Jak działa licznik Geigera i co można nim zmierzyć?
Licznik Geigera to jedno z najczęściej używanych urządzeń do wykrywania promieniowania jonizującego. Choć jego konstrukcja jest stosunkowo prosta, skrywa w sobie fascynującą technologię. Dowiedz się, jak działa to urządzenie, co można nim zmierzyć, a także jak wykorzystujemy je w takich miejscach jak Kopalnia Uranu Kowary.
Czym jest licznik Geigera?
Licznik Geigera, znany także jako licznik Geigera-Müllera, to urządzenie służące do detekcji promieniowania alfa, beta i gamma. Został wynaleziony w 1908 roku przez Hansa Geigera, a w 1928 roku udoskonalony przez Walthera Müllera.
„Detekcja promieniowania to podstawa w badaniach jądrowych. Licznik Geigera to jego najprostszy i najbardziej dostępny detektor.”
– Dr Klaus Becker, fizyk jądrowy, Instytut Radiacyjny Uniwersytetu w Monachium
Jak działa licznik Geigera?
Budowa licznika
Typowy licznik Geigera składa się z:
- Rurki Geigera-Müllera (GM tube)
- Źródła wysokiego napięcia (300–900 V)
- Układu elektronicznego rejestrującego impulsy
- Czasem sygnalizatora dźwiękowego („kliknięć”)
Zasada działania
Wewnątrz rurki Geigera-Müllera znajduje się specjalny gaz szlachetny – najczęściej argon, czasem z dodatkiem halogenu lub alkoholu jako gazu gaszącego. Gaz ten jest utrzymywany pod niskim ciśnieniem i nie przewodzi prądu w normalnych warunkach. Jednak kiedy do rurki wpadnie cząstka promieniowania jonizującego – na przykład cząstka alfa, beta lub foton gamma – zderza się ona z cząsteczkami gazu i wyrywa z nich elektrony.
Ten proces nazywa się jonizacją. Uwolnione elektrony są przyciągane do cienkiego drutu znajdującego się w środku rurki (tzw. anody), który jest podłączony do wysokiego napięcia. W wyniku tego powstaje lawina elektronów – pojedyncze zdarzenie zamienia się w wyraźny impuls elektryczny. Ten impuls jest rejestrowany przez układ elektroniczny licznika.
W zależności od rodzaju urządzenia, impuls ten może być:
- zliczany i pokazany jako liczba na wyświetlaczu LCD,
- przekształcony na kliknięcie dźwiękowe,
- zinterpretowany jako alarm, jeśli przekroczy ustalony poziom promieniowania.
Dzięki temu licznik Geigera pozwala na szybkie, praktyczne i łatwe wykrycie obecności promieniowania w otoczeniu.
Co można zmierzyć licznikiem Geigera?
Licznik Geigera służy przede wszystkim do:
- Pomiaru tła promieniowania (np. w Kowarach średnio 0,15–0,20 µSv/h)
- Detekcji skażeń promieniotwórczych
- Weryfikacji poziomu promieniowania próbek minerałów, takich jak ruda uranu
W Sztolniach Kowary urządzenie to pokazuje wyraźne wzrosty wskazań w pobliżu niektórych ekspozycji.
„To, co jest niewidzialne, nie znaczy, że nie istnieje. Licznik Geigera czyni promieniowanie widzialnym i słyszalnym.”
– Marie Curie-Skłodowska, dwukrotna laureatka Nagrody Nobla
Mimo że licznik Geigera nie mierzy dokładnej energii promieniowania (do tego służą spektrometry), świetnie sprawdza się jako pierwszy krok w ocenie sytuacji radiacyjnej.
Jakie rodzaje promieniowania wykrywa licznik Geigera?
