Hoe werkt een Geigerteller met Geiger-Müller-telbuis?

Het meest gebruikelijke type radioactiviteitsmeter is de Geiger-Müller-telbuis, kortweg Geigerteller. Verschillende detectoren meten verschillende soorten straling:

• Alfastraling
• Beta straling
• Gamma straling
• Röntgenstraling (X-straling)

Het werkingsprincipe van de tellerbuis is dat wanneer radioactieve straling in de detector aanwezig is, een elektrische spanning wordt opgewekt die kan worden gemeten:

1. Zodra een ioniserend deeltje de buis van de Geiger-Müller-teller binnenkomt, ontstaat er een kettingreactie die leidt tot een gasontlading.
2. Het deeltje splitst de elektronen af van de atoomkernen van het edelgas (gewoonlijk argon of krypton) in de teller en deze komen, samen met talloze secundaire deeltjes, bij de anode terecht.
3. Hierdoor ontstaat een spanning in de tellerbuis en het geïoniseerde gas wordt gedurende korte tijd geleidend, de stroomkring wordt gesloten en de geigerteller signaleert straling. De vele ionen aan de anode veroorzaken een verstoring van het evenwicht en schermen tegelijkertijd de kathode af.
4. Als gevolg daarvan neemt de spanning in de tegenbuis af en wordt de stroomkring uiteindelijk onderbroken.
5. De dode tijd is de periode na deze gasontlading waarin de meter geen signaal meet. De dode tijd eindigt zodra de ionenwolk aan de kathode is ontladen. Afhankelijk van het ontwerp van de geigerteller ligt dit ongeveer tussen 0,1 en 0,3 milliseconde.

Onze praktische tip: Verschillende versies

Veel meettoestellen voor radioactiviteit combineren de opsporing van verschillende soorten radioactieve straling. Vaak kan het dosistempo rechtstreeks van een display worden afgelezen; bij sommige toestellen kan het pas achteraf worden afgelezen met behulp van andere toestellen en evaluatiesoftware. De meeste geigertellers hebben een waarschuwingsfunctie: akoestisch, optisch of trillend.

Andere ontwerpen dan de Geiger-Müller-telbuis meten radioactieve straling volgens hetzelfde principe. De ionisatiekamer en de buis van de proportionele teller zijn tevens telbuizen. Ook zij zijn gevuld met een telgas om de reactie van de ionen van de radioactieve straling om te zetten in meetbare elektrische effecten. De ionisatiekamer en de proportionele tellerbuis werken met lagere spanningen dan de Geiger-Müller tellerbuis, zodat er geen constante gasontlading is met daaropvolgende dode tijd.

Wat is het verschil tussen een geigerteller en een dosimeter?

Geigertellers zijn vaak ontworpen als eenvoudige dosistempo-meters. Soms wordt een dosismeter rechtstreeks geïntegreerd, omdat deze extra functie technisch gemakkelijk te realiseren is.

• Geigertellers (dosistestmeters) meten de huidige stralingsdosis. Enerzijds detecteren zij of er al dan niet radioactieve straling aanwezig is, en anderzijds hoe hoog de stralingsblootstelling op dat moment is.
• Dosimeters tellen de stralingsdosis op in de tijd. Dit maakt het mogelijk de cumulatieve stralingsblootstelling ten gevolge van radioactieve invloeden te bepalen. Dosimeters worden bij stralingsbescherming gebruikt omdat zij gedurende langere perioden kunnen controleren of de grenswaarden worden nageleefd. Dosimeters zijn vaak ontworpen als mobiele persoonlijke dosimeters die door bepaalde beroepsgroepen in het veld te allen tijde op het lichaam worden gedragen.

Waarvoor worden geigertellers en dosimeters gebruikt?

Radioactiviteitsmeters worden op vele gebieden gebruikt, zoals radiologie en nucleaire geneeskunde, maar ook bij de behandeling van kanker, waar dosimeters worden gebruikt om de bestraling van tumoren te controleren teneinde de patiënt een optimale dosis toe te dienen.

Rampenbestrijdingsteams zoals de brandweer en het leger zijn uitgerust met geigertellers om tijdens NBC-operaties, d.w.z. nucleaire, biologische en chemische gevaren, naar gelang van de metingen te kunnen handelen. Daarnaast gebruiken archeologen, geologen en kunstwetenschappers radioactiviteitsmeetapparatuur met een waarschuwingsfunctie en andere radioactieve methoden om onbekende vondsten te analyseren. Radioactieve stoffen worden ook in mijnen aangetroffen en worden opgespoord met behulp van geigertellers. Particulieren kunnen gemakkelijk eenvoudige geigertellers en dosimeters kopen. Het wordt steeds meer gebruikt in regio's waarvan bekend is dat zij uitzonderlijk zijn blootgesteld aan radioactieve milieu-invloeden ten gevolge van kernrampen zoals Tsjernobyl of Fukushima, of die zich bevinden in de nabijheid van een kerncentrale die nog steeds actief is.

Hoe wordt straling met geigertellers gemeten?

Hoe ontstaat radioactieve straling?

