放射線量計量器のひとつ。検知部に入射した放射線を数えることによって計量する。
概要
ガイガー=ミュラー計数管(以下「ガイガー管」と略)を使った計測器。計測管に入射する放射線の数を数えて放射線量を量る。
構造
中空の導電性の筒の中に不活性ガスまたはペニング混合ガスを封入し、筒の中央に導電性の芯があり、放射線が入射するための窓がある。アルファ線を検知したい場合は入射窓にアルファ線を通す雲母を使用するが、壊れやすいのでアルファ線を検知する必要がない場合はガラスが窓として使われている。
使用する際は、筒と芯に高電圧をかける。
原理
管の中に放射線が入射すると内部のガスが放射線により電離し、イオンと電子を作り出す。イオンと電子は筒と芯の電場により加速され、移動中に他の封入ガスの分子にもぶつかるので、その分子も電離される。このようにして荷電粒子のなだれが生ずる結果、短く強い電流が、パルスとして流れる。これを計測し、数える。
ただし、電流が流れ続けるとパルスの回数を数えられなくなるので、外部回路からいったん給電をとめたり、管の内部に多原子有機物やハロゲンのガスを微量に混合し、放射線がこれらのガスを解離するさいのエネルギー損失を利用して電流をとめる。
現在はシドニー・H・リープソンが発明(改良?)したハロゲン管が使用されている。ハロゲン管は通常であれば計測に900～1200[V]もの電圧をかけなければならないものが400～600[V]にて動作可能である。また、多分子有機物ガスでは約１億回位放射線を計数すると放電を止めるためのガスが分解してしまい寿命を迎えてしまうが、ハロゲン管では放電を止めるガスが分解後再結合するのでそれよりも寿命が長い。
使用において
アルファ線やベータ線、ガンマ線といった放射線ではガスが電離するため計量できるが、中性子線ではガスが電離しないため計量できない。中性子線を計量するためには、管の内部を硼素でコーティングして中性子線が硼素に衝突した際に生ずるアルファ線を検知するか、三フッ化硼素又はヘリウム3のガスを封入して中性子線との反応による水素と三重水素イオンと電子が生ずることにより、中性子線も計量できる。
ちなみに、ガイガー管で計量できるのは放射線量(というか飛んできた放射線の数)だけで放射線のエネルギーを量ることはできないので、放射線のエネルギーを量る際は別の計測器が必要となる。
検知するもの
入射窓がガラス製の一般的なガイガー管はガンマ線と2.5M[eV](400.5p[J])以上のベータ線を検知する。
pは10のマイナス12乗を表す接頭辞。
別の用途
放射線の放出は確率論的な物理現象なのでハードウェア乱数生成機としても使用できる。
まったくの余談だが、放射線の計測以外でもツェナーダイオード(定電圧ダイオード)から生ずる微小なノイズが物理的な乱数として使えるのでこのノイズを大幅に増幅してアナログ／デジタル変換をかけることによっても物理乱数が得られる。
余談
ガイガー管の構造は単純なため、適当な筒と針金、封入ガスとしてガスライター用のブタンガスを使って簡易的なガイガー管を作ることができるが、高電圧と可燃性ガスを使うので何かの拍子に引火する可能性があり、危険なためあまりお勧めできない。
工作キットなどに採用できるタイプのガイガー管は1990年代まで光電関連機器大手の浜松ホトニクスが生産していたが、残念ながら現在生産していない。現在のガイガーカウンターの工作キットでは米LND社(放射線測定機器メーカー)など外国製のものを使用している。
