Geiger-Müller-Zählrohr
Um die Intensität des Photonenstrahls zu messen wird ein
Geiger-Müller-Zählrohr
verwendet, das nicht nur in dem Versuch Röntgenstrahlung Verwendung findet, sondern in ähnlicher
Form auch für den Versuch
"Radioaktivität" eingesetzt wird. Es handelt sich hierbei also um ein
Gerät, mit dem ionisierende Strahlung gemessen werden kann.
Das Zählrohr ist ein Ionisationsgerät, das auf einer Verstärkung
schwacher, primärer Ionisationsprozesse beruht. Es besteht aus einem
zylindrischen Kondensator, siehe Abbildung 4795.
Die zentrale Elektrode (Draht) dient als Anode und besteht aus einem Wolfram-Draht mit einem sehr kleinen Radius (Größenordnung
m). Die Kathode ist ein metallischer Zylinder.
Als Betriebsgas wird in der Praktikumsanordnung ein Halogen
verwandt. In den meisten Fällen handelt ist der Druck im Gefäß gering. Wegen
der zylindrischen Anordnung treten in der Nähe des
Drahtes sehr hohe Feldstärken auf, sodass durch Ionisation
freigesetzte Elektronen durch Stoßionisation neue Elektronen und
Ionen erzeugen können. Hierauf beruht der Verstärkungseffekt. Die durch die
Stöße aus dem Verbund des Atoms geschlagenen Elektronen werden also zur Anode
hin beschleunigt und es wird ein Strom gemessen. Der so entstandene Stromfluss
kann über einen Widerstand in ein Spannungssignal umgewandelt werden. Bei
tragbaren Geiger-Müller-Zählrohren wird dieses Signal dann elektronisch
verstärkt und optisch oder akustisch wiedergegeben.
Die Vorgänge im Geiger-Müller-Zählrohr sind allerdings von der Spannung zwischen Anode und Kathode abhängig. Ab einer bestimmten Spannung (sie darf nicht zu klein, aber auch nicht zu groß sein) löst jedes einfallende Teilchen im Zählrohr eine Lawine von weiteren Teilchen (Elektronen aus). Dabei kann jedes dieser Teilchen unabhängig von seiner Energie einen genauso großen Strom erzeugen wie das zuerst eingefallene Teilchen. Neben Elektronen können allerdings auch Photonen entstehen. Diese können dann beruhend auf dem Photoeffekt ebenfalls Elektronen aus den Atomen herausschlagen. Die unterschiedlichen Spannungsbereiche führen also zu unterschiedlichen Gasverstärkungen und so zu Ionisationskammer, Proportionalzählrohr und Auslösezähler (Geiger-Müller-Zählrohr). Dieses sind die Arbeitsbereiche eines Zählrohrs.
Die zentrale Elektrode (Draht) dient als Anode und besteht aus einem Wolfram-Draht mit einem sehr kleinen Radius (Größenordnung
m). Die Kathode ist ein metallischer Zylinder.
Als Betriebsgas wird in der Praktikumsanordnung ein Halogen
verwandt. In den meisten Fällen handelt ist der Druck im Gefäß gering. Wegen
der zylindrischen Anordnung treten in der Nähe des
Drahtes sehr hohe Feldstärken auf, sodass durch Ionisation
freigesetzte Elektronen durch Stoßionisation neue Elektronen und
Ionen erzeugen können. Hierauf beruht der Verstärkungseffekt. Die durch die
Stöße aus dem Verbund des Atoms geschlagenen Elektronen werden also zur Anode
hin beschleunigt und es wird ein Strom gemessen. Der so entstandene Stromfluss
kann über einen Widerstand in ein Spannungssignal umgewandelt werden. Bei
tragbaren Geiger-Müller-Zählrohren wird dieses Signal dann elektronisch
verstärkt und optisch oder akustisch wiedergegeben.
Die Vorgänge im Geiger-Müller-Zählrohr sind allerdings von der Spannung zwischen Anode und Kathode abhängig. Ab einer bestimmten Spannung (sie darf nicht zu klein, aber auch nicht zu groß sein) löst jedes einfallende Teilchen im Zählrohr eine Lawine von weiteren Teilchen (Elektronen aus). Dabei kann jedes dieser Teilchen unabhängig von seiner Energie einen genauso großen Strom erzeugen wie das zuerst eingefallene Teilchen. Neben Elektronen können allerdings auch Photonen entstehen. Diese können dann beruhend auf dem Photoeffekt ebenfalls Elektronen aus den Atomen herausschlagen. Die unterschiedlichen Spannungsbereiche führen also zu unterschiedlichen Gasverstärkungen und so zu Ionisationskammer, Proportionalzählrohr und Auslösezähler (Geiger-Müller-Zählrohr). Dieses sind die Arbeitsbereiche eines Zählrohrs.
Je nach Betriebsspannung unterscheidet man verschiedene
Gas-Detektoren, die unterschiedliche Zwecke erfüllen.
Eine wichtige Kenngröße für Zählrohre ist die so genannte Totzeit, d.h. die Zeit, die nach einem Signal vergeht, bis das nächste Signal aufgenommen werden kann.
Insbesondere bei hohen Zählraten führt die Totzeit
zu einer deutlichen Verringerung der gezählten
Ereignisse, man kann diesen Fehler durch die folgende Formel korrigieren:
Zu der Totzeit kommt es auf Grund der nach der Ionisation positiv geladenen Atome. Diese müssen erst zur Kathode gelangen und somit entladen werden, bevor neue einfallende Teilchen wieder Elektronen aus ihrem Verband herausschlagen können. Die Totzeit ist von den verschiedensten Größen, wie der Spannung, der Größe des Geiger-Müller-Zählrohrs und dem Gas im Inneren abhängig.
Eine wichtige Kenngröße für Zählrohre ist die so genannte Totzeit, d.h. die Zeit, die nach einem Signal vergeht, bis das nächste Signal aufgenommen werden kann.
Insbesondere bei hohen Zählraten führt die Totzeit
zu einer deutlichen Verringerung der gezählten
Ereignisse, man kann diesen Fehler durch die folgende Formel korrigieren:
Zu der Totzeit kommt es auf Grund der nach der Ionisation positiv geladenen Atome. Diese müssen erst zur Kathode gelangen und somit entladen werden, bevor neue einfallende Teilchen wieder Elektronen aus ihrem Verband herausschlagen können. Die Totzeit ist von den verschiedensten Größen, wie der Spannung, der Größe des Geiger-Müller-Zählrohrs und dem Gas im Inneren abhängig.