Geiger sayacı

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara
Geiger–Müller sayacı

Açık-uç dedektörlü "iki-parçalı" tezgah tipi Geiger–Müller sayacı.
Diğer adları Geiger sayacı
Kullanımı Parçacık dedektörü
Mucidi Hans Geiger
Walther Muller
İlgili maddeler Geiger–Müller tüpü

Geiger–Müller sayacı, aynı zamanda Geiger sayacı olarak da adlandırılır, iyonlaştırıcı radyasyonu ölçen bir çeşit parçacık dedektörüdür. Cihaza adını veren Geiger–Müller tüpünün içindeki alçak-bansınçlı gaz tarafından üretilen iyonizasyonun kullanılmasıyla, alfa parçacıklarından, beta parçacıklarından veya gama ışınımlarından kaynaklanan nükleer ışımayı tespit eder. Taşınabilir ışıma (radyasyon) tetkik cihazı olarak geniş ve yaygın kullanımı nedeniyle, belki de toplumda en iyi bilinen ışıma (radyasyon) cihazıdır.

Orijinal çalışma ilkesi 1908'de erken bir radyasyon bilimsel çalışmasında keşfedildi. Geiger-Müller tüpünün 1928'de ve sonrasındaki gelişiminden beri, cihazın güçlü algılama elamanından ve bağıl olarak düşük maliyetinden dolayı, radyasyon dozimetrisinde, tıp alanında, deney fiziğinde, nükleer endüstride, jeolojik keşiflerde ve diğer sahalarda popüler bir cihaz haline geldi. Fakat, yüksek radyasyon oranlarının ve gelen radyasyon enerjisinin ölçümlerinde kısıtlamalar vardır.

Çalışma ilkeleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Az nüfuz eden radyasyon için kullanılan açık-uç tüplü bir Geiger sayacı taslağı.

Geiger sayaç cihazı, Geiger-Müller tüpü, ve işlemci ve ekran elektronik devreleri olmak üzere iki ana elamandan oluşur. Radyasyonu algılayan elaman atıl gazla doldurulmuş bir Geiger-Müller tüpüdür (genellikle helyum, neon veya halojen katkılı argon içerir) ki, kısacası –parçacık veya foton radyasyonu iyonlaşarak gazı iletken yaptığında– elektrik yükünü iletir. Tüpün her bir iyonlaşma olayını yükseltme özelliği vardır, bunu Townsend çığ etkisi ile yapar ve kolayca ölçülebilen ve elektrik devre elemanlarından geçirilen bir akım atması üretir.

Okuma[değiştir | kaynağı değiştir]

Temel olarak iki tür radyasyon okuma yöntemi vardır; sayım veya radyasyon dozu. Sayım gösterimi en basit olanıdır ve iyonlaşma olaylarının sayısıdır ki ya sayım oranı, genellikle "saniye başına sayım", ya da belirli bir zaman üzerinden toplamı şeklindedir. Sayım okuma yöntemi normalde alfa veya beta parçacıklarının tespitinde kullanılır. Radyasyon doz oranının gösterimi elde edilmesi daha karmaşık olandır ve sievert gibi bir birimle gösterilir. Bu gösterim çeşidi normalde gama veya X-ışını doz oranlarının ölçümünde kullanılır. G-M tüpü sadece radyasyonun varlığını tespit edebilir, fakat enerjisini tespit edemez ki, enerji iyonlaşma etkisini belirler. Sonuç olarak, doz oranı ölçümü energy compensated G-M tüpünün kullanımını gerektirir, bu yüzden soğurulmuş doz gösterimi tespit edilen sayımla ilişkilidir.[1] Elektronik devreler bilinen katsayı ve çarpanları uygulayarak iki gösterim arasındaki dönüşümü yapar ki, bu dönüşüm de her bir cihazın kendisine özeldir ve ayrıca tasarımına ve kalibrasyonuna bağlıdır.

Okuma cihazı analog veya dijital olabilir, ve gitgide artarak, modern cihazlar bir ana bilgisayar veya ağ ile seri iletişim imkanı tanımaktadırlar.

Genellikle iyonlaşma olaylarının sayısını temsilen klik sesi üretimi seçeneği de vardır. Bu özgün ses normalde el tipi veya taşınabilir Geiger sayaçlarıyla ilişkilidir. Bunun amacı kullanıcıya radyasyon oranını temsil eden ses geribeslemesini dinlerken aynı zamanda cihaza da yoğunlaşmasını sağlamaktır. Elektronik devereleri bağıl olarak yüksek değerli gerilim üretirler, tipik olarak 400-600 volt civarında, ki bu gerilim Geiger-Müller tüpünü çalışır duruma getirebilmek için uygulanır.

