Geiger Counter ทำงานอย่างไร?

เคาน์เตอร์ Geiger เป็นอุปกรณ์ที่คุ้นเคยในภาพยนตร์เก่า ๆ ซึ่งในความเป็นจริงคุณจะได้รับการอภัยเพราะคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่มีอยู่ในใจของผู้เขียนบทเท่านั้นหรือมิฉะนั้นเป็นเทคโนโลยีที่ล้าสมัยที่ออกไป ของแฟชั่นเมื่อผู้คนหยุดสร้างที่พักพิงระเบิดปรมาณูในสวนหลังบ้านของพวกเขา

ในความเป็นจริงตัวนับ Geiger ซึ่งในโลกวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเรียกว่าตัวนับGeiger-Mullerเป็นอุปกรณ์จริงที่ยังคงใช้บ่อยในการตรวจจับรังสีในการตั้งค่าต่างๆ กำกับกิจการพลังงานกล่าวว่ามันเป็นที่ใช้กันมากที่สุดที่ใช้ในการฉายรังสีแบบพกพา

ต้นกำเนิดของเทคโนโลยีย้อนกลับไปในช่วงต้นทศวรรษ 1900 เมื่อฮันส์ไกเกอร์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันทำงานเป็นผู้ช่วยของเออร์เนสต์รัทเทอร์ฟอร์ดผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี พ.ศ. 2451 รัทเทอร์ฟอร์ดพัฒนาแนวคิดที่ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีอนุภาคขนาดเล็กกว่าและนิวเคลียสสามารถสลายตัวและปล่อยอนุภาคเหล่านั้นออกมาได้ Geiger ทำงานร่วมกับ Rutherford เพื่อพัฒนาอุปกรณ์วัดรังสีซึ่งเป็นตัวนับเพื่อตรวจจับอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นการรวมกันของโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวที่อะตอมหลุดออกมาระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี

อาชีพของไกเกอร์ถูกขัดจังหวะสงครามโลกครั้งที่ 1 ซึ่งเขาทำหน้าที่เป็นนายทหารปืนใหญ่ในกองทัพเยอรมัน แต่หลังจากนั้นเขาก็กลับไปสอนและวิจัย ในที่สุดเขาก็ร่วมมือกับ Walther Müllerหนึ่งในนักศึกษาระดับปริญญาโทของเขาที่มหาวิทยาลัย Kiel เพื่อปรับปรุงตัวนับของเขาเพื่อให้สามารถตรวจจับอนุภาคกัมมันตภาพรังสีประเภทอื่น ๆ รวมทั้งอนุภาคอัลฟาได้ อุปกรณ์ที่พวกเขาสร้างขึ้นเป็นเทคโนโลยีเดียวกับที่ใช้ในปัจจุบัน

Geiger Counter ทำงานอย่างไร?

เครื่องนับไกเกอร์เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างเรียบง่ายและราคาไม่แพงประกอบด้วยก๊าซความดันต่ำโดยทั่วไปคืออาร์กอนหรือซีนอนในห้องปิดผนึกที่มีขั้วไฟฟ้าสองขั้ว เมื่อรังสีถึงเคาน์เตอร์มันจะทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนปลดปล่อยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบออกจากอะตอมและสร้างไอออนบวกจากส่วนของอะตอมที่ยังคงอยู่ ประจุไฟฟ้าแรงสูงถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรดซึ่งทำให้อิเล็กตรอนอิสระเดินทางไปยังขั้วบวกซึ่งเรียกว่าแอโนด

เนื่องจากกระแสไฟฟ้าแรงสูงที่ใช้กับขั้วไฟฟ้าจึงมีบริเวณใกล้ขั้วบวกซึ่งสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นมีความแรงมากจนทำให้เกิด "หิมะถล่ม" ของอิเล็กตรอนทุติยภูมิเมื่ออิเล็กตรอนหลักเข้าใกล้ขั้วบวกMarek Flaskaผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านนิวเคลียร์อธิบาย วิศวกรรมที่ Penn State University ในอีเมล

"การขยายก๊าซ" นี้ส่งผลให้เกิดประจุไฟฟ้าจำนวนมากไม่ว่าประจุไฟฟ้าหลักจะถูกสร้างขึ้นโดยการแผ่รังสีเท่าใดก็ตาม "Flaska เขียน "ในกรณีที่มีการเก็บประจุนี้ที่ขั้วไฟฟ้าเครื่องตรวจจับจะสร้างพัลส์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ขึ้นมาพัลส์เหล่านี้มีขนาดใหญ่ - หลายโวลต์ - จึงไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณเพิ่มเติม"

ทำไม Geiger Counter ถึงคลิก?

