Geiger_counter
ガイガーカウンター（ガイガーミュラーカウンターとも呼ばれます）は、電離放射線を検出および測定するために使用される電子機器です。放射線量測定、放射線防護、実験物理学、原子力産業などのアプリケーションで広く使用されています。
ガイガーミュラーカウンター
アナログ読み出しの電子モジュールに接続された円筒形のエンドウィンドウ検出器を使用した「ツーピース」ベンチタイプのガイガーミュラーカウンター。
他の名前
ガイガーカウンター
発明者
ハンス・ガイガーヴァルター・ミュラー
関連商品
ガイガーミュラー管
ガイガーカウンターの音
ガイガーミュラー管で発生する電離効果を利用して、アルファ粒子、ベータ粒子、ガンマ線などの電離放射線を検出します。携帯型放射線調査機器として広く広く使用されており、おそらく世界で最も有名な放射線検出機器の1つです。
当初の検出原理は1908年にマンチェスター大学で実現されましたが、ガイガーカウンターが実用的な機器として製造できるようになったのは、1928年にガイガーミュラー管が開発されてからでした。それ以来、堅牢な検出素子と比較的低コストで非常に人気がただし、高い放射線量と入射放射線のエネルギーの測定には制限が
コンテンツ
1 動作原理
1.1 読み出す 1.2 制限事項
2 タイプとアプリケーション
2.1 粒子検出 2.2 ガンマ線およびX線検出 2.3 中性子検出 2.4 ガンマ測定—人員保護とプロセス制御 2.5 物理的設計 2.62.6 アプリケーションの使用に関するガイダンス
3 歴史
4 ギャラリー
5 も参照してください
6 参考文献
7 外部リンク
動作原理
低透過放射線用の「エンドウィンドウ」チューブを使用したガイガーカウンターの図。スピーカーは表示にも使用されます
ガイガーミュラー管
ガイガーカウンターは、ガイガーミュラー管（放射線を検出する検知素子）と、結果を表示する処理電子機器で構成されています。
ガイガーミュラー管には、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不活性ガスが低圧で充填されており、高圧が印加されています。入射放射線の粒子または光子がイオン化によってガスを導電性にするとき、チューブは短時間電荷を伝導します。イオン化は、タウンゼント放電効果によってチューブ内で大幅に増幅され、簡単に測定できる検出パルスを生成します。このパルスは、処理およびディスプレイの電子機器に供給されます。チューブからのこの大きなパルスにより、ガイガーカウンターの製造が比較的安価になります。これは、後続の電子機器が大幅に簡素化されるためです。電子機器はまた、ガイガーミュラー管の動作を可能にするために印加しなければならない高電圧（通常は400〜900ボルト）を生成します。ガイガーミュラー管での放電を停止するために、少量のハロゲンガスまたは有機物質（アルコール）がガス混合物に追加されます。
読み出す
検出された放射線の読み取りには、カウントまたは放射線量の2種類がカウント表示は最も単純で、「1分あたりのカウント数」や「1秒あたりのカウント数」などのカウントレートとして、または設定された期間のカウントの総数（統合された）として表示される、検出された電離イベントの数です。合計）。カウントの読み取りは通常、アルファ粒子またはベータ粒子が検出されているときに使用されます。達成するのがより複雑なのは、ガンマ線またはX線の線量率を測定するために通常使用されるシーベルトなどの単位で表示される放射線量率の表示です。ガイガーミュラー管は放射線の存在を検出できますが、放射線の電離効果に影響を与えるエネルギーは検出できません。したがって、線量率を測定する機器では、エネルギー補償されたガイガーミュラー管を使用する必要がそのため、表示される線量は、検出されたカウントに関連しています。電子機器は、この変換を行うために既知の要因を適用します。これは、各機器に固有であり、設計と校正によって決定されます。
読み取り値はアナログまたはデジタルであり、最新の機器はホストコンピューターまたはネットワークとのシリアル通信を提供します。
通常、検出されたイオン化イベントの数を表す可聴クリック音を生成するオプションがこれは、通常、ハンドヘルドまたはポータブルガイガーカウンターに関連する独特の音です。これの目的は、ユーザーが放射線量に関する聴覚フィードバックを保持しながら、機器の操作に集中できるようにすることです。
制限事項
