Aufbau, Funktion und Anwendungsbereich des Geiger-Müller-Zählrohrs

Zählrohre dienen dazu, ionisierende Strahlung durch Messung nachzuweisen. Damit gehören Zählrohre in die Kategorie der Strahlungs-Teilchendetektoren. Je nach Betriebsspannung und Bauart arbeiten Zählrohre als Ionisationskammer, als Proportionalzählrohr oder als Geiger-Müller-Zählrohr. Mit dem oft auch umgangssprachlich gebrauchten Begriff Geigerzähler wird fachsprachlich das Geiger-Müller-Zählrohr benannt. Das Geiger-Müller-Zählrohr gehört zu den ältesten Detektortypen für Radioaktivität, schon 1913 konstruierte der deutsche Physiker Johann Geiger, Leiter des Laboratoriums für Radioaktivität an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Berlin, das sogenannte „Spitzenzählrohr“ und schuf damit die Grundlage für das GM-Zählrohr, das sein Doktorand Walther Müller 1928 entwickelte.

Aufbau und Funktion

Ionisierende Strahlung wird dadurch charakterisiert, dass beim Auftreten auf andere Elemente Elektronen aus der Molekül- und Atomstruktur herausgeschossen werden. Radioaktive Elemente senden bei ihrem Zerfall Alpha-, Beta- und Gammastrahlung aus. Während die ersten beiden Strahlungsarten aus geladenen Atomteilchen bestehen, besteht die Gammastrahlung aus Photonen oder Quanten. Die Gammastrahlung kann – je nach Element – auch lebende Zellen angreifen und somit für Menschen gefährlich werden. Aus diesem Grund ist es auch für die Wissenschaft wesentlich, Radioaktivität messen zu können.

Wesentliches Bauelement des Geiger-Müller-Zählers ist das Zählrohr – ein Metallrohr aus Kupfer, Eisen, Aluminium oder Glas, das mit Edelgas, beispielsweise Helium gefüllt ist. Der Druck im Inneren ist dabei geringer als jener in unserer Atmosphäre auf Meereshöhe. Während der im Inneren des Rohres gespannte Wolframdraht als Pluspol fungiert, dient das Rohr selbst als ein Minuspol. Zwischen beiden Polen wird eine Spannung von einigen hundert Volt erzeugt. Wenn ionisierende Strahlung auf das Geiger-Müller-Zählrohr trifft, werden aus den Atomen des Heliumgases Elektronen herausgelöst, die durch den Pluspol angezogen werden. Aufgrund der Kollision der Elektronen mit anderen Atomen werden Elektronen freigesetzt, die über einen Entkoppelungskondensator ein akustisches oder visuelles Signal freisetzen. Es wird als die Zahl der in einer Sekunde zerfallenden Teilchen gemessen. Der Zerfall pro Sekunde wird als „Becquerel“ bezeichnet. Die Strahlungsenergie – die für die Gefährdung des Menschen wesentlich ist – wird in der Einheit „Sievert“ angegeben.

Messungen unterschiedlicher Strahlenarten

Die Art des verwendeten Edelgases bestimmt, welche unterschiedlichen Strahlenarten mit dem Zählrohr gemessen werden können. Die meisten Zählrohre, die angeboten werden, können entweder Alphastrahlen oder nur Beta- und Gammastrahlen registrieren. Um Neutronenstrahlung erfassen zu können, muss hingegen Bortrifluorid als Gas eingesetzt werden.

Anwendungsbereich

Geiger-Müller-Zählrohre werden beispielsweise zur Prüfung auf Kontamination und für allgemeine Strahlenschutzzwecke verwendet. Die Strahlenart und -energie kann damit nur beschränkt festgestellt werden, dadurch, dass Vergleichsmessungen mit Abschirmungen vorgenommen werden. Die Zählrohre finden auch in der Industrie, z.B. im Bergbau Anwendung.