceres, uanset hvor meget primær ladning der dannes ved stråling, "Flaska skriver." Hvor denne ladning opsamles ved elektroderne, en stor elektrisk impuls skabes af detektoren. Disse impulser er store - flere volt - så der er ikke behov for en ekstra signalforstærker. "

Hvorfor klikker en Geiger -tæller?

Disse pulser skaber de klik, du hører, når radioaktive partikler kommer ind i enheden og får ioner og elektroner til at splitte fra hinanden. Antallet af klik, du hører, angiver, hvor mange gange dette sker på et minut. Ud over, der er normalt et display, der angiver antallet.

Strålingsniveauet talt af en Geiger -tæller udtrykkes i en enhed kaldet microSieverts, eksponering i timen. (En sievert er 1, 000 milliSieverts og 1 million microSieverts.) Så hvis Geiger -tælleren læser 0,25 microSieverts i timen, det betyder, at det registrerede .25 mikroSieverts af stråling på en times tid. Nogle grundlæggende numre, der skal bruges som vejledning:En enkeltorgans CT-scanning giver en stråledosis på ca. 6, 900 microSieverts, ifølge Reuters, mens 2, 000, 000 mikroSievert eksponering vil indikere alvorlig strålingsforgiftning, der kan føre til mulig død, ifølge Pure Earth.

Når du tænder en Geiger -tæller, Du hører normalt nogle klik med det samme, uanset hvor du er, ifølge NRC. Det er på grund af naturligt forekommende baggrundsradioaktivitet, der kommer fra solen, naturligt uran i jorden, visse typer sten, og radon, en naturligt forekommende radioaktiv gas, blandt andre kilder.

Selvom der findes en række andre strålingsdetekteringsteknologier, Geigertælleren er en ret simpel teknologi, der har eksisteret et stykke tid, og de er rimelig billige i dag, med nogle low-end forbrugerversioner på markedet, der koster mindre end $ 100, ifølge Google Shopping.

"GM'ere [Geiger-Muller-tællere] bruges andre steder, især når der ønskes en billig løsning, der ikke kræver forskellig strålingstype eller energi, "forklarer Los Alamos National Laboratory (LANL) i en e -mail.

Mange industrier bruger stadig Geiger -tællere i dag til f.eks. Overvågning af radioaktiv forurening i laboratorier. Lovhåndhævende personale kan bruge sofistikerede versioner af enhederne til at registrere transport af ulovligt radioaktivt materiale, og mange beredskabspersonale bærer dem også, ifølge Department of Homeland Security. I Japan, personlige Geiger -tællere blev hotte sælgere efter ulykken i 2011 ved atomkraftværket i Fukushima Daiichi. De bruges også af prospektører til at finde uran og andre mineraler.

Men Geiger -tællere har også begrænsninger. "En GM -tæller er i sagens natur ikke i stand til at skelne, hvilken type partikel der udløste pulsen eller endda energien af ​​en partikel, "LANL skriver." Fordi hver interaktion producerer den samme pulsstyrke - tænk på en sæt musefælde; når den springes frem, giver den samme respons, uanset om en mus eller en menneskelig fod er ansvarlig, selvom konsekvenserne kan være meget forskellige. "

HowStuffWorks kan optjene en lille provision fra tilknyttede links i denne artikel.

Geiger var kortvarigt en del af "uranklubben, "Tysklands mislykkede indsats for at udvikle en atombombe under Anden Verdenskrig, ifølge Jeremy Bernsteins bog "Hitlers Uranium Club:The Secret Recordings at Farm Hall".