Geiger-Müllerrör
Från Rilpedia
Geiger-Müllerröret, eller GM-räknaren, är ett instrument som detekterar joniserande strålning och är namngiven efter Hans Geiger och Walther Müller. GM-röret är en gasfylld detektor, mycket likt en proportionalräknare. Skillnaden är att GM-röret använder ett starkare elektriskt fält. GM-röret är cylindrisk, precis som proportionalräknaren, för att erhålla ett kraftigare elektriskt fält. Katoden av en cylinder, anoden utgörs av en tråd i mitten av cylindern (se figur).
Innehåll |
Geigerurladdning
När en inkommande partikel joniserar gasen i röret bildas positiva joner och elektroner. Jonerna drivs mot katoden och elektronerna mot anoden (tråden i mitten). Vid en lämplig spänning får elektronerna tillräcklig energi för att slå ut nya elektroner samt energi till att färdas vidare mot anoden. I samband med att fler och fler elektroner slås ut, uppstår en så kallad elektronlavin nära tråden.
När elektronerna under sin färd kolliderar med gasmolekyler exciteras dessa som snabbt (inom några nanosekunder) återgår till sitt grundtillstånd igen. När exciterade atomer återgår till grundtillståndet sänder de ut fotoner som i sin tur kan slå ut nya elektroner (via växelverkan genom fotoelektrisk absorption). När dessa nya elektroner drivs mot anoden medför det ännu fler laviner, fotonerna skapar alltså en kedjereaktion. Hela processen fortskrider mycket snabbt, detta kallas för Geigerurladdning.
I samband med lavinerna uppstår även fler och fler positiva joner. Dessa rör sig relativt långsamt på grund av dess relativt höga massa i förhållande till elektronen, och samlas runt tråden (där de i princip bildas i samband med laviner). I stort antal kommer de positiva jonerna att ändra det elektriska fältet i röret, och till slut kommer hela urladdningen att stoppas eftersom det elektriska fältet inte längre är tillräckligt för att starta nya laviner (gasmultiplikation). Under denna tid, även kallad dödtid, registreras inga nya pulser, och partiklar kan därför passera obemärkt.
När jonerna sakta (relativt elektronerna) driver mot katodhöljet, kan de slå ut elektroner som återigen rör sig mot anoden. Vi får till slut tillbaka det elektriska fältet och en ny urladdning startar utan tillförsel av nya partiklar (så kallade falska urladdningar).
Kvävningsgaser
Falska urladdningar vill man förstås undvika eftersom de sker utan tillförsel av nya partiklar, man får ingen bra koll på hur många partiklar som kommit in i röret. Detta kan man hindra genom att ha en relativ koncentration av en annan kvävningsgas i GM-röret. Denna gas ska ha en sådan funktion att när de positiva jonerna driver mot katoden ska de krocka med denna kvävningsgas och föra över positiva laddningar (överföring av elektroner från kvävningsgasen). Då kvävningsgasen får en positiv laddning så kommer istället dessa att driva mot den negativa katoden, och lämpligen ska de då inte kunna slå ut nya elektroner (vilket den andra gasen annars skulle ha gjort). Energin går åt till att bryta upp den komplexa strukturen hos den valda kvävningsgasen och lämnar inte kvar någon energi till att slå ut elektroner, vilket är önskvärt. Detta kallas för inre kvävning.
En koncentration av sådana gaser brukar ligga runt 5-10%. Etylalkohol och halogener (till exempel klorgas och bromgas) är några vanliga kvävningsgaser som brukar förekomma.
Ett annat sätt är yttre kvävning. Då reducerar man spänningen över röret en kort stund efter varje puls. Man kan också ge kretsen en stor tidskonstant.
Se även
Referenser
- Laboration K3 (FYS001) för studier av GM-rör och radioaktivitet vid fysiska insitutionen, Lunds Universitet
