Jeśli jesteś fanem klasycznych filmów science fiction i horrorów, takich jak film „CHUD” z 1984 roku, przyzwyczaiłeś się do dreszczyku kręgosłupa za każdym razem, gdy postacie kierują pudełkowaty gadżet w ciemność i są ostrzegane o obecności niektórych jeszcze niewidocznego radioaktywnego potwora przez złowieszczy dźwięk kliknięcia .
Liczniki Geigera są tak dobrze znanym rekwizytem w starych filmach, że wybaczono by ci założenie, że są albo wynalazkiem, który istnieje tylko w umysłach scenarzystów, albo że są przestarzałą technologią, która wyszła na jaw. mody, kiedy ludzie przestali budować schrony przeciwatomowe na swoich podwórkach.
W rzeczywistości jednak licznik Geigera - który w świecie naukowym i inżynieryjnym jest znany jako licznik Geigera-Mullera - jest rzeczywistym urządzeniem, które nadal jest często używane do wykrywania promieniowania w różnych ustawieniach. Komisja Dozoru Jądrowego mówi, że jest to najbardziej powszechnie stosowane przenośny przyrząd promieniowanie.
Początki tej technologii sięgają początku XX wieku, kiedy niemiecki fizyk Hans Geiger pracował jako asystent Ernesta Rutherforda , laureata Nagrody Nobla z chemii w 1908 roku. Rutherford opracował koncepcję, że atom zawiera jądro jeszcze mniejszych cząstek i że jądro może rozpadać się i wydzielać te cząstki. Geiger współpracował z Rutherfordem nad opracowaniem urządzenia do pomiaru promieniowania - licznika do wykrywania cząstki alfa , połączenia dwóch protonów i dwóch neutronów, które są wydzielane przez atom podczas rozpadu radioaktywnego.
Kariera Geigera została przerwana podczas I wojny światowej, w której służył jako oficer artylerii w armii niemieckiej, ale potem wrócił do nauczania i badań. Ostatecznie współpracował z Walterem Müllerem, jednym z jego absolwentów na Uniwersytecie w Kilonii, aby ulepszyć swój licznik, tak aby mógł wykrywać inne typy cząstek radioaktywnych, a także cząstkę alfa. Stworzone przez nich urządzenie jest w zasadzie tą samą technologią, która jest używana dzisiaj.
Jak działa licznik Geigera?
Licznika Geigera jest stosunkowo proste i tanie urządzenie, składające się z gazem pod niskim ciśnieniem - zazwyczaj argon lub ksenon - w zamkniętej komory zawierającej dwie elektrody. Kiedy promieniowanie dociera do licznika, jonizuje gaz, uwalniając ujemnie naładowane elektrony z atomów i tworząc jony dodatnie z pozostałej części atomu. Do elektrod przykładany jest ładunek elektryczny o wysokim napięciu, co powoduje, że wolne elektrony przemieszczają się do elektrody dodatniej, zwanej anodą.
Ze względu na wysokie napięcie przyłożone do elektrod w pobliżu anody znajduje się obszar, w którym powstające pole elektryczne jest tak silne, że tworzy „lawiny” elektronów wtórnych, gdy elektrony pierwotne zbliżają się do anody - wyjaśnia Marek Flaska , adiunkt ds. Jądrowych. inżynierii na Penn State University, w e-mailu.
„Wzmocnienie gazowe” skutkuje powstaniem bardzo dużej liczby ładunków, niezależnie od tego, ile ładunku pierwotnego wytworzy promieniowanie ”- pisze Flaska. „Tam, gdzie ten ładunek jest zbierany na elektrodach, detektor wytwarza duży impuls elektryczny. Impulsy te są duże - kilka woltów - więc nie jest potrzebny dodatkowy wzmacniacz sygnału”.
Dlaczego licznik Geigera kliknie?
Impulsy te powodują kliknięcia, które słyszysz, gdy cząsteczki radioaktywne wchodzą do urządzenia i powodują rozpadanie się jonów i elektronów. Liczba kliknięć, które słyszysz, wskazuje, ile razy dzieje się to w ciągu minuty. Ponadto zwykle jest wyświetlacz, który wskazuje liczbę.
Poziom promieniowania zliczany przez licznik Geigera jest wyrażany w jednostce zwanej mikroSiwertami na godzinę ekspozycji. ( Jeden siwert to 1000 miliSiwertów i 1 milion mikroSiwertów). Zatem jeśli licznik Geigera wskazuje 0,25 mikroSiwertów na godzinę, oznacza to, że wykrył 0,25 mikroSiwertów promieniowania w ciągu godziny. Kilka podstawowych liczb do wykorzystania jako wskazówka: Według Reutera badanie CT pojedynczego narządu daje dawkę promieniowania wynoszącą około 6900 mikroSiwertów , podczas gdy ekspozycja na 2 000 000 mikroSiwertów wskazywałaby na poważne zatrucie radiacyjne prowadzące do możliwej śmierci, według Pure Earth.
Według NRC po włączeniu licznika Geigera od razu usłyszysz kilka kliknięć, bez względu na to, gdzie jesteś. Dzieje się tak z powodu naturalnie występującej radioaktywności tła, która pochodzi między innymi ze słońca, naturalnego uranu w glebie, niektórych rodzajów skał i radonu , naturalnie występującego gazu radioaktywnego.
Chociaż istnieje wiele innych dostępnych technologii wykrywania promieniowania , licznik Geigera jest dość prostą technologią, która istnieje od jakiegoś czasu i jest obecnie dość niedroga, a niektóre z niższych wersji konsumenckich na rynku kosztują mniej niż 100 USD, według Zakupów Google .
„GM [liczniki Geigera-Mullera] są używane gdzie indziej, zwłaszcza gdy pożądane jest tanie rozwiązanie, które nie wymaga rozróżniania typu lub energii promieniowania” - wyjaśnia Los Alamos National Laboratory (LANL) w e-mailu.
Wiele gałęzi przemysłu nadal używa liczników Geigera do takich celów, jak monitorowanie skażeń radioaktywnych w laboratoriach . Według Departamentu Bezpieczeństwa Wewnętrznego, funkcjonariusze organów ścigania mogą używać zaawansowanych wersji urządzeń do wykrywania transportu nielegalnych materiałów radioaktywnych , a wielu ratowników również je nosi. W Japonii osobiste liczniki Geigera stały się popularnymi sprzedawcami po wypadku w elektrowni atomowej Fukushima Daiichi w 2011 roku. Są również wykorzystywane przez poszukiwaczy do znajdowania uranu i innych minerałów.
Ale liczniki Geigera mają również ograniczenia. „Licznik GM z natury nie jest w stanie stwierdzić, jaki typ cząstki wyzwolił impuls, a nawet energię cząstki” - pisze LANL. „Ponieważ każda interakcja wytwarza taką samą siłę pulsu - pomyśl o ustawionej pułapce na myszy; gdy jest sprężynowana, wywołuje tę samą reakcję, niezależnie od tego, czy odpowiada za to mysz, czy ludzka stopa, chociaż konsekwencje mogą być znacznie inne”.
może zarobić niewielką prowizję od linków partnerskich w tym artykule.
Teraz to jest interesujące
Według książki Jeremy'ego Bernsteina „ Hitler's Uranium Club: The Secret Recordings at Farm Hall ”, Geiger przez krótki czas był częścią „klubu uranowego”, nieudanej próby opracowania przez Niemcy bomby atomowej podczas II wojny światowej .
