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Geiger-Müller-Zählrohr
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Das Geiger-Müller Zählrohr eine Präsentation von CCalliopa Inhalt ● 3 | Kurzgesagt - Was ist das GMZ? + Geschichte des GMZs ● 4 | Aufbau 5 Das elektrische Feld im Zählrohr 6 | Das Innere des Zählrohrs • 7-12 | Funktion ● ● ● ● ● 13 | Funktion - Zusammenfassung 14 | Plateaubereich 15-16 | Totzeit 17 | Erholungszeit 18 | "Löschvorgang" 19 | Quellen Kurzgesagt - Was ist das GMZ? Messgerät für ionisierende Strahlung Eines der ersten Messgeräte für die Radioaktivitätsforschung Geschichte des GMZs Erfinder: Hans Geiger & Walter Müller Geiger arbeitete früher für Rutherford ● ● Entwicklungsstationen Im 20. Jh. Fingen die Wissenschaftler an, erstmals mit Radioaktivität zu arbeiten > Wissenschaftlicher Boom der Radioaktivität Zunächst war man sich nicht über die davon ausgehende Gefahr bewusst. Erstes Messgerät, das ionisierende Strahlung mit elektrischen Messungen nachwies (leicht Verfälschung der Ergebnisse) Ionisation wird durch gasgefüllte Röhre verstärkt (immer noch sehr fehleranfällig) Verbesserung: Gesamtes Volumen der Zählkammer wird wirksam; 1928 vorgestellt 1 2 Gas-lonisationskammer 345 00 au 3 Glimmerfenster Zähldraht Metallzylinder isolierende Durchführung .5 6 7 Verstärker .8 Koppelkondensator Lautsprecher (auch ein Zähler kann verwendet werden) 1 8 2 Η» 7 3 R ( 4 5 6 Das elektrische Feld im Zählrohr 1 Metallzylinder: Kathode (-) 2 Zähldraht: Anode (+) Durch eine zylinderförmige Kathode und eine sich auf der Zylinderachse befindende Anode wird ein Radialfeld erzeugt. Der geringe Umfang des Drahtes sorgt für eine sehr hohe Feldlinienstärke. Um den Zähldraht ist die Dichte der Feldlinien höher. | 2 >> 1 R ( Das Innere des Zählrohrs Im Zählrohr befindet sich ein Zählgas, zumeist ein Edelgas (z.B. Argon). Edelgase haben den Vorteil, dass sie keine zusätzlichen Elektronen aufnehmen können, da ihre Elektronenschalen vollständig gefüllt sind. Edelgasatom | >> R ( Funktion Strahlung gelangt durch das Glimmerfenster in das Innere des Zählrohrs. Die Strahlung trifft so auf das Edelgas. Radioaktive Strahlung Edelgasatomkern Elektron RY >> R ( Funktion Die Strahlung ionisiert das Edelgasatom (ein Elektron wird aus der...
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Hülle herausgeschlagen). Radioaktive Strahlung Edelgasatomkern Elektron 3² >> R ( Funktion Das losgelöste Elektron wird zur (positiv geladenen) Anode hin beschleunigt. Es prallt auf seinem Weg mit anderen Atomen zusammen und ionisiert diese auch wieder. Es entsteht eine Elektronenlawine. Radioaktive Strahlung Edelgasatomkern Elektron >> R ( Funktion Bei der Wechselwirkung der Elektronen mit den Edelgasatomen kommt es zur Bildung von Photonen, die andere Atome ionisieren. Die Edelgaskationen (+) bewegen sich langsam in Richtung Kathode (-). Edelgasatomkern Elektron Photon 10 >> R ( Funktion • Die Edelgaskationen (+) nehmen an der Kathode (-) Elektronen auf und werden so neutralisiert. Die Elektronen fließen durch die Anode zum Pluspol Durch die Photonen wird das ganze Zählrohr von einer Entladung erfasst. Edelgasatomkern Elektron Photon | >> R ( Funktion Bei ausreichend Elektronen kommt es über den Widerstand zum Spannungsabfall, der angezeigt werden kann. Edelgasatomkern Elektron >>> R ( UNKTION Zusammenfassung Das GMZ ist ein