Kısıtlamalar[değiştir | kaynağı değiştir]

Geiger sayacında iki önemli kısıtlama vardır. Birincisi, Geiger-Müller tüpü gelen radyasyonun enerjisinin büyüklüğünden bağımsız olarak her zaman aynı değere sahip bir atma çıktısı verir. Diğeri ise, yüksek radyasyon dozlarının tüpün "ölü zamanı"ndan dolayı ölçülememesidir. Gazın her bir iyonlaşmasından sonra geçen süre zarfında tüp diğer iyonlaşmalara olan hassasiyetini yitir, böylece bu süreçte gelen radyasyon sayıma bir katkı yapmaz ve ölçülen doz veya oran gerçektekinden daha düşüktür. Tipik olarak ölü zaman tespit edilen sayım oranlarını yaklaşık 104'ten 105'e kadar saniye başına sayım kadar daha az gösterecektir, kullanılan sayacın karakteristiğine bağlı olarak. Bazı sayaçlar bunu dengeleyecek devreler içermelerine rağmen, yüksek radyasyon oranlarının daha kesin ölçümleri için iyon çemberi cihazları tercih edilir.

Türleri ve uygulamaları[değiştir | kaynağı değiştir]

Pankek tipi dedektörlü G_M sayacı
Radyoaktif kaynaktan çıkan beta radyasyonunun ölçümü için Geiger sayacının laboratuvardaki kullanımı

Bir Geiger sayacının uygulamalarını ve kullanmını bütünüyle tüpünün tasarımı belirler.

Parçacık tespiti[değiştir | kaynağı değiştir]

Geiger ilkesinin tarihteki ilk kullanımı alfa ve beta parçacıklarının tespiti içindi ve cihaz halen bugün de bu amaç için kullanılmaktadır. Alfa parçacıkları ve düşük enerjili beta parçacıkları serbest hava ortamında bile sınırlı bir mesafeye sahiptirler ve katı bir madde tarafından kolayca durdurulurlar, bu yüzden "açık-uç" tipi GM tüpleri bu parçacıkların tespitinde kullanılır. Açık-uç bu parçacıkların asgari zayıflamayla geçişine izin verecek kadar ince ve genelde yoğunluğu 1.5 - 2.0 mg/cm2 civarında olacak şekilde tasarlanmıştır. Serbest havadan kaynaklanan zayıflamanın etkisini azaltabilmek için ve böylece alfa parçacıklarının verimli olarak tespit edilebilmesi için GM tüpünün penceresi radyasyon kaynağından 10mm civarında bir mesafede bulunmalıdır. Fakat, G-M tüpü bütün tespit edilen radyasyon çeşitleri için aynı değerde bir atma çıktısı verir, bu nedenle açık-uçlu Geiger sayacı alfa ve beta parçacıklarını birbirinden ayırdedemez. Açık-uç dedektörün bir başka çeşidi olan "Pankek" Geiger-Müller dedektörü daha geniş bir yüzey alanına sahiptir ve genellikle alfa/beta kirlenmesini gözlemek için kullanılır. Yüksek enerjili beta parçacıkları da tespit edilebilir ki bu "penceresiz" ince bir duvarlı bir tüple mümkündür. Bu tasarımda açık-uç bir dedektöre gerek yoktur. Tüp duvarları açık-uç dedektöründen daha güçlü bir durdurma gücüne sahip olmalarına karşın, yine de bu yüksek enerjili parçacıkların dedektör içindeki gaza ulaşmalarına izin verirler.

Geiger sayaçları halen genel amaçlı ve taşınabilir alfa/beta radyoaktif kirlenmeleri için ölçüm ve tespit cihazıdır, bunu düşük maliyetlerine, sağlamlıklarına ve göreceli olarak yüksek tespit verimliliklerine borçludurlar (özellikle de yüksek enerjili beta parçacıkları durumunda). Fakat alfa ve beta parçacıklarının ayırt edilebilmeleri veya bu parçacıkların enerji verilerinin elde edilebilmeleri için parıldama sayaçları veya nispi sayaçlar kullanılmalıdır. Bu tür cihazlar daha büyük bir dedektör yüzeyine sahip olabilirler ve böylece yüzey kirlenmelerinin denetlenmesi daha hızlı yapılabilir.

Gama ve X-ışını tespiti[değiştir | kaynağı değiştir]

Geiger sayaçları gama radyasyonunu tespit etmek için kullanılabilirler, bu amaç için penceresiz tüpler kullanılır. Fakat, gamaların tüple etkileşimi düşük olduğundan verimlilik %1 civarındadır,[2].