พัลส์เหล่านี้สร้างเสียงคลิกที่คุณได้ยินเมื่ออนุภาคกัมมันตภาพรังสีเข้าสู่อุปกรณ์และทำให้ไอออนและอิเล็กตรอนแยกออกจากกัน จำนวนคลิกที่คุณได้ยินบ่งบอกจำนวนครั้งที่เกิดขึ้นในหนึ่งนาที นอกจากนี้มักจะมีการแสดงผลที่ระบุจำนวน

ระดับของรังสีที่นับโดยตัวนับ Geiger จะแสดงในหน่วยที่เรียกว่า microSieverts ต่อชั่วโมงของการสัมผัส (เครื่องป้องกันหนึ่งตัวคือ 1,000 มิลลิวินาทีและ 1 ล้านไมโครซีเวอร์ ) ดังนั้นหากตัวนับ Geiger อ่าน 0.25 microSieverts ต่อชั่วโมงนั่นหมายความว่าตรวจพบรังสี. 25 microSieverts ในเวลาหนึ่งชั่วโมง ตัวเลขพื้นฐานที่ควรใช้เป็นแนวทาง: การสแกน CT scan แบบอวัยวะเดียวให้ปริมาณรังสีประมาณ6,900 microSievertsตามรายงานของ Reuters ในขณะที่การสัมผัส2,000,000 microSievertsจะบ่งบอกถึงพิษจากรังสีที่รุนแรงซึ่งนำไปสู่ความตายที่อาจเกิดขึ้นได้

เมื่อคุณเปิดตัวนับ Geiger คุณมักจะได้ยินเสียงคลิกทันทีไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหนตาม NRC นั่นเป็นเพราะกัมมันตภาพรังสีพื้นหลังที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งมาจากดวงอาทิตย์ยูเรเนียมธรรมชาติในดินหินบางประเภทและเรดอนซึ่งเป็นก๊าซกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและแหล่งอื่น ๆ

แม้ว่าจะมีเทคโนโลยีการตรวจจับรังสีอื่น ๆมากมาย แต่ Geiger counter เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างเรียบง่ายซึ่งมีมาระยะหนึ่งแล้วและมีราคาไม่แพงในปัจจุบันโดยมีรุ่นสำหรับผู้บริโภคระดับล่างบางรุ่นในตลาดที่มีราคาต่ำกว่า $ 100 ตามGoogle Shopping

"GMs [Geiger-Muller counters] ถูกนำไปใช้ที่อื่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการโซลูชันราคาประหยัดที่ไม่ต้องการความแตกต่างของประเภทรังสีหรือพลังงาน" Los Alamos National Laboratory (LANL)อธิบายในอีเมล

หลายอุตสาหกรรมยังคงใช้ไกเกอร์เคาน์เตอร์วันนี้สำหรับสิ่งต่างๆเช่นการตรวจสอบการปนเปื้อนของสารกัมมันตรังสีในห้องปฏิบัติการเจ้าหน้าที่บังคับใช้กฎหมายอาจใช้อุปกรณ์รุ่นใหม่ที่ซับซ้อนเพื่อตรวจจับการขนส่งวัสดุกัมมันตภาพรังสีที่ผิดกฎหมายและเจ้าหน้าที่เผชิญเหตุฉุกเฉินจำนวนมากก็พกพาไปด้วยเช่นกันตามข้อมูลของกระทรวงความมั่นคงแห่งมาตุภูมิ ในญี่ปุ่นเคาน์เตอร์ส่วนตัวของ Geiger กลายเป็นสินค้าขายดีหลังจากเกิดอุบัติเหตุในปี 2554 ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Fukushima Daiichi พวกเขายังใช้โดยผู้ตรวจหาแร่เพื่อค้นหายูเรเนียมและแร่ธาตุอื่น ๆ

แต่เคาน์เตอร์ Geiger ก็มีข้อ จำกัด เช่นกัน "ตัวนับ GM ไม่สามารถแยกแยะได้ว่าอนุภาคชนิดใดที่กระตุ้นให้เกิดพัลส์หรือแม้แต่พลังงานของอนุภาค" LANL เขียน "เนื่องจากการโต้ตอบทุกครั้งก่อให้เกิดความแรงของพัลส์เท่ากัน - ลองนึกถึงกับดักที่วางไว้เมื่อโรยตัวมันจะตอบสนองแบบเดียวกันไม่ว่าเมาส์หรือเท้าของมนุษย์จะต้องรับผิดชอบแม้ว่าผลที่ตามมาอาจจะแตกต่างกันมากก็ตาม"

อาจได้รับค่าคอมมิชชั่นเล็กน้อยจากลิงค์พันธมิตรในบทความนี้

ตอนนี้น่าสนใจ

Geiger เป็นส่วนหนึ่งของ "สโมสรยูเรเนียม" ซึ่งเป็นความพยายามที่ไม่ประสบความสำเร็จของเยอรมนีในการพัฒนาระเบิดปรมาณูในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองตามหนังสือของ Jeremy Bernstein " Hitler's Uranium Club: The Secret Recordings at Farm Hall "