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1. 개요
가이거-뮐러 카운터(Geiger-Müller Counter)는 1908년 물리학자 어니스트 러더퍼드 문하 대학원생이었던 요하네스 빌헬름 가이거(Johannes "Hans" Wilhelm Geiger)가 개발해서 1928년 발터 뮐러(Walther Müller)와 함께 개량한 방사능 측정 장비이다.가이거-뮐러 계수관(Geiger–Müller tube)이라고 하는 관(tube)을 통해 방사선 입자 하나하나를 셀 수 있으며, 측정 단위는 CPS(Count Per Second)이다.
2. 작동 원리
작동의 원리는 간단하다. 가이거 카운터는 외곽전도체와 내부에 머리카락보다 약간 굵은 도선이 있는데, 이 튜브 내에는 알코올, 아르곤 등의 가스가 있어서 기본적으론 비전도 상태를 유지하고 있다.
이런 튜브 내부 상태에서 방사선 입자가 날아 들어오면 내부 가스에 입자가 충돌하면서 가스가 전리된다.
그러면 계수기 내부는 순간적으로 전도 상태가 되어 전류가 흐른다. 물론 금방 원래 상태로 돌아간다. 전리상자(Ion Chamber)와 비슷한 방식으로 측정하는 셈.
이 때 발생하는 전류 펄스가 1개 방사선 입자에 대한 대응 신호이다. 이것을 적절하게 블랙박스에서 처리를 하여 디스플레이로 뽑아주면 된다. 가스가 전도상태가 되어 전류가 흐를때 강한 전압의 전류가 매우 짧은 시간 흐르고 전류가 '스피커'를 지나가면 반응음으로 '틱티티틱'하는 소리가 함께 들리며, 이 소리는 가이거 카운터, 그리고 ' 방사선이 존재한다'는 그 자체의 상황을 상징할 정도로 유명하다. 전류 자체가 흐르는 소리는 너무 작아서 들을 수가 없으며 스피커를 통해 파동으로 변환된 전기신호를 듣게 되는 것이다.
3. 주의사항
가이거 카운터는 입자의 에너지에 따라 반응률이 크게 차이가 나므로, 제작시에 주의를 요하며, 다른 방사선 감지 센서에 비해 한계 범위가 500CPS로 낮은 편이다. 실제 가이거 카운터를 구입해서 사용해보면 알겠지만, 수백 CPS 이상의 방사선을 검출할 경우 삐--- 거리면서 가이거 카운터가 작동을 하지 않는다. 과도한 방전으로 인해 관에 무리가 가거나, 전원부에 무리가 가거나,[1] 관에 나온 신호가 난잡해지거나 하는 것 때문에 컨트롤 보드에서 일정 CPS 이상에선 더이상 작동을 안하는것이다. 가이거 카운터로 계측이 불가능한 고준위 방사선은 신틸레이터(scintillator)나 이온화 챔버 같은 다른 검출기로 계측한다. 계측 단위가 Count per second, CPS인데서 알 수 있지만 가이거 계수기는 입자의 갯수는 셀 수 있지만 에너지는 알 수 없다. 관측하려는 선원의 정보를 알고 있다면 그럭저럭 정확한 측정이 가능하겠지만, 그렇지 않다면 실제 방사선의 에너지를 측정할 때는 큰 오차를 낼 수 있으므로 방사선이 존재한다는 사실 정도는 알 수 있어도 실제로 몇 시버트가 나오고 있는지 신뢰하기는 무리.스마트폰 애플리케이션을 사용한 가이거 카운터는 비교적 저렴하지만, 그렇지 않은 경우에는 가장 저렴한 제품이 100만원대로 상당히 비싸다. 측정을 해보고 싶은 물건이 생기면 스마트폰에 연동되는 제품을 사서 쓰거나 아니면 가이거 카운터를 빌리자.
원자력기사 작업형 실기 시험은 가이거 카운터로 동위원소 시료를 측정하는 것이다. 복합형 실기 과목이 다 그렇듯, 필답형보다는 점수 따기 용이하기 때문에 사용법을 잘 숙지해야 했지만, 2023년부터는 작업형 과목이 폐지되었다.
4. 여담
가이거 카운터의 소리.2019년작 미국 드라마인 체르노빌을 보고 난 뒤에 들으면 가장 무섭고 소름끼치는 소리이기도 하다. 냄새도 소리도 맛도 느낌도 없고 보이지도 않는 방사선의 존재를 유일하게 알려줄 수 있는 장치가 바로 가이거 카운터 소리뿐이기 때문이다. 드라마에서 방사능 오염의 공포와 위험을 상세히 묘사했을 뿐더러 OST 사용을 절제했기에, 안 그래도 기분 나쁜 가이거 카운터 소리가 더 위협적으로 느껴진다.
드라마, 영화나 게임 등의 매체에서 방사선을 탐지할 때 나는 소리가 바로 이것. 예시로 스토커 시리즈와
[1]
500V를 계속 공급하는데, 절연 회로를 구성해야 해서 buck-transformer step-up 방식으로 전압을 올리고, 센서에서 나온 신호도 트랜스를 거쳐 뽑아낸다.