Licznik Geigera / Miernik promieniowania radioaktywnego

Licznik Geigera to różnego rodzaju urządzenia, które można wykorzystać do pomiaru promieniowania jonizującego. Termin ten odnosi się zarówno do licznika opracowanego przez dwóch fizyków Geigera i Müllera jak i do innego typu urządzeń. W wielu przypadkach licznik Geigera jest wykorzystywany bezpośrednio do ochrony osobistej, ale urządzenie typu miernik promieniowania radioaktywnego może być również używany jaki urządzenie monitorujące promieniowanie jonizujące uwalniane na terenie zamkniętym.

Przy energii kinetycznej 5 elektronowoltów lub większej, promieniowanie jonizujące jest tak bogate w energię, że jest w stanie zmienić neutralne atomy lub cząsteczki w dodatnio naładowane jony poprzez uwolnienie elektronów. Istnieją różne rodzaje promieniowania jonizującego, które różnią się właściwościami i skutkami. Obejmują one promieniowanie alfa, beta i gamma, a także promieniowanie neutronowe i rentgenowskie. Powstają albo podczas naturalnego rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, albo jako główny lub uboczny efekt działania urządzeń technicznych. Wiele obszarów, w których wiadomo, że należy spodziewać się podwyższonego poziomu promieniowania jonizującego, podlega ustawowym przepisom o ochronie przed promieniowaniem. Dotyczy to przede wszystkim promieniowania, które może występować w środowisku pracy.

Oprócz urządzeń do pomiarów wymaganych przez prawo lub przepisy, licznik Geigera mogą służyć do określania promieniowania w środowisku biznesowym lub prywatnym:

- jak silne jest promieniowanie jonizujące w określonym miejscu,
- jak wysoka jest dawka promieniowania w określonych okresach czasu,
- czy promieniowanie można przypisać określonemu źródłu,
- jak silnie napromieniowany jest znaleziony lub dostarczony materiał,
- czy żywność ma nienaturalnie wysokie wartości promieniowania.

Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z promieniowaniem z zastosowań technicznych, medycznych, naturalnym promieniowaniem w środowisku poziom narażenia na promieniowanie można określić za pomocą urządzenia jakim jest licznik Geigera. Nowoczesne elektroniczne mierniki typu licznik Geigera dostępne są z różnymi funkcjami pomiarowymi, ostrzegawczymi i oceniającymi. Wybierając model, należy zadbać o to, aby urządzenie oferowało wszystkie pożądane funkcje.

Istnieją mierniki typu licznik Geigera zaprojektowane specjalnie do pomiaru promieniowania gamma lub rentgenowskiego, a także inne, które mogą wykrywać różne rodzaje promieniowania jonizującego. Licznik Geigera rejestrujący zarówno promieniowanie alfa, beta, jak i gamma określa całkowitą aktywność wywołaną przez wszystkie rodzaje promieniowania. W przypadku niektórych z modeli urządzenia typu licznik Geigera promieniowanie alfa lub promieniowanie alfa i beta można ekranować, łącząc filtry.

Licznik Geigera - odczyty w CPM, CPS, Gray i Sivert (znaczenie)
Wartości graniczne i zmierzone dla promieniowania jonizującego są zwykle podawane w mikro lub milisiwertach lub w mikrosiwertach na godzinę lub milisiwertach na rok. Licznik Geigera umożliwia zliczanie jonizacji lub impulsów wyzwalanych przez wysokoenergetyczne promieniowanie. Można je określić jako sumę zliczeń lub zliczeń na minutę lub sekundę, w skrócie zliczeń na minutę — CPM lub zliczeń na sekundę — CPS. W przypadku dłuższych okresów pomiarowych dla wartości odniesionych do czasu tworzone są wartości średnie. Większość urządzeń typu licznik Geigera nie jest w stanie rozróżnić ani zawartości energii, ani rodzaju promieniowania w tym zliczeniu. Są do tego specjalne urządzenia. Jednak zliczone impulsy całkowitego promieniowania można przeliczyć na równoważną dawkę w siwertach przy użyciu algorytmów obliczeniowych zapisanych w mierniku typu licznik Geigera. Dawka równoważna została zdefiniowana tak, aby móc podać wartość uwzględniającą zawartość energii i poziom zagrożenia dla różnych rodzajów promieniowania. W celu odróżnienia od dawki pochłoniętej, której wpływ na tkankę biologiczną nie jest jeszcze ważony, podaje się ją w skali Graya, a równoważną dawkę w siwertach.