ガイガーカウンターには2つの主な制限がガイガーミュラー管からの出力パルスは常に同じ大きさであるため（入射放射線のエネルギーに関係なく）、管は放射線の種類を区別できません。第二に、各イオン化イベントの後に「デッドタイム」が続くため、チューブは高い放射線率では精度が低くなります。これは、それ以上の入射放射線がカウントされない鈍感な期間です。通常、デッドタイムは、使用されているチューブの特性に応じて、指示されたカウントレートを毎秒約104から105カウント以上に減らします。一部のカウンターにはこれを補償できる回路がありますが、正確な測定には、高い放射線率には電離箱機器が推奨されます。
タイプとアプリケーション
パンケーキ型プローブ付きガイガーカウンター
ベータ線を測定するためのエンドウィンドウプローブを備えたガイガーカウンターの実験室での使用
ガイガーカウンターの意図された検出アプリケーションは、使用されるチューブの設計を決定します。その結果、非常に多くのデザインがありますが、それらは一般に「エンドウィンドウ」、ウィンドウのない「薄壁」、「厚壁」、そして時にはこれらのタイプのハイブリッドに分類できます。
粒子検出
ガイガー原理の最初の歴史的な使用法は、アルファ粒子とベータ粒子の検出であり、この機器は現在でもこの目的で使用されています。アルファ粒子と低エネルギーベータ粒子の場合、ガイガーミュラー管の「エンドウィンドウ」タイプを使用する必要がこれらの粒子は範囲が限られており、固体材料によって簡単に止められるためです。したがって、チューブには、これらの粒子をできるだけ多く充填ガスに通すのに十分な薄さの窓が必要です。窓は通常、密度が約1.5〜2.0 mg /cm2の雲母でできています。
アルファ粒子の範囲は最短であり、これらを検出するには、アルファ粒子の減衰により、ウィンドウは理想的には放射線源から10mm以内にある必要がただし、ガイガーミュラー管は、検出されたすべての放射線に対して同じ大きさのパルス出力を生成するため、エンドウィンドウ管を備えたガイガーカウンターはアルファ粒子とベータ粒子を区別できません。熟練したオペレーターは、放射線源からさまざまな距離を使用して、アルファ粒子と高エネルギーベータ粒子を区別できます。
「パンケーキ」ガイガーミュラー管は、エンドウィンドウプローブの変形ですが、チェックをより迅速に行うために、より大きな検出領域で設計されています。ただし、充填ガスの低圧に対する大気圧は、ウィンドウ膜の強度が制限されているため、ウィンドウサイズを制限します。
一部のベータ粒子は、薄壁の「窓のない」ガイガーミュラー管でも検出できます。この管にはエンドウィンドウはありませんが、高エネルギーのベータ粒子が管壁を通過できます。チューブの壁は薄いエンドウィンドウよりも強力な阻止能を持っていますが、それでもこれらのよりエネルギーの高い粒子が充填ガスに到達することを可能にします。
エンドウィンドウガイガーカウンターは、比較的低コスト、堅牢性、および比較的高い検出効率により、依然として汎用の携帯型放射能汚染測定および検出機器として使用されています。特に高エネルギーベータ粒子の場合。 ただし、アルファ粒子とベータ粒子を区別したり、粒子エネルギー情報を提供したりするには、シンチレーションカウンターまたは比例計数管を使用する必要がこれらの機器タイプは、はるかに大きな検出器領域で製造されています。つまり、表面汚染のチェックは、ガイガーカウンターよりも迅速です。
ガンマ線およびX線検出
ガイガーカウンターは、ガンマ線と光子と総称されるX線を検出するために広く使用されており、このためにウィンドウレスチューブが使用されます。ただし、検出効率はアルファ粒子やベータ粒子に比べて低くなります。ガイガーミュラー管に関する記事には、光子放射を検出するために使用される技術のより詳細な説明が含まれています。高エネルギー光子の場合、チューブは放射線とチューブ壁との相互作用に依存します。通常、チューブ壁内で電子を生成するために、厚さ1〜2mmのクロム鋼などの高Z材料が使用されます。これらは充填ガスに入り、イオン化します。
チューブ内の低圧ガスは高エネルギー光子とほとんど相互作用しないため、これが必要です。ただし、光子エネルギーが低レベルに減少すると、ガスの相互作用が大きくなり、直接的なガスの相互作用が増加します。非常に低いエネルギー（25 KeV未満）では、直接ガスイオン化が支配的であり、鋼管が入射光子を減衰させます。その結果、これらのエネルギーでは、典型的なチューブ設計は、粒子と充填ガスとの直接相互作用の可能性を高めるために、より大きなガス体積を有する薄い壁を備えた長いチューブである。
