Почему счётчик Гейгера трещит и что на самом деле означает этот звук
Щелчок, ещё щелчок, потом дробный треск, будто кто-то сыплет горох по жестяному листу. Так звучит счётчик Гейгера, когда рядом есть радиация. И этот звук знаком даже тем, кто держал прибор в руках всего один раз в жизни.
Самое интересное здесь то, что трещит не сама радиация. Прибор не «слышит» частицы напрямую. Он слышит крошечные электрические разряды, которые эти частицы вызывают внутри трубки. А дальше электроника превращает разряды в те самые щелчки.
Что вообще находится внутри трубки
Сердце любого счётчика Гейгера это газоразрядная трубка. Обычно это металлический или стеклянный цилиндр, заполненный смесью газов, чаще всего аргоном с небольшой добавкой паров галогенов. Внутри по стенкам идёт катод, а по центру натянута тонкая нить-анод.
К нити прикладывают высокое напряжение, несколько сотен вольт. Само по себе оно ничего не делает, газ остаётся спокойным. Но стоит в трубку влететь ионизирующей частице, как равновесие ломается. Именно с этого момента и начинается вся история со щелчками.
Как одна частица превращается в лавину
Когда частица пролетает сквозь газ, она выбивает электроны из атомов. На месте нейтральных атомов остаются положительно заряженные ионы, а свободные электроны устремляются к аноду. По пути они разгоняются и сами выбивают новые электроны.
Получается цепная реакция. Один электрон порождает два, два порождают четыре, и так за доли микросекунды внутри трубки вспыхивает настоящая лавина. Это явление называют ударной ионизацией, или лавиной Таунсенда.
Лавина резко меняет ток через трубку. Напряжение на аноде на мгновение проседает, и именно этот скачок электроника считывает как одно событие. Одна частица, один импульс.
Почему мы слышим именно щелчок
Сам по себе импульс тока мы бы не услышали. Его преобразует схема прибора. Каждый скачок напряжения превращается в короткий электрический сигнал, который идёт либо на динамик, либо на наушники, либо на светодиод.
Динамик получает резкий импульс и издаёт короткий щелчок. Если частиц много, щелчки сливаются в тот самый треск. Чем интенсивнее поток радиации, тем чаще трещит прибор. По сути, вы слышите не радиацию, а её скорость.
Отсюда и пошла привычка оценивать обстановку на слух. В фильмах про катастрофы треск счётчика используют как звуковой сигнал тревоги, хотя в реальности он звучит куда будничнее.
Почему треск то частый, то редкий
В обычной квартире счётчик может щёлкать раз в несколько секунд или вообще молчать. Это нормальный радиационный фон, который есть везде. На улице у гранитного памятника треск станет чаще, потому что гранит слегка радиоактивен.
Если поднести прибор к урановой руде или к дымовому датчику с америцием, щелчки превращаются в сплошную дробь. Но даже в этом случае речь идёт не о мгновенной опасности, а о том, что частиц стало больше.
Важно понимать: счётчик Гейгера не различает виды излучения и не измеряет дозу напрямую. Он просто считает попадания. А уже по этой частоте приборы с калибровкой переводят щелчки в микрозиверты в час.
Почему счётчик не трещит от света и тепла
Логичный вопрос: если внутри трубки газ и высокое напряжение, почему прибор не срабатывает от фонарика или горячей батареи. Ответ прост. Лавину запускают только частицы с достаточной энергией, способные ионизировать газ.
Видимый свет и тепло такой энергии атомам газа не передают. А вот альфа-частицы, бета-частицы и гамма-кванты вполне справляются. Правда, альфа-излучение останавливается даже листом бумаги, поэтому до газа внутри трубки оно чаще всего не долетает.
Именно поэтому один и тот же прибор по-разному реагирует на разные источники. Гамма-кванты прошивают корпус и дают треск, а альфа-частицы от того же образца могут остаться незамеченными.