Kennlinie beim Geiger-Müller-Zählrohr

kwongk · Anmeldungsdatum: 08.10.2012 Beiträge: 8

Hallo. Obwohl es der 31.12.2013 ist und es gerade 4 Uhr am Morgen ist, beschäftigt mich doch noch ein bisschen Physik.

Es geht um die Kennlinie des Geiger-Müller-Zähltrohrs.
Also um das hier: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kennlinie_Zaehlrohr-GER.svg

Die Rekombination ist für mich recht gut verständlich. Bei der Ionisationskammer wird es bei mir allerdings schwierig. Wenn ich mir meine Unterlagen angucke, dann kann ich zwar lesen, was das zu bedeuten hat, aber verstehen tue ich es trotzdem nicht.

Anscheinend kann man im Bereich der Ionisationskammer die Energie der Strahlung messen. Es werden Atome ionisiert, aber es entsteht keine Lawine, weil die Beschleunigungsspannung zu niedrig ist.

Anders ist das dann im Plateaubereich. Da misst man dann anscheinend die Menge der Strahlung, aber nicht die Energie. Da Lawinen ausgelöst werden, ist es ja egal, ob es im übertragenen Sinne jetzt noch ein Schneeball mehr drin ist, merken tut man es nicht.

Ich frage mich jetzt, wie man das auseinanderhält...

Das GMZ spuckt am Ende sowieso dieselbe Einheit aus. Sagen wir mal Impulse/Sekunde. Also woher weiß man, was man gerade gemessen hat?

kwongk

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5785 Wohnort: Heidelberg

Hallo,

vielleicht hilft es, wenn Du gedanklich erstmal davon ausgehst, das Zählgas würde nur von einem ionisierenden Strahlungs-Teilchen durchquert werden, das irgendwann ein Gasatom des Zählgases ionisiert.
Je nach Energieübertrag an das Zählgas-Atom fliegen die Ionisationsprodukte (also Elektron und Gas-Ion) mehr oder weniger schnell auseinander. Zumindest statistisch wird natürlich eher mehr Energie übertragen werden, wenn die Energie der ionisierenden Strahlung größer ist. Da spielt dann z. B. bei Gamma-Strahlung wieder eine Rolle, ob die Energie eher durch den Photoeffekt oder den Compton-Effekt das Zählgas ionisiert hat. Im Falle des Photoeffektes wäre dann ja das Gammaquant ganz weg und die Energie komplett übertragen, beim Compton-Effekt hat man zwar ein kontinuierliches Energiespektrum, kann aber immer noch die Compton-Kante verwenden, um Aussagen über die ursprüngliche Energie der Gamma-Quanten zu machen, allerdings dann natürlich wieder nur, wenn man viele Quanten gemessen hat. Bei höheren Energien kann dann auch Paarbildung auftreten.

Soweit erstmal ganz ohne Zählrohr-Spannung. Wenn man keine Spannung hat, wird natürlich das Elektron irgendwann sicherlich wieder ein Ion finden und umgekehrt auch, so dass die rekombinieren und nichts gemessen wird. Wenn eine Spannung anliegt, kann das Elektron abgesaugt werden und sich das Ion ein neues Elektron holen und es ist Ladung geflossen, die der "Anzahl Elektron-Ion-Paare" in dem Diagramm entsprecht (multipliziert mit der Elementarladung,) Das ist es auch, was man misst.

Wenn man jetzt eine Spannung anlegt, so dass man im Bereich "Ionisationskammer" liegt, dann ist diese groß genug, dass bei einer Ionisation eines Zählgasatoms recht zuverlässig Elektron und Ion getrennt werden und zu den jeweiligen Elektroden fliegen, also nicht mehr rekombinieren, aber auch nicht genug Energie aufbauen können, um noch weitere Gasatome zu ionisieren. Das Messergebnis ist dann aber völlig unabhängig von der Energie des einzelnen einfliegenden ionisierenden Quants, nur die Anzahl solcher Quanten kann gezählt werden. Das ist auch im Plateaubereich so, allerdings ist die Spannung dort so hoch, dass immer eine große Lawine entsteht, aber auch wieder unabhängig davon, wie die Energie des einfliegenden Quants war. Wenn das Quant irgendein Gasatom ionisiert, dann kommt es zuverlässig zu einer Lawine und an der Anzahl der dann ionisierten Atome kann ich nichts mehr über die Energie des ursprünglichen Quantes aussagen.

Wenn man die Energie bestimmen möchte und nicht nur die Anzahl, dann muss man den Proportional-Bereich verwenden. Dort ist die Zählrohspannung gerade so groß, dass die Größe der Lawine von der Energie abhängt, die bei der Ionisation abgegeben wurde (wie oben erwähnt).

Jetzt kann es natürlich auch passieren, dass während eine Lawine noch gerade "im Gange" ist, schon das nächste Teilchen rein kommt und noch eine Lawine auslöst. Dann misst man letztlich "ungefähr" die Summe der Energie, die von beiden im Zählgas deponiert wurde. Solche Koinzidenzen muss man natürlich bei der Auswertung dann auch berücksichtigen.

Gruß
Marco

- · Gast

Auch bei der Ionisationskammer ist das Signal (im Puls-Modus) proportional zur durch die Wechselwirkung eines Strahlungsteilchens in das Zählgas eingetragenen Energie. Im Vergleich zum Proportionalzählrohr entfällt nur die Gasverstärkung, so dass das Signal insgesamt schwächer ist.

Vielleicht hilft dieser Abschnitt der Wikipedia dem Fragesteller: de.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A4hlrohr#Funktion

Ein GMZ wird im Plateaubereich betrieben, in dem die Pulsstärke unabhängig von der Primärionisation ist. Die Energieinformation geht somit verloren, und nur die Zählrate ("Pulse/Sekunde") ist mit dem GMZ messbar.