In de neutrale toestand hebben atomen en moleculen evenveel elektronen als protonen. Als er echter meer protonen of elektronen aanwezig zijn, heeft het deeltje een elektrische lading en wordt het een ion genoemd. Vanwege deze oorzakelijke, instabiele deeltjes wordt atomaire straling ook wel ioniserende straling genoemd. Radioactieve straling wordt geproduceerd wanneer een atoomkern vervalt. Dit kan op natuurlijke wijze gebeuren of door opzettelijke atoomsplitsing. Bij de splijting komt alfastraling, bètastraling en gammastraling vrij. Wetenschappelijk gezien zou het juist zijn om van een transformatie te spreken, omdat er nieuwe stoffen ontstaan wanneer de atoomkern vervalt. Deze vrijgekomen stoffen zijn radioactief, niet de straling als zodanig. Wat leken en de media graag "atoomstraling" noemen, is dus de ioniserende straling van radioactieve stoffen.

Stralingstypen en -bereiken

De ioniserende soorten straling omvatten alfa-, bèta-, gamma- en röntgenstralen. Ze verschillen in samenstelling en bereik. Terwijl alfa- en bètastraling uit geladen deeltjes bestaan, zijn gammastraling en röntgenstraling samengesteld uit ongeladen fotonen en quanta. Overigens verschillen gammastraling en röntgenstraling niet in hun samenstelling, maar in de manier waarop zij worden geproduceerd: gammastraling wordt geproduceerd door kernreacties, röntgenstraling door een verandering in de snelheid van geladen deeltjes of door hoogenergetische overgangen in de elektronenschil. In veel landen wordt röntgenstraling genoemd naar zijn ontdekker Wilhelm Conrad Röntgen, maar internationaal wordt ook de afkorting X voor röntgenstraling gebruikt, analoog aan het Griekse a, b, ɣ voor de andere soorten straling.

Bereiken van de straling:

• Alfastraling (a-straling) heeft een bereik van slechts enkele centimeters. Het kan al gestopt worden door een vel papier. Daarom moeten geigertellers over kleding worden gedragen om alfastraling te detecteren.
• Beta straling (â straling) reist een paar meter. Het kan worden afgeschermd door metalen, bijvoorbeeld aluminium.  
• Gammastraling (ɣ-straling) en X-straling (X-straling) hebben het grootste bereik, hoewel met name in het geval van X-straling het bereik tijdens de opwekking technisch wordt beïnvloed. Een dikke laag lood of een betonnen muur helpt om ze af te schermen. Daarom wordt lood verwerkt in beschermende röntgenschorten en verlaat het personeel de ruimte tijdens de blootstelling.

Eenheden van de geigerteller

• Becquerel (Bq) is de meeteenheid voor radioactiviteit. 1 Bq is aanwezig wanneer 1 atoomkern in 1 seconde vervalt. De natuurlijke radioactiviteit in ons voedsel bedraagt gemiddeld 40 becquerel per kilo. Dit betekent dat in 1 kilogram voedsel, gemiddeld 40 atoomkernen per seconde vervallen.
• Gray (Gy) daarentegen geeft aan hoeveel ioniserende straling door een massa wordt geabsorbeerd. Het is een objectieve waarde die is afgeleid van de SI-eenheden joule en kilogram. De eenheid Gray is de maat voor de stralingsdosis die door het weefsel wordt geabsorbeerd. Bij bestraling van het gehele lichaam met meer dan zes Gy zijn de overlevingskansen - zelfs met optimale behandeling - gering, en bij 15 Gy zijn zij nul.
• Sievert (Sv) is de gewogen maateenheid voor stralingsdosis. Het karakteriseert het effect van ioniserende straling op de mens. Deze dosis houdt rekening met de verschillende effecten van de soorten straling en de verschillende stralingsgevoeligheid van de organen door middel van een stralingswegingsfactor. Het is daarom de belangrijkste grootheid voor de beoordeling van gevaren.

Grenswaarden voor blootstelling aan straling

In Nederland bedraagt de normale stralingsblootstelling per jaar ongeveer twee tot vier millisievert. Het grootste deel hiervan, 1,5 millisievert, is te wijten aan röntgenonderzoeken. Naast de ioniserende straling, die ontstaat bij gerichte atoomsplitsing, is er altijd natuurlijke radioactieve straling uit de ruimte en van de grond, waar bijvoorbeeld ertsen bijdragen aan de straling. Deze niveaus zijn onschadelijk voor de mens. Zelfs bij een gemiddeld niveau van blootstelling aan straling zijn de schadelijke effecten van radioactiviteit slechts secundair, bijvoorbeeld in de vorm van een toename van kanker bij de bevolking en veranderingen in de genetische opmaak die leiden tot misvormingen bij het nageslacht. Boven 250 millisievert is de verhoogde incidentie van kanker en genetische afwijkingen bij pasgeborenen zeer waarschijnlijk. Tijdens een bestaande zwangerschap zijn stralingsdoses van slechts 100 millisievert kritisch.  Bij een dosis van ongeveer 1 sievert treedt acute stralingsziekte op, die in de milde vorm gepaard gaat met koorts, diarree en misselijkheid en in het ergste geval leidt tot de dood door meervoudig orgaanfalen.