これらの低エネルギーレベルを超えると、同じ強度の異なる光子エネルギーに応じてかなりの変動があり、鋼壁のチューブは、裸のチューブの周りにフィルターリングの形で「エネルギー補償」と呼ばれるものを採用します。広いエネルギー範囲でこれらの変動を補正します。クロム鋼のGM管は、広範囲のエネルギーで約1％の効率が
中性子検出
熱中性子を検出するための
BF3を充填したガイガー管
ガイガー管のバリエーションを使用して中性子を測定します。使用するガスは三フッ化ホウ素またはヘリウム3で、プラスチック減速材を使用して中性子を減速します。これにより、検出器内にアルファ粒子が作成されるため、中性子をカウントできます。
ガイガーミュラー管型70019（上部）を含む最新のワンピースガイガーミュラーカウンター
ガンマ測定—人員保護とプロセス制御
「ガイガーカウンター」という用語は、一般に携帯型測量計を意味するために使用されますが、ガイガーの原理は、人員保護のために設置された「エリアガンマ」アラーム、およびプロセス測定とインターロックアプリケーションで広く使用されています。ガイガー管は依然として検知装置ですが、処理電子機器は、ハンドヘルドサーベイメータで使用されるものよりも高度で信頼性が高くなります。
物理的設計
アルファおよびベータ検出に使用されるパンケーキGM管。繊細なマイカウィンドウは、通常、機器に取り付けられたときにメッシュで保護されます。
ハンドヘルドユニットの場合、2つの基本的な物理構成が同じユニットに検出器と電子機器の両方を備えた「一体型」ユニットと、短いケーブルで接続された別個の検出器プローブと電子機器モジュールを備えた「ツーピース」設計です。 。
1930年代に、雲母の窓が円筒形の設計に追加され、低透過性の放射線を簡単に通過できるようになりました。
一体型ユニットにより片手で操作できるため、オペレーターは困難な監視位置での個人的なセキュリティのためにもう一方の手を使用できますが、2ピース設計により検出器の操作が容易になり、注意深い場合のアルファおよびベータ表面汚染監視に一般的に使用されますプローブの操作が必要です。そうしないと、電子モジュールの重量によって操作が扱いにくくなります。プローブを小さな開口部や限られたスペースに配置するなど、特定の状況に合わせて、さまざまなサイズの検出器を利用できます。
ガンマ線およびX線検出器は一般に「一体型」設計を使用しているため、ガイガーミュラー管は電子機器の筐体内にケーシングは通常ほとんど減衰がなく、放射線源からの距離が重要な要素ではない周囲ガンマ測定で使用されるため、これは簡単に達成できます。ただし、「表面線量」などのより局所的な測定を容易にするために、エンクロージャー内のチューブの位置がエンクロージャー上のターゲットによって示されることがあるため、チューブを正しい方向に置き、チューブからの既知の距離で正確な測定を行うことができます。水面。
「ホットスポット」検出器として知られている特定のタイプのガンマ機器があり、長いポールまたは柔軟な導管の端に検出器チューブがこれらは、距離シールドによってオペレーターを保護しながら、高放射線ガンマ位置を測定するために使用されます。
アルファおよびベータの粒子検出は、一体型設計とツーピース設計の両方で使用できます。パンケーキプローブ（アルファ/ベータ用）は、一般的に、比較的軽量でありながら、ツーピース機器の検出領域を拡大するために使用されます。エンドウィンドウチューブを使用する一体型機器では、粒子の遮蔽を防ぐためにケーシングの本体にウィンドウが電子モジュール内に粒子検出用の別個のプローブとガンマ検出チューブを備えたハイブリッド機器も検出器は、測定される放射線の種類に応じて、オペレーターが切り替えることができます。
アプリケーションの使用に関するガイダンス
英国では、National Radiological Protection Boardが、関連する放射線測定アプリケーションに最適なポータブル機器タイプの選択に関するユーザーガイダンスノートを発行しました。これは、すべての放射線防護機器技術をカバーし、GM検出器の使用に関するガイドが含まれています。
歴史
ラザフォードとガイガーによって設計された初期のアルファ粒子カウンター。
実験室で使用するためにハンスガイガーによって1932年に製造された初期のガイガーミュラー管