Licznik Geigera potrafi wykryć aż trzy rodzaje promieniowania:
Promieniowanie alfa
Promieniowanie alfa to najsłabszy z trzech głównych rodzajów promieniowania. Składa się z ciężkich cząsteczek – są to tak naprawdę dwa protony i dwa neutrony (czyli jądro atomu helu). Z powodu swojej wielkości i ładunku elektrycznego, promieniowanie alfa bardzo łatwo zatrzymać – wystarczy kartka papieru, cienka warstwa skóry albo nawet kilka centymetrów powietrza. To oznacza, że na zewnątrz naszego ciała nie stanowi dużego zagrożenia. Ale jeśli dostanie się do środka organizmu, np. przez wdychanie pyłu lub połknięcie, może być bardzo niebezpieczne dla komórek.
Promieniowanie beta
Promieniowanie beta to strumień bardzo szybkich elektronów (czasem też pozytonów). Jest dużo lżejsze niż alfa i bardziej przenikliwe. Nie zatrzyma go już zwykła kartka – potrzebny jest np. grubszy plastik, cienka blacha aluminiowa albo szkło. Promieniowanie beta może już przeniknąć przez skórę i dotrzeć do tkanek pod nią, dlatego trzeba uważać przy pracy z silnymi źródłami. Podobnie jak w przypadku alfa, jeśli dostanie się do organizmu, może uszkadzać DNA i komórki.
Promieniowanie gamma
Promieniowanie gamma to zupełnie coś innego – to nie są cząstki, tylko fale elektromagnetyczne (takie jak światło, ale o bardzo dużej energii). To właśnie gamma ma największą siłę przenikania. Może przechodzić przez ciało człowieka, przez ściany, a nawet przez metal. Żeby je zatrzymać, trzeba użyć naprawdę gęstych materiałów – najlepiej grubej warstwy ołowiu albo betonu. Promieniowanie gamma jest często wykorzystywane w medycynie (np. w radioterapii), ale w dużych dawkach może być niebezpieczne i dlatego trzeba je mierzyć np. licznikiem Geigera.
Gdzie używa się liczników Geigera?
– W kopalniach uranu, takich jak Kopalnia Kowary
– W służbach ochrony środowiska i sanepidzie
– W medycynie nuklearnej i laboratoriach
– W elektrowniach jądrowych
– W geoturystyce Karkonoszy, co jest jedną z atrakcji Karpacza i okolic
„Licznik Geigera to obowiązkowy element wyposażenia każdego, kto pracuje lub edukuje w obszarze promieniotwórczości.”
– Prof. Janusz Janeczek, geolog, były rektor Uniwersytetu Śląskiego
Czy można używać licznika Geigera w domu i w szkole?
Tak! Liczniki Geigera dostępne są dla hobbystów i kolekcjonerów. Wiele osób wykorzystuje je do:
- Sprawdzania uranu w szkle uranowym czy ceramice
- Mierzenia promieniowania w dawnych zegarkach z farbą radiową
- Edukacji dzieci i młodzieży w szkołach
Na stronie kopalniauranu.pl/akademia-uranu znajdziesz więcej informacji o użyciu mierników promieniowania.
Podsumowanie
Licznik Geigera to proste, ale niezwykle użyteczne narzędzie w detekcji promieniowania. Dzięki niemu niewidzialne staje się widzialne – i zrozumiałe. Możesz go spotkać m.in. w sztolniach Kowary, gdzie odgrywa kluczową rolę w edukacji i popularyzacji nauki.
Chcesz dowiedzieć się więcej o promieniotwórczych minerałach? Przeczytaj nasz artykuł: Czym właściwie jest uran i w jakiej postaci występuje?
Źródła i literatura:
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- Państwowy Instytut Geologiczny – PIB
- J. Janeczek, „Geochemia uranu”, Wyd. Uniwersytetu Śląskiego, 2002
- G. F. Knoll, „Radiation Detection and Measurement”, Wiley, 2010
Gotowy na kolejną dawkę wiedzy? Zajrzyj do pozostałych wpisów z serii Akademia Uranu i odkrywaj fascynujący świat promieniowania razem z nami!
