Geiger Sayacı

Geiger sayacı, iyonlaştırıcı radyasyonu ölçülebilen cihazlardır. Terim, fizikçi Geiger ve Müller tarafından geliştirilen Geiger-Müller sayma tüpünü ifade eder, ancak, diğer tasarımlardaki cihazlar için de kullanılır. Geiger sayaçları birçok durumda doğrudan kişisel koruma için kullanılsa da korumalı alanlarda salınan iyonlaştırıcı radyasyonu izlemek için de kullanılabilir.

5 elektron volt ve üstü bir kinetik enerjiye sahip iyonlaştırıcı radyasyonun enerjisi o kadar yüksektir ki elektronları serbest bırakarak nötr atomları ya da molekülleri pozitif yüklü iyonlara dönüştürebilir. Özellikleri ve etkileri bakımından farklılık gösteren alfa, beta ve gama radyasyonunun yanı sıra nötron ve X ışını radyasyonu gibi farklı iyonlaştırıcı radyasyon türleri bulunur. Bu radyasyon türleri, radyoaktif elementlerin doğal bozunması sırasında ya da teknik cihazların ana ya da yan etkisi olarak üretilir.

İyonlaştırıcı radyasyon seviyelerinin yüksek olduğu bilinen birçok alan radyasyondan korunma ile ilgili yasal düzenlemelere tabidir. Bu da her şeyden önce çalışma ortamındaki radyasyon için geçerlidir. Yönetmeliklerin uygulanması, devlet kurumları tarafından desteklenir ve izlenir. Örneğin, Almanya’da gözetime tabi kişiler için resmi olarak onaylanmış Geiger sayaçlarının verilmesi ve değerlendirilmesi radyasyondan korunmadan sorumlu federal devlet yetkilileri tarafından gerçekleştirilir. Ancak, insanlar, boş zamanlarında, evlerinde ya da gıda yoluyla da yüksek radyasyon seviyelerine maruz kalabilir. Örneğin, radon gazı, yeraltından ya da yapı malzemelerinden salınması halinde iç mekandaki havada birikebilir. Özellikle güney Bavyera’da ve Bavyera ormanlarında mantarlar ve yabani hayvanlar, Çernobil’deki reaktör kazası esnasında açığa çıkan Sezyum-137’den hâlâ etkilenmektedir.

Kanun ya da yönetmeliklerin gerektirdiği ölçüm cihazlarına ek olarak elektronik Geiger sayaçları bir şirkette ya da özel bir ortamda aşağıdakileri belirlemek için kullanılabilir:

- iyonlaştırıcı radyasyonun belirli bir konumda ne kadar güçlü olduğu,

- belirli bir süre zarfında kişisel radyasyon dozunun ne kadar yüksek olduğu,

- radyasyonun belirli bir kaynakla ilişkilendirilip ilişkilendirilemeyeceği,

- bulunan ya da teslim edilen malzemelerden ne kadar radyasyon yayıldığı,

- gıdaların doğal olmayan yüksek radyasyon seviyelerine sahip olup olmadığı

Radyasyona maruz kalma seviyesi, radyasyonun teknik ya da tıbbi uygulamalardan mı ortamdaki doğal radyasyondan mı yoksa iç mekandaki radondan mı kaynaklandığına bakılmaksızın uygun bir Geiger sayacı ile belirlenebilir. Modern elektronik Geiger sayaçlarında çeşitli ölçüm, uyarı ve değerlendirme fonksiyonları bulunur. Bir model seçerken Geiger sayacının istenen tüm fonksiyonları sunduğundan emin olunmalıdır.

Gama radyasyonu ya da X ışınları ve farklı iyonlaştırıcı radyasyon türlerini tespit edebilen özel olarak tasarlanmış Geiger sayaçları mevcuttur. Alfa, beta ve gama radyasyonunu kaydeden Geiger sayaçları tüm radyasyon türlerinin neden olduğu toplam aktiviteyi belirler. Bazı Geiger sayaçlarının önüne filtre yerleştirilerek alfa radyasyonu ya da alfa ve beta radyasyonu engellenebilir.

