Jak funguje Geiger-Müllerův (GM) detektor?

Jednoduchý popis Geiger-Müllerova detektoru, vhodný pro laiky

Níže uvedený princip platí obecně pro všechny detektory na bázi Geiger-Müllerova (GM) detektoru - například Safecast bGeigie Nano.

Schéma fungování GM detektoru

Geiger-Müllerova (GM) trubice obsahuje plyn (Ne + halogen) s nižším tlakem než je běžný atmosférický a je zapojená na zdroj vysokého napětí (cca 400 – 700V, proud stovky microAmpér). Plášť trubice tvoří jednu elektrodu, tyčinka uvnitř druhou. Existují i další, tvarově odlišné varianty uspořádání detektoru - například detektor v přístroji Safecast bGeigie Nano je typ zvaný “pancake”, kde vnější kovové pouzdro tvaru pánvičky tvoří jednu elektrodu a uvnitř umístěná kovová spirálka elektrodu druhou.

Průlet částice záření způsobí ionizaci plynu – tj. výboj mezi oběma elektrodami – což znamená, že v elektrickém obvodu dojde ke zkratu. Tento zkrat zaznamená jako impulz přes zesilovač zaznamená čítač impulzů.

Elektronika pak přepočte počet impulzů za jednotku času - ve schématu CPM, neboli počet impulzů za minutu (Counts Per Minute) - (a s použitím kalibračního přepočtu) na dávkový příkon záření gama - v případě přístroje Safecast bGeigie Nano je hodnota uváděná v mikroSievertech za hodinu (μSv/h).

Halogen v trubici funguje jako tzv. zhášecí plyn – zajistí aby výboj po průletu částice přestal co nejrychleji a trubice byla schopná zaznamenat další částici. Některé přístroje mají i reproduktor pro indikaci impulzů, který slouží jako jednoduchý indikátor intenzity záření.

Proč různé přístroje s GM trubicí naměří za stejných podmínek různý počet impulzů za minutu a přitom ukazují přibližně stejnou hodnotu dávkového příkonu?

Citlivost GM trubice je závislá na její velikosti. Čím je trubice větší, tím víc částic při stejné intenzitě záření zachytí. Počet částic zachycený trubicí za 1 minutu se označuje jako CPM (anglicky Counts Per Minute).

Pro stanovení hodnoty dávkového příkonu je pak potřeba hodnotu CPM převést na microSv/h pomocí konverzního faktoru, který je unikátní pro každý přístroj a zohledňuje mj. i velikost resp. účinnost detektoru.

Zjednodušeně se to dá ukázat na tomto příkladu: Máme dvě nádoby - plastový kbelík a plastovou dětskou vaničku. Obě nádoby umístíme na volnou plochu do deště. Kdybychom mohli počítat kapky dopadající do nádob, zjistíme, že za minutu do vaničky dopadne více kapek než do kbelíku, ačkoliv na obě prší stejně. V obou nádobách pak bude hladina vody v přibližně stejné výšce.

Podobně GM detektor počítá částice záření, které trubicí proletí. Proto větší trubice ukazuje vyšší hodnotu impulzů za minutu (CPM) než menší. S tím se samozřejmě při výpočtu dávkového příkonu počítá, takže hodnoty v microSv/h ukazované oběma přístroji umístěnými vedle sebe do stejných podmínek by měly být zhruba stejné (běžná nejistota měření může u přístrojů tohoto typu a tomto typu měření dosahovat i 20-30%).