Geiger-Müller tüpü hakkındaki bu makale foton radyasyonunun tespiti üzerine teknikleri içerir. Özet olarak, yüksek enerjili gamaların tespiti foton radyasyonunun tüp duvarını oluşturan malzemeyle etkileşimiyle ilişkilidir, genellikle 1–2 mm'lik krom çelik, bu ilişkinin nedeni tüp duvarlarından elektron üretilmesi ve bu elektronların tüpün içindeki gazı iyonlaştırmasıdır. Bu yüksek enerjili gama fotonlarının tüpün içindeki düşük basınçlı gazla olan etkileşimlerinin azlığından dolayı gereklidir ve çoğu da tespit edilmeden geçip giderler. Fakat, düşük enerjili fotonlar için gazla etkileşim daha yüksektir ve doğrudan iyonlaşma etkilerinde artış olur. Fotonların enerjisi yüksek seviyeden düşük seviyeye doğru azaldıkça duvar etkisinin baskınlığı yerini duvar etkisi ve doğrudan iyonlaşma etkisinin karışımına bırakır ta ki bütünüyle doğrudan etkileşim baskın hale gelene kadar.

Değişik foton enerjilerine verilen tepkilerin çok çeşitli olmasında dolayı kalın çeperli çelik tüpler kullanılır. Çelik tüpler foton enerjilerini emerek değişik enerji seviyeleri arasında farkları azaltır, daha geniş bir enerji aralığıyla kıyaslandığında çalışma hassassiyetini arttırır.

Uzun ince duvarlı bir tüp düşük enerjili foton tespiti için tipik bir tasarımdır. Bu daha fazla gaz için fazladan hacim imkanı verir, böylece parçacıkların etkileşim şansı artar, yine de bu sistem düşük enerjili fotonlar ince duvardan geçerek gazın içine geçmesine izin verir.

Nötron tespiti[değiştir | kaynağı değiştir]

Nötronların boron trifluoride veya Helium 3 ve plastik moderatör kullanılarak hazırlanan Geiger tüpünün değişik bir türü nötronları tespit etmek için kullanıldı. Bu yavaşlama sonucu nötronlar dedektörün içerisinde alfa parçacıklarının oluşmasına sebep olur ve böylece nötronlar sayılabilir.

Gama ölçümü—kişisel korunma ve süreç kontrolü[değiştir | kaynağı değiştir]

"Geiger sayacı" genellikle elde taşınabilen tetkik tipi ölçüm cihazlarıdır, fakat Geiger prensiplerinin kullanımı daha da yaygındır, örneğin; işçilerin korunması için "gama bölgesi" alarmı olarak, güvenlik kilitleri uygulamalarında ve ölçüm süreçlerinde. Bu tür uygulamalarda, Geiger tüpü halen algılayan cihaz olmasına karşın, el tipi cihazlara göre elektronik işlemci devreleri daha yüksek dereceli bir ayrıntıya ve güvenililirliğe sahiptirler.

Fiziki tasarımı[değiştir | kaynağı değiştir]

Elde taşınabilir üniteler iki temel fiziki biçim vardır: "bütünleşik" ünite ki hem dedektör hem de elektronik devre aynı ünite içindedir, ve "iki-parçalı" tasarım ki dedektör ucu ve elektronik devre modülü birbirinden ayrı ama kısa bir kabloyla birbirine bağlıdırlar.

Bütünleşik birim (ünite) tek elle taşıma imkanı verir, böylece kullanıcı diğer elini radyoaktif tehlike durumlarında kişisel güvenliği için kullanabilir, fakat iki parçalı tasarım dedektörün daha kolay kullanımına izin verir ve genellikle yüzeylerin alfa ve beta kirlenmesinin denetlenmesi sürecinde de kullanılabilirler ki bu tür durumlar daha dikkatli olmayı gerektiren veya elektronik devrelerinin ağırlıklarının kullanım şartlarını hantallaştırabileceği durumlardır. Kendine has farklı durumlarda kullanılmak üzere bir çok çeşit büyüklükte cihazlar mevcuttur, örneğin; dedektör ucunun çok küçük aralıklar vs. gibi yerlere girmesi gereken durumlar.

Gama ve X-ışını dedektörleri genellikle Geiger-Müller tüpünün elektronik devreyle uyumlu bir şekilde var olabileceği "bütünleşik" tasarımlara sahiptirler. Bu tür dedektörleri yapmak kolaydır çünkü dış muhafazanın ışınları fazla zayıflatmaz ve gama radyasyonu ölçümü durumlarında da radyasyon kaynağından uzaklık çok da önemli bir etken değildir. Fakat, daha yerel ölçümler yapabilmek için örneğin "yüzeydeki radyasyon dozu", tüpün konumu önemli hale gelir çünkü kaynağın dedektörün bilinen bir mesafe, yönelim ve yakınlığa konması gerekebilir.

