안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
가이거-뮬러 계수관은 방사선 한 입자가 가진 미세한 에너지를 거대한 전기적 신호로 증폭하여 방사능을 감지하는 장치입니다. 내부 구조를 보면 중심에 얇은 양극 와이어가 있고 이를 금속 원통형의 음극이 감싸고 있으며, 그 사이에는 아르곤 같은 불활성 기체가 저압으로 채워져 있습니다. 양극과 음극 사이에 높은 전압을 걸어두면 중심 와이어 주변에 매우 강력한 전기장이 형성됩니다.
이 상태에서 방사선이 계수관 내부로 들어와 기체 원자와 충돌하면 전자가 튕겨 나가는 이온화 현상이 일어납니다. 이렇게 떨어진 전자는 중심의 양극을 향해 맹렬하게 가속되는데, 양극에 가까워질수록 전기장이 급격히 강해지므로 전자의 운동에너지도 폭발적으로 증가합니다. 가속된 전자는 이동 경로에 있는 다른 기체 원자들과 연속으로 부딪치며 새로운 전자들을 계속해서 튕겨내고, 이 전자들이 다시 또 다른 원자들을 이온화시키는 연쇄 반응이 일어납니다.
이로 인해 단 한 개의 전자에서 시작된 흐름이 순식간에 수억 개의 전자 무리로 불어나게 되며, 이를 전자 사태라고 부릅니다. 이 거대한 전자 무리가 중심 양극 와이어에 동시에 도달하는 순간 회로에 미세하지만 뚜렷한 전류의 흐름이 생기며 이를 신호 처리 장치가 포착하여 방사선의 존재를 카운트하게 됩니다. 이후에는 내부에 섞여 있는 소멸 기체가 연속적인 방전을 차단하여 다음 방사선을 감지할 수 있도록 초기화해 줍니다.