ガイガーカウンター

検出される放射線量の測定値には、カウント数と放射線量の2種類があります。

• カウント表示は最もシンプルな表示方法で、検出された電離事象の数を、「1分あたりのカウント数」や「1秒あたりのカウント数」などのカウント率、または一定時間における総カウント数（積算値）として表示します。カウント表示は通常、アルファ粒子またはベータ粒子を検出する際に使用されます。
• 実現がより複雑なのは、通常ガンマ線やX線線量率の測定に使用されるシーベルトなどの単位で表示される放射線量率の表示です。ガイガー・ミュラー管は放射線の存在を検出できますが、放射線の電離作用に影響を与えるエネルギーを検出することはできません。したがって、線量率を測定する機器では、表示される線量が検出されたカウント数と関連付けられるように、エネルギー補償されたガイガー・ミュラー管を使用する必要があります。 ^{[ 4 ]}電子機器は、この変換を行うために既知の係数を適用しますが、これは各機器に固有のものであり、設計と校正によって決定されます。

読み出しはアナログまたはデジタルで行うことができ、最新の計測機器はホストコンピュータまたはネットワークとのシリアル通信機能を備えている。

通常、検出された電離事象の数を表すクリック音を発するオプションがあります。これは、携帯型ガイガーカウンター特有の音です。この機能の目的は、放射線率に関する聴覚的なフィードバックを維持しながら、ユーザーが機器の操作に集中できるようにすることです。

ガイガーカウンターには主に2つの限界がある。

1. ガイガー・ミュラー管からの出力パルスは（入射放射線のエネルギーに関係なく）常に同じ大きさであるため、この管は放射線の種類を区別したり、放射線エネルギーを測定したりすることができず、線量率を正しく測定することができません。^{[ 4 ]}
2. 管は高放射線率では精度が低下します。これは、各電離イベントの後に「デッドタイム」と呼ばれる、それ以上の入射放射線がカウントされない無感度期間が続くためです。通常、デッドタイムは、使用する管の特性に応じて、1秒あたり約^10⁴～^{10⁵カウントを超える表示カウント率を低下させます。 [ 4 ]}一部のカウンターにはこれを補償できる回路がありますが、非常に高い線量率を測定する場合は、高放射線率に対しては電離箱装置が好まれます。

ガイガー原理の最初の歴史的な用途は、α粒子とβ粒子の検出であり、この装置は現在でもこの目的で使用されています。α粒子と低エネルギーβ粒子の場合、これらの粒子は飛程が限られており、固体材料によって容易に阻止されるため、「エンドウィンドウ」タイプのガイガー・ミュラー管を使用する必要があります。したがって、管には、これらの粒子をできるだけ多く充填ガスに通過させるのに十分な薄さの窓が必要です。窓は通常、密度が約1.5～2.0 mg/cm ^2の雲母でできています。^{[ 2 ]} 

α粒子は飛程が最も短く、 α粒子の減衰 のため、これらの粒子を検出するには、窓は理想的には放射線源から10 mm以内になければなりません。^{[ 2 ]}しかし、ガイガー・ミュラー管は検出されるすべての放射線に対して同じ大きさのパルス出力を生成するため、エンドウィンドウ管を備えたガイガーカウンターではα粒子とβ粒子を区別できません。^{[ 4 ]}熟練したオペレーターは、放射線源からの距離を変化させることで、α粒子と高エネルギーβ粒子を区別することができます。

「パンケーキ型」ガイガー・ミュラー管は、エンドウィンドウプローブの一種ですが、検出面積を大きくすることで検査を迅速に行えるように設計されています。しかし、大気圧と充填ガスの低圧との差によって、ウィンドウ膜の強度が限られているため、ウィンドウのサイズには制約が生じます。

β粒子の一部は、端窓のない薄壁の「窓なし」ガイガー・ミュラー管でも検出できます。この管には端窓はありませんが、高エネルギーのβ粒子は管壁を通過できます。管壁は薄い端窓よりも阻止力が高いものの、これらの高エネルギー粒子が充填ガスに到達することを許容します。^{[ 2 ]}

エンドウィンドウガイガーカウンターは、比較的低コスト、堅牢性、および比較的高い検出効率（特に高エネルギーβ粒子の場合）のため、汎用の携帯型放射性汚染測定および検出装置として今でも使用されています。 ^{[ 4 ]}ただし、α粒子とβ粒子を区別したり、粒子エネルギー情報を提供したりする場合は、シンチレーションカウンターまたは比例計数管を使用する必要があります。^{[ 7 ]}これらのタイプの装置は、はるかに大きな検出器面積で製造されているため、表面汚染のチェックはガイガーカウンターよりも迅速です。