Ponieważ promieniowanie gamma ma znacznie większy zasięg i występuje zarówno w rozpadzie alfa, jak i beta, rutynowe pomiary monitorowania środowiska często rejestrują tylko lokalną moc dawki gamma. Jednak za pomocą specjalnych urządzeń możliwa jest również spektroskopowa ocena widma energii promieniowania i określenie, które radionuklidy w jakim stopniu przyczyniają się do lokalnej mocy dawki. Umożliwia to szczegółową ocenę zagrożenia i ukierunkowane środki zaradcze.

Wiele urządzeń typu licznik Geigera jest zoptymalizowanych pod kątem określonych obszarów zastosowań. W wybranych lokalizacjach zewnętrznych miernik promieniowania radioaktywnego w sposób ciągły mierzy lokalną moc dawki promieniowania i przesyła zmierzone wartości w formie elektronicznej, aby można je było ocenić w innym miejscu. Licznik Geigera wykonujący tego rodzaju pomiar musi być odporny na warunki atmosferyczne i posiadać interfejs do transmisji danych.

W elektrowniach jądrowych, laboratoriach badawczych i systemach technicznych, w których może być uwalniane promieniowanie, często występują oddzielnie osłonięte strefy i specjalne obszary kontrolne. Przed opuszczeniem takiej strefy ludzie i materiały są często sprawdzani za pomocą zainstalowanego na stałe urządzenia typu miernik promieniowania radioaktywnego (licznik Geigera), specjalnie zaprojektowanego do lokalnego narażenia. Zmierzone wartości należy ocenić bezpośrednio na miejscu, aby można było podjąć natychmiastowe działania zaradcze. Zapobiega to opuszczeniu strefy ochronnej przez zanieczyszczoną odzież lub materiały. Tego rodzaju urządzenia typu licznik Geigera wyposażone są w funkcje alarmowe.

Urządzenia typu elektroniczny licznik Geigera mogą być wykorzystywane jako mobilne urządzenia podręczne do szybkiego sprawdzania aktualnego narażenia na promieniowanie w różnych punktach pomiarowych. Tego rodzaju miernik promieniowania radioaktywnego umożliwia np. szybką i nieskomplikowaną kontrolę żywności czy materiałów budowlanych, ale także kontrole tam, gdzie istnieje podejrzenie zwiększonego narażenia na promieniowanie wewnątrz pomieszczeń lub w charakterystycznych miejscach na zewnątrz. W przypadku tego rodzaju urządzenia typu licznik Geigera należy zwrócić uwagę na to, jakie rodzaje promieniowania można nim mierzyć. W przypadku częstych kontroli przydatne jest ustawienie różnych progów alarmowych dla danego miernika typu licznik Geigera.

Większość oficjalnie zalecanych dozymetrów osobistych można ocenić dopiero po określonym czasie noszenia. Dlatego nazywane są również dozymetrami pasywnymi. W przeciwieństwie do tego dodatkowe elektroniczne mierniki typu licznik Geigera mogą wyświetlać dawkę, która działa na osobę i natychmiast generować alarm wizualny lub akustyczny w przypadku wzrostu wartości. Osoba, która ma być chroniona, w przypadku alarmu może natychmiast zareagować, na przykład poprzez wyłączenie źródła zagrożenia, osłonięcie go lub oddalenie się od strefy zagrożenia. Tego rodzaju licznik Geigera można również wykorzystać do pomiaru skuteczności osłony przed promieniowaniem przed przebywaniem w pobliżu źródła promieniowania przez dłuższy czas.

Straż pożarna musi szkolić ratowników w przypadku incydentów z udziałem napromienionego materiału lub w napromieniowanym środowisku oraz mieć do dyspozycji specjalne kombinezony ochronne i sprzęt pomiarowy. Są one wymagane na przykład do użytku w klinikach, gabinetach radiologicznych lub instytucjach badawczych oraz w przypadku wypadków drogowych z udziałem pojazdów przewożących materiały radioaktywne. W skład tych urządzeń pomiarowych wchodzi licznik Geigera jako urządzenie ostrzegające.

Licznik Geigera-Müllera to urządzenie opracowane przez dwóch fizyków Geigera i Müllera służące do pomiaru promieniowania radioaktywnego. Oprócz typowego urządzenia jakim jest Licznik Geigera-Müllera także inne urządzenia do pomiaru radioaktywności, często nazywane są licznikami Geigera. Oryginalny licznik Geigera tak naprawdę składa się z tuby i umożliwia zliczanie natężenia promieniowania radioaktywnego za pomocą charakterystycznych, pojedynczych szumów. Bardziej złożone warianty mogą również wyświetlać lub zapisywać ten numer. Na przednim końcu metalowej rurki znajduje się okienko przepuszczające promieniowanie, przez które promieniowanie wpada do rurki. Tylna część tuby zamknięta jest materiałem izolacyjnym, w którym zamocowany jest również drut biegnący przez środek tuby. Wnęka jest wypełniona lekko sprężonym gazem obojętnym.

