science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe werken geigertellers?

Geigertellers waren vroeger vrij grote en logge apparaten, maar vandaag de dag kan het in de hand worden gehouden zoals deze of zelfs worden gedownload als een app op een smartphone. Sean Gallup/Getty Images

Als je een fan bent van vintage sciencefiction en horrorfilms zoals de film "C.H.U.D. uit 1984, " je bent gewend om een ​​koude rilling over je rug te krijgen wanneer personages een boxy-gadget in de duisternis richten en worden gewaarschuwd voor de aanwezigheid van een nog ongezien radioactief monster door een onheilspellend klikgeluid.

Geigertellers zijn zo'n bekende steun in oude films, in feite, dat het je vergeven zou worden als je aanneemt dat het ofwel een uitvinding is die alleen in de hoofden van scenarioschrijvers bestaat, of anders dat het een verouderde technologie is die uit de mode raakte toen mensen stopten met het bouwen van schuilkelders voor atoombommen in hun achtertuinen.

In werkelijkheid, Hoewel, de geigerteller - die in de wetenschappelijke en technische wereld bekend staat als de Geiger-Muller-teller - is een echt apparaat dat nog steeds vaak wordt gebruikt om straling in verschillende omgevingen te detecteren. De Nuclear Regulatory Commission zegt dat dit het meest gebruikte draagbare stralingsinstrument is.

De oorsprong van de technologie gaat terug tot de vroege jaren 1900, toen de Duitse natuurkundige Hans Geiger werkte als assistent van Ernest Rutherford, winnaar van de Nobelprijs voor de Scheikunde in 1908. Rutherford ontwikkelde het concept dat een atoom een ​​kern van nog kleinere deeltjes bevat, en dat een kern kan desintegreren en die deeltjes kan afgeven. Geiger werkte samen met Rutherford om een ​​stralingsmeetapparaat te ontwikkelen - een teller om het alfadeeltje te detecteren, een combinatie van twee protonen en twee neutronen die door een atoom wordt afgegeven tijdens radioactief verval.

Hans Wilhelm Geiger (1882-1945), links, en Ernest Rutherford (1871-1937) met hun apparaat voor het tellen van alfadeeltjes. Samen werkten ze aan de stralingsdetector uitgevonden door en vernoemd naar Geiger. SSPL/Getty Images

Geiger's carrière werd onderbroken door de Eerste Wereldoorlog, waarin hij als artillerie-officier in het Duitse leger diende, maar daarna, keerde hij terug naar onderwijs en onderzoek. Hij werkte uiteindelijk samen met Walther Müller, een van zijn afgestudeerde studenten aan de universiteit van Kiel, om zijn teller te verbeteren, zodat het naast het alfadeeltje ook andere soorten radioactieve deeltjes kon detecteren. Het apparaat dat ze hebben gemaakt, is vrijwel dezelfde technologie die tegenwoordig wordt gebruikt.

Hoe werkt een geigerteller?

Een geigerteller is een relatief eenvoudig en goedkoop apparaat, bestaande uit een lagedrukgas - meestal argon of xenon - in een afgesloten kamer met twee elektroden. Wanneer straling de toonbank bereikt, het ioniseert het gas, het vrijmaken van negatief geladen elektronen van atomen en het creëren van positieve ionen uit het deel van het atoom dat overblijft. Er wordt een elektrische hoogspanningslading op de elektroden aangebracht, waardoor de vrije elektronen naar de positieve elektrode gaan, wat een anode wordt genoemd.

Vanwege de hoge spanning die op de elektroden wordt toegepast, is er een gebied nabij de anode waar het resulterende elektrische veld zo sterk is dat het "lawines" van secundaire elektronen creëert wanneer de primaire elektronen de anode naderen, legt Marek Flaska uit, een assistent-professor nucleaire technologie aan de Penn State University, in een e-mail.

"Deze 'gasversterking' resulteert in een zeer groot aantal geproduceerde ladingen, ongeacht hoeveel primaire lading wordt gecreëerd door straling, " schrijft Flaska. "Waar deze lading wordt verzameld bij de elektroden, een grote elektrische puls wordt gecreëerd door de detector. Deze pulsen zijn groot - enkele volts - dus er is geen extra signaalversterker nodig."