Gasionisationsdetektor, bei dem die gebildeten Ladungsträger (Elektronen & lonen) infolge des elektrischen Feldes zu den Elektroden (Kathode - Metallzylinder & Anode - Zähldraht) gelangen, und durch die gesammelte Ladungsmenge in der Messanordnung einen registrierbaren Impuls auslösen. Mit dem GMZ sind allerdings ausschließlich Zählmessungen unabhängig der Strahlungsart möglich. Η» R ( ● ich Bei zu geringen Spannungen unterhalb der Einsatzspannung rekombinieren sich die Elektronen sofort wieder mit dem Gas. Kein Spannungsabfall wird registriert. Überhalb des Plateaubereiches kann sich das Gas nicht rekombinieren und es bleibt ionisiert. Die Dauerentladung beschädigt den Zähler. Im Plateaubereich gibt es genügend Energie, um Stoßionisation zu ermöglichen. Die Impulse sind dort annähernd gleich groß. Gute Zählrohre weisen nicht mehr als 1% Impulsratenänderung pro 100V Spannungsänderung auf. Impulsrate Einsatzspannung Plateaubereich Spannung U Totzeit ● Die Elektronenlawinen bilden sich nur in der Nähe des Zählrohrdrahtes, sodass die Anode nach kurzer Zeit von einem Schlauch von Kationen eingehüllt wird. Die freigesetzten Elektronen werden schnell zur Anode gezogen und neutralisieren sie kurzzeitig. Da sich die Kationen nur sehr langsam bewegen, bilden sie eine positive Raumladung um den Draht. Das Gebiet zwischen Draht und Kationen wird feldfrei. Keine Lawine kann sich dort ausbilden U₁ 00 Draht I Gehäuse T T₁ Fast feldfrei | lonen Totzeit Dieser Zeitraum zwischen dem Teilchendurchgang durch die Anode und erneuter Aufnahmebereitschaft für das nächste Teilchen wird Totzeit genannt. U₁ 00 Draht I Gehäuse T T₁ Fast feldfrei | lonen Erholungszeit Der Kationenschauch bewegt sich nun langsam in Richtung Kathode. Es entstehen wieder Impulse, die in ihrer Stärke zunehmen, bis sie wieder so stark wie am Anfang sind. Die Erholungszeit ist verstrichen, wenn die Kationen die Kathode erreicht haben. U₁ U T d T₁ „Löschvorgang" Während des Neutralisationsvorganges der Kationen können die Elektronen, die aus der Oberfläche der Kathode herausgelöst werden, dafür sorgen, dass sich der Entladungsprozess wiederholt. Deshalb muss die Entladung ,,gelöscht“ werden. Bei selbstlöschenden Zählrohren wird für diese Zwecke ein Löschgas (z. B. Alkohol) verwendet. ● ● Löschgase haben Absorptionsbanden für die Absorption von den UV-Photonen. Die Löschgasmoleküle stoßen mit den positiven Zählgasmolekülen zusammen. Es erreichen nur noch Löschgasionen den Zählrohrmantel. Gibt es noch Fragen? [15] 11 Buch [Vorlage für die Zeichnung] Leifiphysik.de | GEIGER-MÜLLER-Zählrohr [10] didaktik.physik.uni-due.de | V19 Geiger-Müller-Zählrohr - Didaktik der Physik (pdf) [3] QUELLEN tu-dresden.de | Geiger-Müller-Zählrohr - TU Dresden (pdf) [6] [13] zusammenfassung uni-potsdam.de | 2 Die Messgeräte 2.1 Geiger-Müller-Zählrohr + Plateaubereich-Bild (pdf) [8-9] [12?-14] - Plateau [Folie] Institut2a.physik.rwth-aachen.de | Fortgeschrittenenpraktikum für Bachelorstudenten der Physik - Gasdetektoren und Statistik (pdf) [14-18] opengeiger.de | Was ist ein Geigerzähler? Opengeiger (pdf) [5] [8] [10] [12] Gesamtschule-aspe.de | Physik Klasse 10 Das Geiger-Müller-Zählrohr (pdf) [3] [6-8] uni-flensburg.de | Geiger-Müller-Zähler - Europa-Universität Flensburg (EUF) (pdf) [3] Philipp Wichtrup | Geigerzähler - Geiger-Müller-Zähler - einfach und anschaulich erklärt (YT) [10 & 11] —