Jeśli promieniowanie jonizujące wchodzi do licznika Geigera-Müllera, oddziela elektrony od zewnętrznej powłoki, gdy uderza w atomy gazu szlachetnego. To zamienia neutralny atom gazu w dodatnio naładowany jon. Ponieważ między metalową obudową a drutem w liczniku Geigera występuje napięcie stałe o wartości kilkuset woltów, prąd przepływa przez teraz naładowane cząstki. Rura zewnętrzna służy jako katoda, a drut jako anoda. Dzięki sile pola elektrycznego elektrony są przyspieszane w kierunku anody i zderzają się z innymi cząsteczkami gazu. Uwolnione dodatkowe elektrony zwiększają przepływ prądu między anodą a katodą, który za pomocą włączonego rezystora zamieniany jest na sygnał napięciowy.

W przypadku oryginalnego urządzenia typu licznik Geigera przenikane promieniowanie może być odbierane jako specyficzny odgłos pękania. Im więcej promieniowania jonizującego dociera do miernika typu oryginalny licznik Geigera, tym krótsze są odstępy między poszczególnymi sygnałami akustycznymi. Wiele nowoczesnych urządzeń typu licznik Geigera może emitować dodatkowe alarmy po osiągnięciu zadanych poziomów promieniowania, zapalać lampki sygnalizacyjne i alarmowe, zliczać impulsy generowane przez promieniowanie lub zapisywać określone wartości liczbowe jako sumę lub w odniesieniu do jednostka czasu i pokazywać je na wyświetlaczu.

Już w XVI wieku Paracelsus napisał: „Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną; tylko dawka sprawia, że dana rzecz nie jest trucizną.” Dozymetr to urządzenie pomiarowe, które mierzy i wyświetla dawkę – czyli ilość – ładunku, zazwyczaj pochodzącego z otoczenia. W przypadku dozymetru poszczególne wartości mierzonej zmiennej są prawie zawsze dodawane w sposób ciągły przez określony czas w celu określenia dawki całkowitej zależnej od czasu. Dozymetry osobiste rejestrują wielkość i intensywność narażenia danej osoby tzw. dawkę osobistą. Dozymetr osobisty ma na celu zapobieganie niekontrolowanemu i długotrwałemu narażeniu ludzi na działanie, o którym wiadomo, że szkodzi organizmowi. Dotyczy to w szczególności takich wpływów które nie są bezpośrednio zauważalne lub których szkodliwy wpływ jest trudny do oszacowania. Dozymetry osobiste służą przede wszystkim do monitorowania osobistej dawki promieniowania osób narażonych na zwiększone narażenie na promieniowanie, ponieważ muszą przebywać w obszarach niebezpiecznych. Te osobiste dozymetry rejestrują ilość promieniowania jonizującego, które oddziałuje na osobę w określonym czasie. Urządzenia są wymieniane i oceniane po określonym czasie noszenia w celu ustalenia, czy przestrzegane są wartości graniczne maksymalnego narażenia zgodnie z rozporządzeniem w sprawie ochrony przed promieniowaniem lub rozporządzeniem w sprawie promieniowania rentgenowskiego. ponieważ muszą znajdować się w obszarach niebezpiecznych, aby monitorować indywidualną dawkę promieniowania.

Obszary, w których występuje zwiększone narażenie na promieniowanie to:
- diagnostyka i terapia medyczna,
- niektóre jednostki badawcze,
- elektrownie jądrowe,
- transport, magazynowanie, przetwarzanie materiałów promieniotwórczych,
- wykorzystanie promieniowania jonizującego w przemyśle i handlu

Załogi lotnicze i osoby często podróżujące samolotem są również narażone na promieniowanie, ponieważ naturalne promieniowanie jonizujące z kosmosu ma silniejszy wpływ na dużych wysokościach. Do urzędowego monitoringu pracowników narażonych na zwiększone promieniowanie w wyniku wykonywanej pracy mogą być używane wyłącznie zatwierdzone do tego celu dozymetry osobiste. Ponadto można jednak stosować elektroniczne dozymetry osobiste ze specjalnymi funkcjami wyświetlania i ostrzegania, jeśli są one odpowiednie dla danego rodzaju promieniowania. W przypadku promieniowania pulsacyjnego, które jest wytwarzane np. w aparatach rentgenowskich i akceleratorach liniowych, Jednak obecnie dostępne elektroniczne dozymetry osobiste nie zapewniają jeszcze wystarczająco wiarygodnych wartości pomiarowych. Oprócz urządzeń do rejestracji promieniowania jonizującego dostępne są również dozymetry osobiste dla innych wielkości mierzonych. Na przykład istnieją urządzenia, za pomocą których można zmierzyć dawkę hałasu, na jaką narażony jest pracownik w miejscu pracy.