İyonlaştırıcı radyasyon için sınır değerleri ve ölçüm değerleri genelde mikro ya da milisievert cinsinden ya da mikrosievert/s ya da milisievert/yıl cinsinden verilir. Geiger sayacı, yüksek enerjiye sahip radyasyon tarafından tetiklenen iyonlaşmayı ya da darbelerin sayılmasını sağlar. Bunlar toplam sayı olarak ya da dakika ya da saniye başına sayı olarak gösterilebilir. Dakika başına sayım CPM, saniye başına sayım da CPS olarak kısaltılabilir. Daha uzun ölçüm sürelerinde zamana bağlı değerler için ortalama değerler hesaplanır. Çoğu Geiger sayacı, bu sayımdaki enerji içeriğini ya da radyasyon türünü ayırt edemez. Bunun için özel cihazlar mevcuttur. Ancak, Geiger sayacında kaydedilen hesaplama algoritmaları aracılığıyla toplam radyasyonun sayılan darbeleri sievert cinsinden doz eşdeğerine dönüştürmek için kullanılabilir. Doz eşdeğeri, enerji içeriğini ve radyasyon türlerinin farklı tehlikelerini dikkate alan bir değer verebilmek için tanımlanmıştır. Biyolojik malzeme üzerindeki etkinin henüz değerlendirilemediği soğrulan dozdan ayırt etmek için soğrulan doz gray cinsinden; doz eşdeğeri de sievert cinsinden verilir.

 

Gama radyasyonu çok daha yüksek bir aralığa sahip olduğundan ve hem alfa hem de beta bozunumunda meydana geldiğinden ortamı izlemek için gerçekleştirilen rutin ölçümlerde sıklıkla sadece gama doz oranı kaydedilir. Bunun haricinde, özel ekipmanlarla radyasyonun enerji spektrumunu spektroskopik olarak değerlendirmek ve hangi radyonüklidlerin lokal doz oranına ne ölçüde katkıda bulunduğunu belirlemek de mümkündür. Bu, tehlikenin ve hedeflenen karşı önlemlerin ayrıntılı bir değerlendirmesini sağlar. 

Pek çok Geiger sayacı, belirli uygulamalar için optimize edilmiştir. Geiger sayacı, seçilen dış mekanlarda radyasyonun lokal doz oranını devamlı olarak ölçer ve ölçüm değerlerinin başka bir yerde değerlendirilmesi için bu değerleri elektronik formda iletir. Bu tür Geiger sayaçlarının her şeyden önce hava koşullarına karşı dayanıklı olmaları ve veri aktarımı için bir arayüze sahip olmaları gerekir.

Radyasyonun açığa çıkabileceği nükleer enerji santrallerinde, araştırma laboratuvarlarında ve teknik kuruluşlarda genelde ayrılmış korumalı bölgeler ve özel kontrollü alanlar bulunur. Böyle bir bölgeden ayrılmadan önce insanlar ve malzemeler lokal maruziyete özel olarak uyarlanmış kalıcı olarak monte edilmiş bir Geiger sayacı ile kontrol edilir. Derhal harekete geçilebilmesi amacıyla ölçüm değerleri yerinde değerlendirilmelidir. Bu, kontamine olmuş kıyafetlerin ya da malzemelerin koruma bölgesinden çıkarılmasını önler. Bu nedenle, bu tür Geiger sayaçlarında alarm fonksiyonları bulunur.

Elektronik Geiger sayaçları, çeşitli ölçüm noktalarında mevcut radyasyon maruziyetini hızlı bir şekilde kontrol etmek için kullanılan mobil cihazlardır. Gıdaların ya da yapı malzemelerinin hızlı ve basit bir şekilde kontrolünü sağlayan Geiger sayaçları aynı zamanda iç ya da mekanlarda radyasyon maruziyetinin artmasından şüphelenilen durumlarda da testler yapılmasını sağlar. Bu cihazlarda hangi tür radyasyonun ölçülebileceği göz önünde bulundurulmalıdır. Sık kontroller için Geiger sayacında farklı alarm sınırlarının ayarlanabilmesi pratiklik sağlar.