In dit vroege model van een geigerteller, een lagedrukgas wordt vastgehouden in een koperen cilinder, waar een elektrische stroom doorheen loopt. Het radioactieve deeltje dat de cilinder binnenkomt, veroorzaakt een stroomstoot die op een teller wordt geregistreerd. Deze bijzondere geigerteller werd gebruikt door James Chadwick, de ontdekker van het neutron. SSPL/Getty Images

Waarom klikt een geigerteller?

Die pulsen creëren de klikken die je hoort wanneer radioactieve deeltjes het apparaat binnendringen en ervoor zorgen dat ionen en elektronen uit elkaar vallen. Het aantal klikken dat je hoort geeft aan hoe vaak dit in een minuut gebeurt. In aanvulling, er is meestal een display dat de telling aangeeft.

Het stralingsniveau dat door een geigerteller wordt geteld, wordt uitgedrukt in een eenheid die microsieverts wordt genoemd, per uur blootstelling. (Eén sievert is 1, 000 milliSieverts en 1 miljoen microSieverts.) Dus als de geigerteller 0,25 microSieverts per uur aangeeft, dat betekent dat het 0,25 microSieverts aan straling heeft gedetecteerd in een uur tijd. Enkele basisgetallen om als richtlijn te gebruiken:Een CT-scan van één orgaan geeft een stralingsdosis van ongeveer 6, 900 microSieverts, volgens Reuters, terwijl 2, 000, 000 microSieverts van blootstelling zou wijzen op ernstige stralingsvergiftiging die mogelijk de dood tot gevolg heeft, volgens Zuivere Aarde.

Als je een geigerteller aanzet, je hoort meestal meteen wat klikken, maakt niet uit waar je bent, volgens de NRC. Dat komt door natuurlijk voorkomende achtergrondradioactiviteit die van de zon komt, natuurlijk uranium in de bodem, bepaalde soorten gesteente, en radon, een natuurlijk voorkomend radioactief gas, onder andere bronnen.

Hoewel er een aantal andere stralingsdetectietechnologieën beschikbaar zijn, de geigerteller is een vrij eenvoudige technologie die al een tijdje bestaat en tegenwoordig redelijk goedkoop is, met enkele goedkope consumentenversies op de markt die minder dan $ 100 kosten, volgens Google Shopping.

"GM's [Geiger-Muller-tellers] worden elders gebruikt, vooral wanneer een goedkope oplossing gewenst is die geen onderscheidend stralingstype of energie vereist, " legt het Los Alamos National Laboratory (LANL) uit in een e-mail.

Veel industrieën gebruiken tegenwoordig nog steeds geigertellers voor zaken als het bewaken van radioactieve besmetting in laboratoria. Wetshandhavers kunnen geavanceerde versies van de apparaten gebruiken om het transport van illegale radioactieve materialen te detecteren, en veel hulpdiensten dragen ze ook, aldus het ministerie van Binnenlandse Veiligheid. In Japan, persoonlijke geigertellers werden hot-sellers na het ongeval in 2011 in de kerncentrale van Fukushima Daiichi. Ze worden ook gebruikt door goudzoekers om uranium en andere mineralen te vinden.

Maar Geigertellers hebben ook beperkingen. "Een GM-teller is van nature niet in staat om te onderscheiden welk type deeltje de puls of zelfs de energie van een deeltje veroorzaakte, ' schrijft LANL. 'Omdat elke interactie dezelfde pulssterkte oplevert – denk aan een vaste muizenval; wanneer het wordt opgesprongen, produceert het dezelfde reactie, ongeacht of een muis of een menselijke voet verantwoordelijk is, al kunnen de gevolgen heel anders zijn."

HowStuffWorks kan een kleine commissie verdienen via gelieerde links in dit artikel.

Dat is nu interessant

Geiger maakte korte tijd deel uit van de "uraniumclub, "De mislukte poging van Duitsland om tijdens de Tweede Wereldoorlog een atoombom te ontwikkelen, volgens Jeremy Bernsteins boek "Hitler's Uranium Club:The Secret Recordings at Farm Hall."