Contador Geiger

Contador Geiger , el contador Geiger-Muller  es un dispositivo de descarga de gas para contar automáticamente el número de partículas ionizantes que han caído en él .

Historia

El principio fue propuesto en 1908 por Hans Geiger ; en 1928 , Walter Müller , trabajando bajo la dirección de Geiger, puso en práctica varias versiones del dispositivo, que diferían en diseño dependiendo del tipo de radiación que registraba el contador.

Dispositivo

Es un condensador lleno de gas , que se rompe cuando una partícula ionizante pasa a través de un volumen de gas. Un circuito electrónico adicional proporciona energía al medidor (generalmente al menos 300 V ). Si es necesario, proporciona la supresión de la descarga y cuenta el número de descargas a través del contador.

Los contadores Geiger se dividen en no autoextinguibles y autoextinguibles (que no requieren un circuito de terminación de descarga externo).

En los dosímetros y radiómetros domésticos fabricados en la URSS y Rusia , se suelen utilizar contadores con una tensión de funcionamiento de 390 V :

• "SBM-20" (en tamaño, un poco más grueso que un lápiz ), "SBM-21" (como un filtro de cigarrillo, ambos con una caja de acero, adecuado para radiación β y γ dura );
• "SI-8B" (con una ventana de mica en el cuerpo, adecuada para medir la radiación β suave ).

El uso generalizado del contador Geiger-Muller se explica por su alta sensibilidad, la capacidad de registrar varios tipos de radiación y la relativa simplicidad y bajo costo de instalación.

Cómo funciona

Un contador Geiger-Muller cilíndrico consta de un tubo de metal o un tubo de vidrio metalizado desde el interior y un hilo de metal delgado estirado a lo largo del eje del cilindro. El filamento es el ánodo , el tubo es el cátodo . El tubo está lleno de un gas enrarecido, en la mayoría de los casos se utilizan gases nobles  : argón y neón . Entre el cátodo y el ánodo se crea un voltaje de cientos a miles de voltios, dependiendo de las dimensiones geométricas, el material de los electrodos y el medio gaseoso dentro del medidor. En la mayoría de los casos, los contadores Geiger domésticos generalizados requieren un voltaje de 400 V.

El funcionamiento del contador se basa en la ionización por impacto . Los cuantos gamma emitidos por un isótopo radiactivo, que caen sobre las paredes del mostrador, les quitan electrones. Los electrones, moviéndose en el gas y chocando con los átomos del gas, sacan electrones de los átomos y crean iones positivos y electrones libres. El campo eléctrico entre el cátodo y el ánodo acelera los electrones a energías en las que comienza la ionización por impacto. Surge una avalancha de iones que lleva a la multiplicación de los portadores primarios. A una intensidad de campo suficientemente alta, la energía de estos iones se vuelve suficiente para generar avalanchas secundarias capaces de mantener una descarga independiente, como resultado de lo cual la corriente a través del contador aumenta bruscamente. Esto distingue al contador Geiger del contador proporcional , donde la intensidad de campo es insuficiente para que ocurran avalanchas secundarias y la descarga se detiene después del paso de la avalancha primaria. En este caso, se forma un pulso de voltaje en la resistencia R , que se alimenta al dispositivo de registro. Para que el contador pueda registrar la siguiente partícula que cayó en él, la descarga de avalancha debe extinguirse. Esto sucede automáticamente. En el momento en que aparece un pulso de corriente en la resistencia R , se produce una gran caída de voltaje, por lo que el voltaje entre el ánodo y el cátodo disminuye bruscamente, tanto que la descarga se detiene y el medidor está listo para funcionar nuevamente. Para acelerar el enfriamiento, se pueden usar circuitos especiales que reducen a la fuerza el voltaje en el contador, lo que también permite reducir la resistencia del ánodo y aumentar el nivel de la señal. Sin embargo, con mayor frecuencia, se agrega un poco de halógeno (bromo o yodo) o un compuesto orgánico de peso molecular relativamente alto (generalmente algún tipo de alcohol) a la mezcla de gases en el contador; estas moléculas interactúan con iones positivos, lo que da como resultado iones con un mayor masa y menor movilidad. Además, absorben intensamente la radiación ultravioleta de la descarga; estos dos factores conducen a la extinción rápida y espontánea de la descarga incluso con una pequeña resistencia del ánodo. Dichos contadores se denominan autoextinguibles. En el caso de usar alcohol como aditivo de extinción, se destruye una cierta cantidad con cada pulso, por lo que el aditivo de extinción se consume y el contador tiene un recurso determinado (aunque bastante grande) en términos de número de partículas registradas. Cuando se agota, el contador comienza a "quemarse": la tasa de conteo comienza a aumentar espontáneamente incluso en ausencia de irradiación, y luego se produce una descarga continua en el contador. En los contadores de halógeno, las moléculas de halógeno descompuestas se recombinan, por lo que su recurso es mucho más largo ( 10 10 pulsos y más).

