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Zählrohr,

 

Messinstrument zum Nachweis und zur Zählung ionisierender Teilchen und Strahlungsquanten (z. B. Elektronen, Alphateilchen); Verwendung v. a. in der Kernphysik und im Strahlenschutz. Vom Detektorprinzip her ist das Zählrohr eine Ionisationskammer mit einem dünnen Draht als zentraler Elektrode, der in der Achse eines luft- oder gasgefüllten, zylindrischen Gehäuses (dünnwandiges Rohr) verläuft und gegen dieses auf eine Spannung von einigen Kilovolt positiv aufgeladen wird, sodass er von einem starken elektrischen Feld umgeben ist. Ein in das Zählrohr eindringendes Teilchen setzt im Füllgas durch Stoßionisation Elektronen frei (Primärionisation), die im Weiteren lawinenartig Sekundärelektronen auslösen (Multiplikationsfaktor bis 10⁶). Der dadurch entstehende Spannungsstoß wird über einen Verstärker gemessen.

 

Bei niedriger Spannung arbeitet das Zählrohr als Proportionalzählrohr, das zur Primärionisation und damit der Teilchenenergie proportionale Ausgangsimpulse liefert. Auf diese Weise können Energiespektren gemessen werden, die es erlauben, verschiedenartige Teilchen voneinander zu unterscheiden. Bei hoher Spannung ist die Größe der Ausgangsimpulse von der Primärionisation unabhängig, und das einfallende Teilchen wird ohne Rückschlussmöglichkeit auf Art und Energie gezählt (spannungsunabhängige Zählrate); das Zählrohr arbeitet dann als Auslösezählrohr (Geiger-Müller-Müller, Geigerzähler). In dieser Betriebsart dient das Zählrohr z. B. zur Messung der Aktivität radioaktiver Strahlung.

 

Die Eigenschaften eines Zählrohrs (z. B. Zeitauflösung) können durch Beimengungen anderer Gase und durch geeignete elektronische Schaltungen in weitem Rahmen den Messanforderungen angepasst werden. Die bei Füllung mit Edelgasen oder zweiatomigen Gasen einsetzenden Dauerentladungen werden z. B. mittels eines hohen Ableitwiderstands oder elektronisch gelöscht (lange Totzeiten bis 10^-2 s) oder in selbst löschenden Zählrohren durch geringen Zusatz von Halogenen oder mehratomigen Dämpfen vermieden (Totzeiten von etwa 10^-6 s, Erhöhung des Multiplikationsfaktors). Zum Zählen von Alphateilchen, Protonen und Ionen muss das Zählrohr ein Fenster aus einer dünnen Metall-, Quarz- oder Kunststofffolie besitzen, während Elektronen die Metallwandung durchdringen können. Der Nachweis von Gammaquanten wird meist durch eine Bleiumhüllung um das Zählrohr verbessert, in der Photoelektronen erzeugt werden. Der Nachweis von Neutronen erfordert eine spezielle Auslegung des Zählrohrs (Neutronenzähler).

 

Geschichte:

 

Das erste Zählrohr wurde 1908 von E. Rutherford und seinem damaligen Mitarbeiter H. Geiger gebaut; es diente zum Zählen von Alphateilchen und besaß bereits eine so hohe Empfindlichkeit, dass die damals noch unbekannte Höhenstrahlung zu große Störeffekte verursachte. 1913 entwickelte Geiger den Spitzenzähler, der v. a. zum Zählen von Betateilchen diente und diese Störeffekte nicht zeigte. Zusammen mit Walter M. Müller (* 1905, ✝ 1979) entstand 1928 das Auslösezählrohr.