Mit einem Geigerzähler kann die Intensität radioaktiver Strahlung gemessen werden. Wie funktioniert das genau? Ein Geigerzähler misst ionisierende Strahlung. Diese Strahlung zeichnet sich dadurch aus, dass sie beim Auftreffen auf andere Elemente Elektronen aus deren Molekül- oder Atomstruktur heraus schießt. In der Regel geht diese Strahlung von radioaktiven Stoffen aus. Die Strahlung entsteht, da die radioaktiven Elemente bei ihrem Zerfall Alpha-, Beta- und Gammastrahlung aussenden. Die ersten beiden Strahlungsarten sind geladene Atomteilchen, die Gammastrahlung besteht aus Photonen oder auch Quanten. Da diese Strahlung auch lebende Zellen angreift, kann sie je nach strahlendem Element für Menschen gefährlich werden. Daher ist es nicht nur für die Wissenschaft wichtig, Radioaktivität messen zu können. Auch der Zivil- und Katastrophenschutz, die Armee und Strahlenmediziner sind in hohem Maß darauf angewiesen. Denn Strahlung kann man weder sehen, riechen, fühlen, schmecken noch hören. Ist man ihr zu lange ausgesetzt, droht die Strahlenkrankheit.
Funktion des Geigerzählers
Grundlage des Messgerätes ist das Zählrohr. Es besteht aus einem Metallrohr und ist mit einem Edelgas, wie zum Beispiel Helium, gefüllt. Der Druck im Inneren ist geringer als in der Atmosphäre auf Meereshöhe. Durch die Mitte des Rohrs verläuft ein Wolframdraht als Pluspol (Anode), das Rohr selbst dient als Minuspol (Kathode). Zwischen beiden Polen wird eine Hochspannung erzeugt, in der Stärke von einigen hundert Volt. Trifft nun ionisierende Strahlung auf das Zählrohr, werden in der Folge aus den Atomen des Heliumgases Elektronen heraus gelöst. Durch den Pluspol werden diese angezogen, da ein elektrisches Feld im Zählrohr besteht. Durch die Kollision der Elektronen mit anderen Atomen löst dies einen Stoß von Ionisierung aus, viele Elektronen werden freigesetzt. Diese lösen wiederum ein Signal aus, entweder visuell oder akustisch. Bekannt ist vor allem das charakteristische Knacken eines Geigerzählers, das sich bei starker Strahlung auch in ein Knattern oder sogar Rauschen verwandelt.
Messen unterschiedlicher Strahlungsarten
Welche Strahlung mit einem Geigerzähler erfasst werden kann, hängt vor allem von dem verwendeten Edelgas ab, welches sich im Zählrohr befindet. Die Bauweise des Geiger-Müller-Zählrohrs ist bei den meisten, gängigen Geigerzählern aufzufinden. Ihre Anwendung ist sehr vielseitig, vom Bergbau bis hin zum Strahlenschutz. Jedoch können nicht alle Geigerzähler auch jede Strahlungsart messen – die Mehrzahl der im Handel angebotenen Geräte erfassen nur Alphastrahlen oder nur Beta- und Gammastrahlen, jedoch nicht alle Arten zugleich. Wird Bortrifluorid als Gas für das Zählrohr eingesetzt, kann Neutronenstrahlung erfasst werden. Wird eine dicke Aluminiumschicht vor das Zählrohr eines Geigerzählers gehalten, dann werden Alpha- und Betastrahlen abgeschirmt, dadurch wird die Messung von Gammastrahlen möglich. Für diesen Zweck gibt es an manchen Geräten auch spezielle Vorrichtungen.
Maßeinheiten der Strahlungsmessung
Gemessen wird die Zahl der in einer Sekunde zerfallenden Teilchen, ein Zerfall in der Sekunde entspricht der Maßeinheit „Becquerel“. So kann ein Geigerzähler die Anzahl der gemessenen Impulse mathematisch in Relation zur verstrichenen Zeit setzen und einen Messwert berechnen. Vorausgesetzt, die Ansprechwahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Strahlenarten sind bekannt. Für den Menschen ist aber vor allem die aufgenommene Menge an radioaktiver Strahlung, also die Strahlungsenergie, ausschlaggebend. Diese wird in der Messeinheit „Sievert“ angegeben. Ein Sievert ist 1 Joule aufgenommene Energie pro Kilogramm Körpermasse. Die verschiedenen Strahlungsarten haben unterschiedliche Auswirkungen auf lebendes Gewebe, so dass bei der Messung ein bestimmter Faktor eingerechnet wird, um die tatsächliche Belastung des menschlichen Organismus genauer bestimmen zu können.