Счетчик Гейгера относится к классу газоразрядных детекторов ионизирующих излучений, действие которых основано на том, что при пролете ядерной частицы сквозь газ происходит его ионизация, в результате чего через детектор, к электродам которого приложено напряжение, протекает электрический ток. В зависимости от напряженности электрического поля в рабочем объеме детектора возможно в первом приближении три случая.
В первом ионы, образовавшиеся при пролете частицы, не приобретают в поле достаточной энергии, чтобы произвести вторичную ионизацию. В результате количество зарядов, попавших на электроды и образовавших импульс тока, равно количеству зарядов, образовавшихся в результате пролета частицы. Это режим ионизационной камеры. Так как количество ионов очень мало, ток, вызванный пролетом единственной частицы, практически невозможно обнаружить и ионизационная камера чувствительна только к очень большим уровням радиации.
При увеличении напряженности поля (что достигается путем увеличения подаваемого на разрядный промежуток напряжения и выполнением анода в виде тонкой проволоки) первичные ионы начинают разгоняться под действием электрического поля, и приобретают энергию, достаточную для ионизации других молекул или атомов газа. Таким образом, первичный ион порождает два иона, те в свою очередь также "размножаются" и возникает ионная лавина. В итоге к электродам счетчика прилетает во много раз больше ионов, чем первично образовалось. Это явление называется газовым усилением. При достаточно большом коэффициенте газового усиления уже возможно наблюдать отдельные импульсы тока от каждой частицы, причем амплитуда этих импульсов при определенных условиях пропорциональна энергии регистрируемой частицы. Это пропорциональный счетчик.
Если еще выше поднять напряжение, положительные ионы, ударяясь о катод, начинают выбивать из него электроны. Когда они встречаются с положительными ионами в газе, происходит рекомбинация -- из иона и электрона образуется нейтральный атом. При этом возникает ультрафиолетовое излучение. Оно вызывает фотоэффект -- из катода выбивается еще больше электронов. Электроны также ускоряются в поле и ионизируют нейтральные молекулы. Количество заряженных частиц лавинообразно нарастает и конца этому уже нет -- зажигается самостоятельный разряд.
Вернее, конец есть. Если добавить в газовую смесь внутри счетчика небольшое количество брома или йода, то после зажигания разряда их двухатомные молекулы быстро распадаются на атомы, а последние сильно поглощают ультрафиолетовое излучение. Это приводит к моментальному гашению разряда, если напряжение не слишком велико. В результате пролет частицы приводит к короткой вспышке газового разряда внутри счетчка. Импульс тока уже не зависит ни от природы частицы, ни от ее энергии, зато он сильный. В пике его ток через счетчик достигает десятков микроампер, а напряжение между его электродами падает на десятки, а то и сотни вольт, поэтому выходной сигнал не представляет проблем зарегистрировать.
Конструктивно счетчик Гейгера-Мюллера выполняется либо в виде трубки, вдоль оси которой натянута тонкая проволока, либо же проволока (обычно свернутая зигзагом или плоской спиралью) находится вблизи плоского электрода (такая конструкция позволяет собирать частицы с большой площади). Проволока служит анодом, а трубка или плоский электрод -- катодом. Электроды либо помещены в стеклянный баллон, либо в качестве катода используется тонкостенный стальной корпус. В некоторых случаях (у счетчиков, предназначенных для регистрации мягкого бета-излучения, альфа-лучей и низкоэнергетического рентгеновского излучения) в корпусе счетчика делаются окна из тонкой слюды, алюминиевой, титановой или бериллиевой фольги или пластиковой пленки.