ガイガーカウンターは、ガンマ線やX線（総称して光子と呼ばれる）を検出するために広く使用されており、このために窓のない管が使用されています。しかし、アルファ粒子やベータ粒子と比較すると検出効率は低いです。ガイガー・ミュラー管に関する記事には、光子放射線を検出するために使用される技術についてより詳細な説明があります。高エネルギー光子の場合、管は放射線と管壁（通常は厚さ1～2mmのステンレス鋼など原子番号の高い材料）との相互作用に依存しており、光電効果により管壁内に自由電子を生成します。これらの自由電子が管壁から移動すると、充填ガスに入り込んで電離します。^{[ 4 ]} 

この効果により、管内の低圧ガスは鋼管よりも高エネルギー光子との相互作用が弱いため、検出効率が向上します。しかし、光子エネルギーが低くなると、ガスとの相互作用が大きくなり、直接的なガス相互作用の寄与が増加します。非常に低いエネルギー（25 keV未満）では、直接的なガス電離が支配的になり、鋼管は入射光子を減衰させます。したがって、これらのエネルギーでは、典型的な管の設計は、ガスの体積が大きい薄い壁の長い管であり、粒子が充填ガスと直接相互作用する機会を増やします。^{[ 2 ]}

これらの低エネルギーレベルを超えると、同じ強度の異なる光子エネルギーに対する応答にかなりのばらつきがあり、鋼壁の管では、裸管の周囲にフィルターリングの形で「エネルギー補償」と呼ばれるものを使用して、広いエネルギー範囲にわたってこれらの変動を補償しようとします。^{[ 2 ]}鋼壁のガイガー・ミュラー管は、広いエネルギー範囲にわたって約1%の効率です。^{[ 2 ]}

ガイガー管の変形版では、中性子捕獲の原理を利用して、ガンマ線ではなく中性子からの放射線量のみを測定することができる。この管は、充填ガスとして三フッ化ホウ素またはヘリウム3を封入でき、中性子捕獲前にエネルギーを減衰させるプラスチック製の減速材で囲まれている。充填ガス中で中性子捕獲が起こると、放出されたエネルギーが検出器に記録される。

「ガイガーカウンター」というと、実際には携帯型のものを指すことが多いが、ガイガーの原理は、人員保護のための設置型「エリアガンマ」警報装置や、プロセス計測、インターロック用途などにも広く用いられている。こうした装置の処理電子機器は、携帯型メーターのものよりも高度な技術と高い信頼性を備えている。

携帯型ユニットには、大きく分けて2つの基本的な物理的構成があります。1つは検出器と電子回路が一体化された「一体型」ユニット、もう1つは検出器プローブと電子モジュールが短いケーブルで接続された「2ピース型」です。

1930年代には、円筒形のデザインに雲母の窓が追加され、低透過性放射線が容易に通過できるようになった。^{[ 8 ]}

一体型ユニットは片手での操作が可能なので、作業者は困難な監視位置でももう一方の手で身の安全を確保できます。一方、2ピース構造は検出器の操作が容易で、プローブの慎重な操作が必要な場合や、電子モジュールの重量によって操作が困難になる場合など、アルファ線およびベータ線による表面汚染の監視によく使用されます。プローブを小さな開口部や狭い空間に設置するなど、特定の状況に合わせて、さまざまなサイズの検出器が用意されています。

ガンマ線およびX線検出器は一般的に「一体型」設計を採用しており、ガイガー・ミュラー管は電子機器筐体内に収まるようになっています。筐体は通常、減衰が少ないため、このような設計は容易に実現できます。この設計は、放射線源からの距離が重要な要素とならない環境ガンマ線測定に用いられます。しかし、「表面線量」などのより局所的な測定を容易にするため、筐体内の管の位置がターゲットによって示される場合があり、これにより、管を正しい向きにし、表面からの距離を既知の状態で正確な測定を行うことができます。

ガンマ線測定器には、「ホットスポット検出器」と呼ばれる特殊なタイプがあり、これは長い棒や柔軟な導管の先端に検出管が取り付けられています。これらは、距離遮蔽によって作業者を保護しながら、高放射線ガンマ線の発生場所を測定するために使用されます。

アルファ線とベータ線の粒子検出は、一体型と二分割型のどちらの設計でも使用できます。二分割型装置では、比較的軽量でありながら検出面積を拡大するために、一般的にパンケーキ型プローブ（アルファ線/ベータ線用）が使用されます。エンドウィンドウ管を使用する一体型装置では、粒子の遮蔽を防ぐために筐体本体に窓が設けられています。また、電子モジュール内に粒子検出用プローブとガンマ線検出管を別々に備えたハイブリッド型装置もあります。検出器は、測定対象の放射線の種類に応じて、操作者が切り替えることができます。

英国では、国立放射線防護委員会が、該当する放射線測定用途に最適な携帯型機器の選択に関するユーザーガイダンスノートを発行しました。^{[ 7 ]}これは、すべての放射線防護機器技術を網羅しており、GM検出器の使用に関するガイドも含まれています。