мини|десно|Комплетан Гајгер—Милеров бројач, са Гајгер—Милеровом цеви смештеном у цилиндрично кућиште повезано каблом са инструментом Гајгер—Милерова цев или Г—М цев је сензорски елемент Гајгер—Милеровог бројача, инструмента који се користи за детекцију јонизујућег зрачења. Именована је по Хансу Гајгеру, који је изумео принцип 1908. године, и Валтеру Милеру, који је сарађивао са Гајгером на даљем развоју технике 1928. године како би произвели практичну цев која је могла да детектује различите врсте зрачења.Види још:
Она је гасни јонизациони детектор и користи феномен Таунсендове лавине да произведе лако детектабилан електронски импулс од само једног јонизујућег догађаја изазваног честицом зрачења. Користи се за детекцију гама зрачења, рендгенских зрака, алфа и бета честица. Такође се може прилагодити за детекцију неутрона. Цев ради у „Гајгеровој” области генерисања јонских парова. Ово је приказано на пратећем графикону за гасне детекторе који показује јонску струју у зависности од примењеног напона.
Иако је робустан и јефтин детектор, Г—М цев није у стању да ефикасно мери високе брзине зрачења, има ограничен животни век у подручјима високог зрачења и не може да мери енергију упадног зрачења, тако да се не могу генерисати спектралне информације и нема разликовања између врста зрачења, као што су алфа и бета честице. Другим речима, Гајгер—Милеров бројач не пружа информације о енергији или прецизном тренутку детектованог зрачења, јер сви јонизујући догађаји производе исти излазни импулс, а детектор има релативно дуго мртво време након сваког догађаја.
Принцип рада мини|300px|Графикон зависности струје јонских парова од напона за цилиндрични гасни детектор зрачења са централном жицом као анодом. мини|300px|Визуелизација ширења Таунсендових лавина помоћу УВ фотона. Овај механизам омогућава једном јонизујућем догађају да јонизује сав гас око аноде покретањем вишеструких лавина. мини|300px|Детекција гама зрачења у Г—М цеви са дебелозидном катодом од нерђајућег челика. Секундарни електрони генерисани у зиду могу доспети до пунећег гаса и произвести лавине. Овај ефекат је значајно ослабљен при ниским енергијама испод око 20 KeV Г—М цев се састоји од коморе испуњене гасном смешом при ниском притиску од око 0,1 атмосфере. Комора садржи две електроде, између којих постоји разлика потенцијала од неколико стотина волти. Зидови цеви су или метални или је њихова унутрашња површина обложена проводним материјалом или спиралном жицом да би се формирала катода, док је анода жица постављена аксијално у средишту коморе.
Када јонизујуће зрачење погоди цев, неки молекули пунећег гаса бивају директно јонизовани упадним зрачењем, а ако је катода цеви електрични проводник, попут нерђајућег челика, индиректно путем секундарних електрона произведених у зидовима цеви, који мигрирају у гас. Ово ствара позитивно наелектрисане јоне и слободне електроне, познате као јонски парови, у гасу. Јако електрично поље створено напоном на електродама цеви убрзава позитивне јоне ка катоди, а електроне ка аноди. Близу аноде, у „области лавине“ где јачина електричног поља расте обрнуто пропорционално радијалној удаљености како се приближава аноди, слободни електрони добијају довољно енергије да сударом јонизују додатне молекуле гаса и створе велики број електронских лавина. Ове се шире дуж аноде и практично кроз целу област лавине. Ово је ефекат „гасног множења“ који цеви даје кључну карактеристику да може да произведе значајан излазни импулс од једног оригиналног јонизујућег догађаја.Glenn F Knoll. Radiation Detection and Measurement, треће издање 2000. John Wiley and sons,
Ако би постојала само једна лавина по оригиналном јонизујућем догађају, број побуђених молекула био би реда величине 106 до 108. Међутим, стварање вишеструких лавина резултира повећаним фактором множења који може произвести 109 до 1010 јонских парова. Настанак вишеструких лавина последица је производње УВ фотона у оригиналној лавини, на које електрично поље не утиче и који се крећу бочно у односу на осу аноде да би сударом са молекулима гаса изазвали даље јонизујуће догађаје. Ови судари производе даље лавине, које заузврат производе још фотона, а тиме и још лавина у ланчаној реакцији која се бочно шири кроз пунећи гас и обавија анодну жицу. Пратећи дијаграм ово приказује графички. Брзина простирања лавина је обично 2–4 cm по микросекунди, тако да за уобичајене величине цеви комплетна јонизација гаса око аноде траје свега неколико микросекунди. Овај кратак, интензиван импулс струје може се измерити као догађај бројања у облику напонског импулса развијеног на спољашњем електричном отпорнику. Овај импулс може бити реда величине волти, што даљу електронску обраду чини једноставном.
