شمارشگر گایگر

صدایی که در ویدئوی زیر می‌شنوید، صدای پیامک بازی سریع یک نوجوان پانزده شانزده ساله نیست. همچنین صدای دستگاه ارسال تلگراف هم نیست. این صدای یک دستگاه بسیار جالب به نام شمارشگر گایگر (Geiger Counter) یا شمارشگر گایگر مولر (Geiger Mueller Counter) است که برای اندازه‌گیری پرتوهای یونیزه کننده به کار می‌رود. این دستگاه کاربردهای زیادی در حفاظت رادیولوژیکی و همچنین صنعت هسته‌ای دارد. صداهای تیک تیک که می‌شنوید، صدای ذراتی‌ست که این دستگاه توانسته وجود آن‌ها را ثبت کند. به کمک این دستگاه به راحتی می‌توان، میزان پرتوهای یونیزه کننده مانند پرتوهای آلفا، بتا و گاما را ثبت کرد. کافی‌ست دستگاه را در دست بگیرید و وارد محیط شوید. آنوقت می‌توانید میزان این پرتوها را اندازه ‌گیری کنید و به خطرات رادیواکتیو که در محیط وجود دارد پی ببرید. مثلا اگر در محیطی عناصر رادیواکتیو وجود داشته باشد، می‌توان به راحتی با این دستگاه محل آن را پیدا کرد.

ویدئو : عملکرد یک شمارشگر گایگر مولر. در ابتدا میزان پرتوها شدید است و صدا تقریبا پیوسته. از ثانیه‌ی ۴۸ به بعد رفته رفته میزان پرتوها کاهش می‌یابد.

مکانیزم عملکرد این دستگاه بسیار ساده و جالب است. درون این دستگاه، یک لوله تحت عنوان لوله‌ی گایگر میلر به کار رفته است. درون این لوله، یک گاز بی‌اثر مثل هلیوم، نئون یا آرگون، با فشار کم پر شده است. از آنجایی که این گازها، گازهای بی‌اثر‌ هستند، در حالت عادی تحت تاثیر میدان الکتریکی قرار نمی‌گیرند و رسانای جریان الکتریکی نیستند. پس اگر ولتاژی هم بر دو طرف این لوله اعمال شود، اتفاق خاصی نمی‌افتد و جریانی برقرار نمی‌شود. مگر اینکه ولتاژ بسیار‌ بالایی مثلا بالاتر از هزار ولت بر آن اعمال شود، جریان برقرار می‌شود. اما در ولتاژ‌های پایین‌تر، چنین جریانی برقرار نمی‌شود.

پس اعمال ولتاژ با چه هدفی انجام می‌شود؟

همانطور که گفتیم این دستگاه برای ثبت پرتوهای یونیزه کننده به کار‌ می‌رود. وقتی پرتوهای یونیزه کننده وارد لوله‌ی گایگر میلر می‌شود، با اتم‌های گازهای بی اثر برخورد‌ کرده و آن‌ها را یونیزه می‌کند. آنوقت آن گازهای بی‌اثر برای یک لحظه، تبدیل به یون‌ می‌شوند. از آنجایی که یون‌ها ذرات بارداری هستند، تحت تاثیر میدان الکتریکی ناشی از ولتاژی که ما اعمال کردیم قرار گرفته و حرکت می‌کنند. اینجاست که برای یک لحظه، جریان برقرار می‌شود و دستگاهی که برای ثبت جریان در مدار قرار داده‌ایم، برقراری جریان را ثبت می‌کند. هرچقدر میزان پرتوهای‌ یونیزه کننده در محیط بیشتر باشد، تعداد اتم‌های بیشتری به یون تبدیل می‌شوند و دستگاه ما عبور جریان را به دفعات بیشتر نشان می‌دهد.

این دستگاه را اولین بار، یک فیزیکدان هسته‌ای به نام هانس گایگر در سال ۱۹۰۸ طراحی کرد. هانس گایگر در آن زمان دانشجوی ارنست رادرفورد معروف بود و هدف اولیه‌ی این دستگاه نیز تشخیص ذرات آلفا و بتا در آزمایشات رادرفورد بود. بیست سال بعد و در سال ۱۹۲۸، فیزیکدان آلمانی والتر مولر که در آن موقع دانشجوی دکترای هانس گایگر بود، این دستگاه را بازطراحی کرد و این دستگاه قابلیت تشخیص پرتوهای گاما را نیز یافت. اما همانطور که گفته شد، هدف اولیه‌ی ساخت این دستگاه، به کارگیری آن به عنوان آشکارساز در آزمایشات فیزیک هسته‌ای بود. اما کاربرد این دستگاه محدود به آزمایشگاه‌ها نماند. امروزه به منظور محافظت از انسان‌ها در برابر پرتوهای یونیزه کننده، می‌توان از این دستگاه برای ثبت میزان پرتوها استفاده نمود.

– ابا اباد