La característica de conteo (la dependencia de la tasa de conteo del voltaje en el contador) tiene una meseta bien definida, dentro de la cual la tasa de conteo depende muy poco del voltaje en el contador. La longitud de dicha meseta alcanza los 80–100 V para medidores de bajo voltaje y varios cientos de voltios para medidores de alto voltaje.

La duración de la señal del contador Geiger es relativamente larga ( ≈10 −4 s ). Este es el tiempo requerido para que los iones positivos lentos, que llenaron el espacio cerca del filamento del ánodo después del paso de la partícula y el paso de la avalancha de electrones, vayan al cátodo y se restablezca la sensibilidad del detector.

Una característica importante del contador es su eficiencia. No todos los fotones γ que golpean el contador darán electrones secundarios y serán registrados, ya que los actos de interacción de los rayos γ con la materia son relativamente raros, y algunos de los electrones secundarios son absorbidos en las paredes del dispositivo sin alcanzar el volumen de gases

La eficiencia de registro de partículas por un contador Geiger es diferente dependiendo de su naturaleza. Las partículas cargadas (por ejemplo, los rayos alfa y beta) casi siempre provocan una descarga en el mostrador, pero algunas de ellas se pierden en el material de las paredes del mostrador. Esto es especialmente cierto para las partículas alfa y la radiación beta suave. Para registrarlos en el contador, se hace una ventana delgada ( de 2 a 7 µm para registrar la radiación alfa y de 10 a 15 µm para la radiación beta blanda) de mica, lámina de aluminio o berilio o película de polímero. La eficiencia del contador para rayos X y radiación gamma depende del grosor de las paredes del contador, su material y la energía de radiación. Dado que la radiación γ interactúa débilmente con la materia, la eficiencia de los contadores γ suele ser baja y asciende solo al 1-2% . Los contadores cuyas paredes están hechas de un material con un gran número atómico Z tienen la mayor eficiencia , ya que en este caso aumenta la formación de electrones secundarios. Además, las paredes del mostrador deben ser lo suficientemente gruesas. El grosor de la pared del contador se elige a partir de la condición de su igualdad con el camino libre medio de los electrones secundarios en el material de la pared. Con un gran espesor de pared, los electrones secundarios no pasarán al volumen de trabajo del contador y no se producirá un pulso de corriente. Esto conduce a una dependencia característica de la tasa de conteo de la energía de un cuanto gamma (el llamado "movimiento duro") con un máximo pronunciado, que para la mayoría de los contadores Geiger se encuentra en la región de la radiación gamma suave. Cuando se utilizan contadores Geiger en equipos dosimétricos, el "movimiento de dureza" se corrige parcialmente con la ayuda de una pantalla adicional (por ejemplo, acero o plomo), que absorbe la radiación gamma suave cerca del máximo de sensibilidad y al mismo tiempo aumenta ligeramente la eficiencia. de grabar cuantos gamma duros debido a la generación de electrones secundarios y radiación Compton en el material de la pantalla. Como resultado, la dependencia de la tasa de recuento de la tasa de dosis se nivela en gran medida. Esta pantalla a menudo se hace removible para permitir la detección separada de radiación beta y gamma. Por el contrario, para el registro de rayos X se utilizan contadores con una ventana delgada, similares a los que se utilizan en los detectores de radiación alfa y beta blanda.

Los contadores de descarga de gas no detectan directamente los neutrones. El uso de helio-3 o trifluoruro de boro como medio gaseoso, o la introducción de boro en la composición del material de la pared, permite detectar neutrones a partir de productos cargados de reacciones nucleares.

Además de la eficiencia baja y altamente dependiente de la energía, la desventaja del contador Geiger-Muller es que no permite identificar partículas y determinar su energía. Estas deficiencias están ausentes en los contadores de centelleo .

Al medir flujos débiles de radiación ionizante con un contador Geiger, es necesario tener en cuenta su propio fondo. Incluso en blindaje de plomo grueso, la tasa de conteo nunca llega a cero. Una de las razones de esta actividad espontánea del contador es el componente duro de la radiación cósmica, que penetra sin atenuación significativa incluso a través de decenas de centímetros de plomo y consiste principalmente en muones. Un promedio de alrededor de 1 muon por minuto vuela a través de cada centímetro cuadrado cerca de la superficie de la Tierra, mientras que la eficiencia de registrarlos con un contador Geiger es casi del 100%. Otra fuente de fondo es la "contaminación" radiactiva de los materiales en el propio contador. Además, la emisión espontánea de electrones desde el cátodo del contador hace una contribución significativa al fondo intrínseco.

Nota

Por razones históricas, existe una discrepancia entre las versiones rusa e inglesa de este término y los siguientes:

Véase también

• cámara de ionización
• Sensor de carga directa
• contador coronario
• Registro de radiaciones ionizantes

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En catálogos bibliográficos	BNF : 11981090j TIERRA : 4131874-2 J9U : 987007560574305171 LCCN : sh85053668