Resmi olarak onaylanmış kişisel Geiger sayaçlarının çoğu yalnızca belirli bir kullanım süresinden sonra değerlendirilebilir. Bu nedenle, pasif Geiger sayaçları olarak da adlandırılır. Buna karşılık, elektronik Geiger sayaçları, kişiye etki eden dozu gösterebilir ve yüksek seviyelerde görsel ya da sesli alarm verebilir. Korunan kişi, alarm durumunda tehlike kaynağını kapatarak, kendini koruyarak ya da tehlike bölgesinden uzaklaşarak tepki verebilir. Bu tür Geiger sayaçları, bir radyasyon kaynağının yakınında uzun süre kalmadan önce radyasyona karşı korumanın ne kadar iyi çalıştığını ölçmek için de kullanılabilir.

İtfaiye ekipleri, kontamine olmuş malzemeleri içeren ya da kontamine olmuş bir ortamda meydana gelen olaylar için acil durum ekiplerini eğitmeli ve özel koruyucu kıyafetler ve ölçüm cihazları bulundurmalıdır. Bu tür önlemler, kliniklerde, radyolojik uygulamalarda ya da araştırma tesislerinde yapılan operasyonlar ve radyoaktif madde taşıyan araçların karıştığı trafik kazaları için gereklidir. Ölçüm cihazları, sınır değerinin belirlenebileceği doz hızı uyarı cihazları olarak Geiger sayaçlarını ve kontaminasyonun tespit edilebileceği diğer cihaz türlerini içerir.

Geiger-Müller tüpü, fizikçi Geiger ve Müller tarafından radyoaktif radyasyonu ölçmek için geliştirilmiş bir ölçüm cihazıdır. Genellikle Geiger-Müller tüpleri ve aynı zamanda radyoaktiviteyi ölçen diğer cihazlar da Geiger sayacı olarak adlandırılır. Geiger sayacı, bir tüpten oluşur ve karakteristik sesler aracılığıyla radyoaktif radyasyonun yoğunluğunu saymayı mümkün kılar. Daha gelişmiş modellerde bu sayı görüntülenebilir ya da kaydedilebilir. Metal tüpün ön ucunda radyasyonun tüpe girdiği radyolüsent bir pencere bulunur. Tüpün arka kısmı, tüpün ortasından geçen telin de sabitlendiği yalıtkan bir malzeme ile kapatılmıştır. Boşluk hafif basınçlı bir inert gazla doldurulmuştur.

İyonlaştırıcı radyasyonun Geiger-Müller tüpüne girmesi halinde atomlara çarptığında soy gazın dış kabuğundan elektronları ayırır. Bu da nötr gaz atomunu pozitif yüklü bir iyona dönüştürür. Metalik kaplamayla Geiger sayacındaki tel arasında birkaç yüz voltluk bir DC voltajı uygulandığından artık yüklü parçacıklardan akım geçer. Dış tüp katot, tel ise anot görevi görür. Elektronlar elektrik alan kuvveti nedeniyle anoda doğru hızlandırılır ve diğer gaz molekülleriyle çarpışır. Ek olarak salınan elektronlar, anot ve katot arasındaki akım akışını güçlendirir ve bu da devreye bağlı bir direnç tarafından bir voltaj sinyaline dönüştürülür. Bu sinyal elektronik olarak güçlendirilir ve Geiger sayacının donanımına göre duyulabilir ya da görülebilir hale getirilir.

Geiger sayacında nüfuz eden radyasyon belirli bir çatırtı sesi olarak algılanabilir hale gelir. Geiger sayacına ne kadar çok iyonlaştırıcı radyasyon girerse sesli sinyaller arasındaki aralıklar da o kadar kısalır. Günümüzde pek çok modern Geiger sayacı, önceden ayarlanmış radyasyon değerlerine ulaşıldığında ek alarm sesleri oluşturabilir, sinyal ve alarm lambalarını yakabilir, radyasyon tarafından üretilen darbeleri sayabilir ya da toplam olarak ya da bir zaman birimine göre belirlenen sayısal değerleri kaydedebilir ve bunları bir ekranda görüntüleyebilir.