Пражњење се завршава колективним дејством позитивних јона створених лавинама. Ови јони имају мању покретљивост од слободних електрона због своје веће масе и споро се крећу из околине анодне жице. Ово ствара „просторно наелектрисање“ које се супротставља електричном пољу неопходном за наставак генерисања лавина. За одређену геометрију цеви и радни напон, овај прекид се увек дешава када је створен одређени број лавина, па су импулси из цеви увек исте величине без обзира на енергију почетне честице. Сходно томе, у импулсима нема информација о енергији зрачења што значи да се Гајгер—Милерова цев не може користити за генерисање спектралних информација о упадном зрачењу. У пракси, прекид лавине се побољшава употребом техника „гашења“ (погледајте касније).
Притисак пунећег гаса је важан за генерисање лавина. При прениском притиску, ефикасност интеракције са упадним зрачењем је смањена. При превисоком притиску, „средњи слободни пут“ за сударе између убрзаних електрона и пунећег гаса је сувише мали, и електрони не могу да прикупе довољно енергије између сваког судара да изазову јонизацију гаса. Енергија коју добијају електрони пропорционална је односу „e/p“, где је „e“ јачина електричног поља у тој тачки гаса, а „p“ притисак гаса.
Врсте цеви Уопштено, постоје два важна типа конструкције Гајгерове цеви.
Тип са крајњим прозором мини|Шема Гајгеровог бројача који користи цев са „крајњим прозором“ за нископродирно зрачење. За индикацију се користи и звучник За алфа честице, нискоенергетске бета честице и нискоенергетске рендгенске зраке, уобичајени облик је цилиндрична цев са крајњим прозором. Овај тип има прозор на једном крају прекривен танким материјалом кроз који нископродирно зрачење може лако проћи. Лискуни су често коришћен материјал због своје мале масе по јединици површине. Други крај садржи електрични прикључак за аноду.
Палачинка цев мини|десно|Палачинка Г—М цев, јасно се види кружна концентрична анода. Палачинка цев је варијанта цеви са крајњим прозором, али је дизајнирана за употребу у мониторингу бета и гама контаминације. Има приближно исту осетљивост на честице као тип са крајњим прозором, али има раван прстенасти облик тако да се може искористити највећа површина прозора са минималним гасним простором. Као и код цилиндричне цеви са крајњим прозором, лискун је често коришћен материјал за прозор због своје мале масе по јединици површине. Анода је обично са више жица у концентричним круговима тако да се у потпуности простире кроз гасни простор.
Тип без прозора Овај општи тип разликује се од наменског типа са крајњим прозором, али има два главна подтипа, који користе различите механизме интеракције зрачења да би остварили бројање.
Дебелих зидова мини|Избор Г—М цеви од нерђајућег челика дебелих зидова за детекцију гама зрачења. Највећа има прстен за енергетску компензацију; остале нису енергетски компензоване Користи се за детекцију гама зрачења изнад енергија од око 25 KeV, овај тип генерално има укупну дебљину зида од око 1-2 mm хром-челика. Пошто ће већина високоенергетских гама фотона проћи кроз пунећи гас ниске густине без интеракције, цев користи интеракцију фотона на молекулима материјала зида да произведе високоенергетске секундарне електроне унутар зида. Неки од ових електрона настају довољно близу унутрашњег зида цеви да побегну у пунећи гас. Чим се то догоди, електрон дрифтује ка аноди и долази до електронске лавине као да је слободни електрон настао у гасу. Лавина је секундарни ефекат процеса који започиње у зиду цеви производњом електрона који мигрирају на унутрашњу површину зида цеви, а затим улазе у пунећи гас. Овај ефекат је значајно ослабљен при ниским енергијама испод око 20 KeV.