1908年、ハンスガイガーは、マンチェスター大学（現在のマンチェスター大学）のアーネストラザフォードの監督下で、1928年にガイガーミュラー管の開発に使用されるアルファ粒子を検出するための実験技術を開発しました。この初期のカウンターはアルファ粒子を検出することしかできず、より大きな実験装置の一部でした。使用される基本的なイオン化メカニズムは、1897年から1901年の間にジョンシーリータウンゼントによって発見され、イオン衝撃による分子のイオン化であるタウンゼント放電として知られています。
ガイガーとヴァルターミュラー（ガイガーの博士課程の学生）が、以前に実験的に使用された基本的なイオン化原理を使用した密閉型ガイガーミュラー管を開発したのは、1928年になってからでした。小さくて頑丈で、以前のモデルと同じようにアルファ線とベータ線だけでなく、ガンマ線も検出できました。 実用的な放射線機器を比較的安価に製造できるようになったため、ガイガーカウンターが誕生しました。真空管出力は電子処理をほとんど必要とせず、バルブ数が最小限で消費電力が少ないため、熱電子バルブ時代の明確な利点であるため、この機器は携帯型放射線検出器として大きな人気を博しました。
ガイガーカウンターの最新バージョンは、1947年にシドニーH.リーブソンによって発明されたハロゲンチューブを使用しています。寿命がはるかに長く、動作電圧が低く、通常は400〜900ボルトであるため、以前のガイガーミュラー管に取って代わりました。
ギャラリー
ガンマサーベイモニターとして使用されているGMカウンター、この例では放射性衛星の破片を探しています
も参照してください
ベクレル、ある量の放射性物質の放射性崩壊率のSI単位
民間防衛ガイガーカウンター、ハンドヘルド放射線モニター、GMおよび電離箱の両方
カウント効率検出器に到達する放射線イベントの比率とそれがカウントする数
線量計、被ばく者が受けた放射線量を測定するために使用する装置
最も単純な電離放射線検出器である電離箱
ガス電離検出器、主なガス検出器タイプの概要
ガイガーミュラー管は、ガイガーミュラー管の操作と種類のより詳細な説明を提供します
ガイガープラトー、ガイガーミュラー管の正しい動作電圧範囲
フォトンカウンティング
放射性崩壊、不安定な原子が放射線を放出するプロセス
Safecast（組織）、市民科学におけるガイガーミュラーカウンターテクノロジーの使用
シンチレーションカウンター、ガスレス放射線検出器
シーベルト、人体への低レベルの放射線の影響のSI単位
参考文献
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^ E.ラザフォードとH.ガイガー（1908）「放射性物質からのα粒子の数を数える電気的方法」、英国王立協会紀要（ロンドン）、シリーズA、vol。81、いいえ。546、141〜161ページ。
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^ ポータブル監視機器の選択、使用、および保守。英国HSE
^ Korff、SNTM（2012）20：271. doi：10.1007 / s00048-012-0080-y
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^ 参照：
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Geiger、H.andMüller、W。（1928） “”DasElektronenzählrohr””（電子計数管）、Physikalische Zeitschrift、29：839-841。
Geiger、H.andMüller、W。（1929） “”Technische Bemerkungen zumElektronenzählrohr””（電子計数管に関するテクニカルノート）、Physikalische Zeitschrift、30：489-493。
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^ Liebson、SH（1947）。「自己消光ガイガーミュラーカウンターの放電メカニズム」（PDF）。フィジカルレビュー。72（7）：602–608。Bibcode：1947PhRv…72..602L。土井：10.1103/PhysRev.72.602。hdl：1903/17793。
^ 1920〜60年の携帯型放射線検出機器の歴史
外部リンク
コモンズのガイガーカウンターに関連するメディア
ガイガーカウンターのしくみ。”