Das Geiger-Müller-Zählrohr (Geigerzähler)

DAS GEIGER - MüLLER - ZäHLROHR

Das Geiger - Müller - Zählrohr, das 1928 von Hans Geiger und Walter Müller entwickelt wurde, ermöglicht es, auf einfache Weise ionisierende Teilchen im Raum festzustellen.
Bei dem Zählrohr handelt es sich um ein zylindrisches Rohr, das bei leichtem Unterdruck mit Luft, einem Edelgas (meist Argon) und Alkoholdampf gefüllt ist. In der Achse dieses Rohres ist ein sehr dünner Wolfram - oder Stahldraht isoliert aufgespannt. Die Rohrwand wird mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden, sie dient damit als Kathode, während der Draht als Anode dient. Zwischen Metallwand und Draht wird eine Spannung von einigen 100 Volt angelegt.
Die Höhe dieser Spannung bestimmt das Verhalten des Zählrohrs entscheidend.





Bei geringer Spannung gelangen kaum Ionen zu den Elektroden, dieser Spannungsbereich ist der sogenannte Rekombinationsbereich (I). Aufgrund der geringen Geschwindigkeit reagieren die Ionen schon auf dem Weg zu den Elektroden mit anderen Ladungen und werden neutralisiert.
Der Sättigungsbereich (II) ist erreicht, wenn trotz Steigerung der Spannung der Ionenstrom nicht weiter ansteigt.
Das weitere Ansteigen der Ladung im Proportionalitätsbereich (III), beruht auf der Reaktion von Ionen (meist Elektronen) mit der Luft im Metallrohr; um dies zu vermeiden, verwendet man zum Teil Argon als Füllgas, da Edelgase keine negativen Ionen bilden, die die Elektronen neutralisieren könnten.
Die Grafik zeigt, dass die Ladung der Ionen, die am Draht durch Sekundärionisation entsteht, sich proportional zur Ladung der primär erzeugten Ionen verhält, diese ist wiederum proportional zur Energie der ionisierenden Teilchen.
Anm.: primär: durch ionisierende Teilchen (z.B. radioaktives Präparat) erzeugte Ladungen/ Ionen; sekundär: durch primäre Ionen erzeugte Ladungen/ Ionen].


Somit kann man im Proportionalitätsbereich des Zählrohrs zum Beispiel zwischen α - und β - Strahlen unterscheiden.

Im Auslösebereich (IV) ist die Ladung unabhängig von der Primärionisation und bleibt auch bei einem weiteren Anstieg der Spannung nahezu konstant.
Betrachtet man die Grafik für den Auslösebereich (IV) stellt man fest, dass der Ionenstrom auch bei weiterem Spannungsanstieg nahezu konstant bleibt.
Tritt nun ein ionisierendes Strahlungsteilchen in das Röhreninnere, leiten die von ihm erzeugten Ionen einen Entladungsstoß (Ionenlawine) ein. Die entstandenen Ionen (Elektronen) stauen sich vor dem Widerstand R und betätigen ein angeschlossenes Zählwerk.
Im Auslösebereich besitzen alle erzeugten Ladungen die gleiche Energie, das Zählrohr mißt nur noch die Anzahl der einfallenden Ladung. Die Energie der einfallenden Teilchen spielt im Gegensatz zur Messung im Proportionalitätsbereich keine Rolle mehr.
Das Zählrohr bleibt nach jedem Spannungstoß gegenüber neu eintretenden Teilchen unempfindlich, da erst alle positiven Ionen, die in unmittelbarer Nähe des Drahtes entstanden sind, abwandern müssen. Erst nachdem diese sogenannte Totzeit abgelaufen ist, sie beträgt bei den meisten Zählrohren ca. 10^{- 4}s, können weitere Teilchen nachweisen werden.
Auch ohne spezielle Strahlenquelle spricht das Zählrohr an. Der sogenannte Nulleffekt hat seine Ursache in kosmischer Höhenstrahlung und allgemeiner natürlicher und künstlicher Radioaktivität der Umgebung.





Quellenverzeichnis:

Physik Grundkurs. München: Bayrischer Schulbuch - Verlag PHYSIK. Gerthsen, Kneser, Vogel. Berlin: Springer - Verlag Metzler Physik - Gesamtband. Stuttgart: J.B. Metzlersche Verlagsbuchhandlung Meyers Neues Lexikon in zehn Bänden. Mannheim: Meyers Lexikon Verlag

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