Танких зидова Цеви са танким зидовима се користе за: Детекцију високоенергетских бета честица, где бета зрачење улази кроз бочну страну цеви и директно ступа у интеракцију са гасом, али зрачење мора бити довољно енергетско да продре кроз зид цеви. Нискоенергетске бета честице, које би продрле кроз крајњи прозор, биле би заустављене зидом цеви. Детекцију нискоенергетских гама и рендгенских зрака. Нискоенергетски фотони боље ступају у интеракцију са пунећим гасом, па се овај дизајн концентрише на повећање запремине пунећег гаса коришћењем дугачке цеви са танким зидовима и не користи интеракцију фотона у зиду цеви. Прелазак са дизајна танких зидова на дебеле зидове дешава се на енергетским нивоима од 300–400 keV. Изнад ових нивоа користе се дизајни са дебелим зидовима, а испод ових нивоа доминира ефекат директне јонизације гаса.
Детекција неутрона
Г—М цеви не детектују неутроне јер они не јонизују гас. Међутим, могу се произвести цеви осетљиве на неутроне које или имају унутрашњост цеви обложену бором, или цев садржи бор-трифлуорид или хелијум-3 као пунећи гас, или је цев обмотана кадмијумском фолијом дебљине око 0,5 mm. Неутрони ступају у интеракцију са језгрима бора, производећи алфа честице, или директно са језгрима хелијума-3 производећи јоне водоника и трицијума и електроне, или са кадмијумом, производећи гама зраке. Ове енергетске честице ступају у интеракцију и производе јоне који затим покрећу нормалан лавински процес.
Гасне смеше Компоненте гасне смеше су од виталног значаја за рад и примену Г—М цеви. Смеша се састоји од инертног гаса као што су хелијум, аргон или неон који бива јонизован упадним зрачењем, и „гаса за гашење“ од 5–10% органске паре или халогеног гаса ради спречавања лажног пулсирања гашењем електронских лавина. Ова комбинација гасова позната је као Пенингова смеша и користи ефекат Пенингове јонизације.
Модерну Г—М цев пуњену халогеном изумео је Сидни Х. Либсон 1947. године и има неколико предности у односу на старије цеви са органским смешама. Пражњење у халогенској цеви користи метастабилно стање атома инертног гаса да лакше јонизује молекул халогена него органску пару, омогућавајући цеви да ради на много нижим напонима, обично 400–600 волти уместо 900–1200 волти. Иако цеви са халогенским гашењем имају веће нагибе платоа напона у поређењу са цевима са органским гашењем (непожељна карактеристика), оне имају знатно дужи животни век од цеви гашених органским једињењима. То је зато што се органска пара постепено уништава процесом пражњења, дајући цевима са органским гашењем користан век од око 109 догађаја. Међутим, халогени јони могу током времена да се рекомбинују, дајући цевима са халогенским гашењем практично неограничен животни век за већину употреба, иако ће на крају и оне отказати због других процеса иницираних јонизацијом који ограничавају животни век свих Гајгерових цеви. Из ових разлога, цев са халогенским гашењем је данас најчешћа.
Неон је најчешћи пунећи гас. Хлор је најчешћи гас за гашење, мада се повремено користи и бром. Халогени се најчешће користе са неоном, аргоном или криптоном, а органски гаситељи са хелијумом.
Пример гасне смеше, која се првенствено користи у пропорционалним детекторима, је P10 (90% аргон, 10% метан). Други се користи у цевима гашеним бромом, обично 0,1% аргон, 1-2% бром и остатак неон.