16. yüzyılın başlarında Paracelsus şöyle yazmıştır: “Bütün maddeler zehirdir, zehir olmayan hiçbir madde yoktur; zehirle devayı birbirinden ayıran onun dozudur“. Geiger sayacı, genellikle çevreden gelen bir maruziyetin dozunu yani miktarını ölçen ve gösteren bir ölçüm cihazıdır. Bir Geiger sayacında zamana bağlı toplam dozu belirlemek için ölçüm parametresinin değerleri belirli bir süre boyunca sürekli olarak toplanır. Bu nedenle, kişisel Geiger sayaçları kişiye etki eden maruziyet miktarını ve yoğunluğunu yani kişisel dozu kaydeder. Kişisel Geiger sayaçları, insanların organizmaya zarar verdiği bilinen etkilere uzun bir süre boyunca kontrolsüz bir şekilde maruz kalmasını önlemek için tasarlanmıştır. Bu, her şeyden önce doğrudan algılanamayan ya da zararlı etkilerinin değerlendirilmesi zor olan etkiler için geçerlidir. Kişisel Geiger sayaçları esas olarak tehlikeli alanlarda kalmak zorunda oldukları için yüksek radyasyon seviyelerine maruz kalan kişilerin kişisel radyasyon dozunu izlemek için kullanılır. Bu tür kişisel Geiger sayaçları, belirli bir süre boyunca kişiyi etkileyen iyonlaştırıcı radyasyon miktarını kaydeder. Geiger sayaçları belirtilen kullanım süresinden sonra değiştirilir ve Radyasyon Güvenliği Yönetmeliğine göre maksimum maruz kalma sınırlarına uyulup uyulmadığını belirlemek için değerlendirilir.

Yüksek radyasyon maruziyetinin meydana geldiği alanlar şu şekilde sıralanabilir:

- Tıbbi teşhis ve tedavi

- Belirli araştırma tesisleri

- Nükleer enerji santralleri

- Radyoaktif maddelerin taşınması, depolanması ve işlenmesi

- Sanayi ve ticarette iyonlaştırıcı radyasyon kullanımı

Uzaydan gelen doğal iyonlaştırıcı radyasyon yüksek irtifalarda daha güçlü bir etkiye sahip olduğundan hava mürettebatı ve sık uçan yolcular da ek strese maruz kalmaktadır. Federal Radyasyondan Korunma Dairesi’ne göre Almanya’da  tüm doğal radyasyon kaynaklarından kaynaklanan yıllık maruziyetin ortalama değeri 2.1 milisieverttir. Değerler, yaşanılan yere ve beslenme alışkanlıklarına göre yılda bir ila on milisievert arasında değişmektedir. İşleri nedeniyle yüksek radyasyona maruz kalan çalışanların resmi olarak izlenmesi amacıyla yalnızca bunun için onaylanmış kişisel Geiger sayaçları kullanılabilir. Bununla birlikte, özel gösterge ve uyarı fonksiyonlarına sahip elektronik kişisel Geiger sayaçları, söz konusu radyasyon türü için uygun olmaları halinde kullanılabilir. Örneğin, günümüzde mevcut olan elektronik kişisel Geiger sayaçları, X-ray cihazlarında ve lineer hızlandırıcılarda ortaya çıkan darbeli radyasyona karşı yeterince güvenilir ölçüm değerleri sağlamaz. İyonlaştırıcı radyasyonu tespit eden cihazlara ek olarak diğer ölçüm parametreleri için de kullanılabilen kişisel Geiger sayaçları mevcuttur. Örneğin, bir çalışanın iş yerinde maruz kaldığı gürültü dozunu ölçebilen Geiger sayaçları mevcuttur.