방사선과 방사능이란? | 원자의 구조 | 방사성붕괴와 방사선 |  방사능과 반감기

방사선의 성질과 물질과의 상호작용 | 방사선량측정 | 방사선검출기 | 방사선장해와 리스크 | 자연방사선   

전리함에 흐르는 전류는 기체의 증폭없이 순수하게 초기 이온쌍의 수에 기인하며 출력신호는 방사선장의 강도에 비례한다.
초기 이온쌍의 수는 검출기에 흡수된 입사방사선의 에너지에 비례하므로 선량률측정이 가능하고 공기로 채워진 전리함을 이용할 경우 조사선량을 측정할 수 있다. 그러나 방사선과 검출가스와의 상호작용으로 생성된 초기 이온쌍만이 포집되어 출력전류를 형성함으로 전리함에는 아주 작은 양의 전류가 흐른다. 따라서 정밀한 전류측정장치가 필요하다. 예를들어 전형적인 휴대용 전리함이 1mR/h의 방사선장에 노출되었을 경우 전리함에는 대략 2×10^-14A의 전류가 흐른다.

전리함이 사용되는 전압영역보다 더 높은 전위차를 검출기에 인가하면 입사방사선이 검출기 가스를 전리하여 생성된 초기전자는 양극으로 포집되는 과정에서 가속되어 2차전리를 일으킬 수 있는 충분한 에너지를 얻게되고 다시 2차전자는   또다른 전리를 야기한다. 이러한 현상을 "전자사태"라고 부르고 비례계수관의 출력은 검출기에서 생성된 총이온쌍의 수에 비례한다.
일정한 전압에서 초기이온쌍과 총이온쌍의 수의 비, 즉 "가스증배인자(gas multiplication factor)"는 일정한 값을 나타낸다. 전형적인 비례계수기의 가스증배인자는 수 백(~10²)에서 수 백만(~10⁶)에 이르므로 가스증배인자가 '1'인 전리함의 출력보다 상당히 큰 출력을 생성한다.
비례계수기은 방사능측정뿐만 아니라 출력펄스가 입사방사선의 에너지에 비례하므로 방사선의 에너지 측정이 가능하며 방사선의 종류에 따른 전리밀도의 차를 이용하여 알파선과 베타선을 동시에 측정할 수 있다.
방사선이 검출기에 입사되어 전자사태가 발생하고 전자와 양이온이 전극으로 포집되어 출력펄스를 형성하는 동안에 또다른 방사선이 입사되면 검출기는 잇따른 방사선을 이전 방사선과 구분할 수 없다. 이와같이 방사선에 의한 출력펄스를 구분하는데 걸리는 시간을 "불감시간 또는 회복시간(dead time or recovery time)"이라고 부른다. 비례계수기의 불감시간은 수 nsec정도이며 계수률이 낮을 경우에는 문제되지 않지만 계수률이 높은 선원인 경우에는 이에 대한 보정이 이루어져야 한다.
비례계수기에 주로 사용되는 기체는 90%의 아르곤과 10%의 메탄으로 구성된 "P-10 가스"이며 10%의 메탄은 방사선과 검출가스와의 반응과정 동안에 여기되었던 원자에서 방출되는 자외선에 의한 부가적인 전리를 방지하기위해 첨가되는 "소멸기체(quench gas)"이다. 만약 비례계수기에서 자외선에 의한 전리현상을 허용한다면 검출기의 출력펄스의 에너지비례성이 상실된다.

비례계수기의 기체는 밀봉형으로 봉입할 수도 있으나 기체유입형으로 계측중에 연속적으로 주입할 수도 있다. 기체유입형 검출기는 기체의 성능저하가 없는 장점과 시료와 검출기 사이의 창(window)를 없앨 수 있어 계수효율을 2 계수기의 경우에는 50%, 4 계수기의 경우에는 100%까지 높일 수 있는 이점이 있다. 또한 BF₃ 기체를 사용한 BF₃계수관은 중성자 측정용도로 널리 이용되고 있다.

GM관에는 일반적으로 비례계수기가 사용되는 전압영역보다 높은 전압이 인가되고 비례계수기에서는 허용하지 않았던 자외선에 의한 부가적인 전리현상을 용인하므로 방사선이 입사되면 양극을 중심으로 GM관의 모든 영역에서 전자사태가 발생한다. 따라서 GM관의 기체증배인자는 ~10⁸에 이르므로 펄스를 증폭시키기 위한 부가적인 전자장치가 필요없을 만큼 충분한 크기의 출력펄스를 형성한다.
그러나 GM관에서 생성되는 총이온쌍의 수는 초기이온쌍의 수와 관계없이 동일하기 때문에 출력펄스의 크기는 입사되는 방사선의 종류와 에너지에 무관하게 동일하다. 따라서 GM 검출기는 입사방사선의 종류와 에너지를 구분할 수 없고 단지 계수되는 방사선의 갯수, 즉 방사능만 측정가능하다.
이와같이 GM검출기는 입사방사선의 선질에 대한 정보를 상실하고 단지 그 수만을 나타내므로 원칙적으로 방사선의 에너지에 종속적인 방사선량을 측정할 수 없다. 이러한 GM검출기의 최대 약점을 보완하기 위해 검출기의 외벽을 적절한 물질(Cu, Sn, Pb등)로 차폐하여 저에너지 영역의 광자에 대한 감응도를 낮춤으로써 100keV에서 수 MeV까지의 영역에서 감응도를 일정하게 조정한다. 이렇게 하면 에너지와 선량과의 관계가 균일해지므로 에너지에 관계없이 입사방사선의 수만을 계수하여 근사적인 방사선량을 얻을 수 있다. 이와같은 GM관을 "보상형 GM"이라 부르고 주로 선량률을 측정하는 서베이미터로 사용된다.
GM검출기에 주로 사용되는 기체는 He과 Ar이며 전리를 통해 생성된 양이온이 벽물질과 충돌하여 2차전자를 방출하는 것을 방지하기 위한 소멸기체로 할로겐기체(Cl₂, Br₂등)나 유기기체(에틸알콜, 에틸포메이드)가 5~10% 첨가된다.
일반적으로 GM검출기의 불감시간은 100~200use이다.