There is a particular type of gamma instrument known as a "hot spot" detector which has the detector tube on the end of a long pole or flexible conduit. These are used to measure high radiation gamma locations whilst protecting the operator by means of distance shielding.

Particle detection of alpha and beta can used in both integral and two-piece designs. A pancake probe (for alpha/beta) is generally used to increase the area of detection in two-piece instruments whilst being relatively light weight. In integral instruments using an end window tube there is a window in the body of the casing to prevent shielding of particles. There are also hybrid instruments which have a separate probe for particle detection and a gamma detection tube within the electronics module. The detectors are switchable by the operator, depending the radiation type that is being measured.

Uygulamalı kullanımı üzerine rehberlik[değiştir | kaynağı değiştir]

Birleşik Krallıkta HSE yapılması düşünülen uygulamalar için doğru radyasyon ölçüm cihazının seçiminde yardımcı olmak üzere bir kullanıcı rehberi yayınladı. Bu rehber bütün radyason cihazı teknolojilerini kapsadığı gibi GM dedektörlerinin faydalı bir karşılaştırmasını da içerir.

Mika pencereli ve pankek şekilli bir GM dedektörünün veri-kaydeden 1nci sınıf Bluetooth adaptörlü mikroişlemciye bağlanmış hali bir bilgisayara (PC) radyo sinyallerini kullanarak radyasyon seviyesi bilgisini göndermektedir.

Tarih[değiştir | kaynağı değiştir]

In 1908 Hans Geiger, under the supervision of Ernest Rutherford at the Victoria University of Manchester (now the University of Manchester), developed an experimental technique for detecting alpha particles that would later be used in the Geiger-Müller tube.[3] This counter was only capable of detecting alpha particles and was part of a larger experimental apparatus. The fundamental ionization mechanism used was discovered by John Sealy Townsend by his work between 1897 and 1901, and is known as the Townsend discharge, which is the ionization of molecules by ion impact.

It was not until 1928 that Geiger and Walther Müller (a PhD student of Geiger) developed the sealed Geiger-Müller tube which could detect more types of ionizing radiation[4][5] and it became a practical radiation sensor. Once this was available, Geiger counter instruments could be produced relatively cheaply, because the large output pulse required little electronic processing to give a count rate reading, which was a distinct advantage in the thermionic valve era due to valve cost and power consumption.

Modern versions of the Geiger counter use the halogen tube invented in 1947 by Sidney H. Liebson.[6] It superseded the earlier Geiger tube because of its much longer life and lower operating voltage, typically 400-600 volts.[7]

Ayrıca bkz.[değiştir | kaynağı değiştir]

Kaynaklar[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Glenn F Knoll. Radiation Detection and Measurement, third edition 2000. John Wiley and sons, ISBN 0-471-07338-5
  2. ^ ’’Geiger Müller Tüpleri, 1nci baskı’’ Centronics Ltd. tarafından yayınlanan Kılavuzluk notları
  3. ^ E. Rutherford and H. Geiger (1908) "An electrical method of counting the number of α particles from radioactive substances," Proceedings of the Royal Society (London), Series A, vol. 81, no. 546, pages 141–161.
  4. ^ H. Geiger and W. Müller (1928), "Elektronenzählrohr zur Messung schwächster Aktivitäten" (Electron counting tube for the measurement of the weakest radioactivities), Die Naturwissenschaften (The Sciences), vol. 16, no. 31, pages 617–618.
  5. ^ Geiger, H. and Müller, W. (1928) "Das Elektronenzählrohr" (The electron counting tube), Physikalische Zeitschrift, 29: 839-841. See also: Geiger, H. and Müller, W. (1929) "Technische Bemerkungen zum Elektronenzählrohr" (Technical notes on the electron counting tube), Physikalische Zeitschrift, 30: 489-493. See also: Geiger, H. and Müller, W. (1929) "Demonstration des Elektronenzählrohrs" (Demonstration of the electron counting tube), Physikalische Zeitschrift, 30: 523 ff.
  6. ^ S. H. Liebson (1947) "The discharge mechanism of self-quenching Geiger-Mueller counters," Physical Review, vol. 72, no. 7, pages 602–608.
  7. ^ History of Portable Radiation Detection Instrumentation from the period 1920–60

Harici bağlantılar[değiştir | kaynağı değiştir]

Wikimedia Commons'ta Geiger sayacı ile ilgili çoklu ortam kategorisi bulunur.