{"id":16766,"date":"2020-03-10T21:50:12","date_gmt":"2020-03-10T21:50:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/que-es-el-contador-proporcional-detector-proporcional-definicion\/"},"modified":"2020-07-01T10:15:56","modified_gmt":"2020-07-01T10:15:56","slug":"que-es-el-contador-proporcional-detector-proporcional-definicion","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/es\/que-es-el-contador-proporcional-detector-proporcional-definicion\/","title":{"rendered":"Qu\u00e9 es el contador proporcional – Detector proporcional – Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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El contador proporcional, tambi\u00e9n conocido como detector proporcional, es un dispositivo el\u00e9ctrico que detecta varios tipos de radiaci\u00f3n ionizante.\u00a0El voltaje del detector se ajusta de modo que las condiciones correspondan a la regi\u00f3n proporcional.\u00a0Dosimetr\u00eda de radiaci\u00f3n<\/div>\n<\/div>\n
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Un\u00a0\u00a0contador proporcional<\/strong>\u00a0, tambi\u00e9n conocido como\u00a0detector proporcional<\/strong>\u00a0, es un dispositivo el\u00e9ctrico que detecta varios tipos de radiaci\u00f3n ionizante.\u00a0El voltaje del detector se ajusta de modo que las condiciones correspondan a la\u00a0regi\u00f3n proporcional<\/a>\u00a0.\u00a0En esta regi\u00f3n, el voltaje es lo suficientemente alto como para proporcionar a los electrones primarios suficiente aceleraci\u00f3n y energ\u00eda para que puedan ionizar \u00e1tomos adicionales del medio.\u00a0Estos iones secundarios (\u00a0amplificaci\u00f3n de gas<\/strong>\u00a0) formados tambi\u00e9n se aceleran causando un efecto conocido como\u00a0avalanchas de Townsend<\/strong><\/a>\u00a0, que crea un solo pulso el\u00e9ctrico grande.\u00a0Los contadores proporcionales gaseosos generalmente operan en campos el\u00e9ctricos altos del orden de 10 kV \/ cm y alcanzan los valores t\u00edpicosfactores de amplificaci\u00f3n de aproximadamente 10\u00a05<\/sup><\/strong>\u00a0.\u00a0Dado que el factor de amplificaci\u00f3n depende en gran medida del voltaje aplicado, la carga recogida (se\u00f1al de salida) tambi\u00e9n depende del voltaje aplicado y los contadores proporcionales requieren un voltaje constante.<\/p>\n

\"Detectores<\/a><\/p>\n

Esta es una diferencia sutil pero importante entre las\u00a0c\u00e1maras de ionizaci\u00f3n<\/a>\u00a0y los\u00a0contadores proporcionales<\/strong>\u00a0.\u00a0Una c\u00e1mara de ionizaci\u00f3n producir\u00e1 una corriente que es proporcional al n\u00famero de electrones recolectados por segundo.\u00a0Esta corriente se promedia y se usa para conducir una lectura de pantalla en Bq o \u03bcSv \/ h.\u00a0Los contadores proporcionales<\/strong>\u00a0no funcionan de esta manera.\u00a0En cambio, amplifican cada una de las explosiones individuales de ionizaci\u00f3n para que cada evento ionizante se detecte por separado.\u00a0Por lo tanto, miden el n\u00famero de eventos ionizantes (por eso se les llama contadores).<\/p>\n

El proceso de amplificaci\u00f3n de carga mejora enormemente la\u00a0relaci\u00f3n se\u00f1al \/ ruido<\/a>\u00a0del detector y reduce la subsiguiente amplificaci\u00f3n electr\u00f3nica requerida.\u00a0Cuando los instrumentos se operan en la regi\u00f3n proporcional, el\u00a0voltaje debe mantenerse constante<\/strong>\u00a0.\u00a0Si un voltaje permanece constante, el factor de amplificaci\u00f3n de gas tampoco cambia.\u00a0Los instrumentos de detecci\u00f3n de contador proporcional son muy sensibles a los bajos niveles de radiaci\u00f3n.\u00a0Mediante arreglos funcionales adecuados, modificaciones y polarizaci\u00f3n, el contador proporcional se puede utilizar para detectar radiaci\u00f3n alfa, beta, gamma o de neutrones en campos de radiaci\u00f3n mixtos.\u00a0Adem\u00e1s, los contadores proporcionales son capaces de\u00a0identificar part\u00edculas<\/strong>y medici\u00f3n de energ\u00eda (espectroscop\u00eda).\u00a0La altura del pulso refleja la energ\u00eda depositada por la radiaci\u00f3n incidente en el gas detector.\u00a0Como tal, es posible distinguir los pulsos m\u00e1s grandes producidos por\u00a0part\u00edculas alfa<\/a>\u00a0de los pulsos m\u00e1s peque\u00f1os producidos por\u00a0part\u00edculas beta<\/a>\u00a0o\u00a0rayos gamma<\/a>\u00a0.<\/p>\n

Si bien las c\u00e1maras de ionizaci\u00f3n pueden funcionar en modo de corriente o pulso, los contadores proporcionales o los contadores Geiger casi siempre se usan en modo de pulso.\u00a0Los detectores de radiaci\u00f3n ionizante se pueden usar tanto para medir la actividad como para medir la dosis.\u00a0Con el conocimiento sobre la energ\u00eda necesaria para formar un par de iones, se puede obtener la dosis.<\/p>\n

El arg\u00f3n y el helio son los gases de relleno m\u00e1s utilizados y permiten la detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n alfa, beta y gamma.\u00a0Para la detecci\u00f3n de neutrones, He-3 y BF\u00a03<\/sub>\u00a0(trifluoruro de boro) son los gases m\u00e1s com\u00fanmente empleados.\u00a0Para fines especiales, se han utilizado otras mezclas de gases, como una mezcla de gases equivalente a los tejidos que consiste en 64.4% de metano, 32.4% de di\u00f3xido de carbono y 3.2% de nitr\u00f3geno.<\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0Ventajas y desventajas de los contadores proporcionales<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Principio b\u00e1sico de contadores proporcionales<\/span><\/h2>\n
\"Detector<\/a>
Los detectores de radiaci\u00f3n ionizante constan de dos partes que generalmente est\u00e1n conectadas.\u00a0La primera parte consiste en un material sensible, que consiste en un compuesto que experimenta cambios cuando se expone a la radiaci\u00f3n.\u00a0El otro componente es un dispositivo que convierte estos cambios en se\u00f1ales medibles.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

El contador proporcional tiene un c\u00e1todo y un \u00e1nodo que se mantienen a cierto voltaje (por encima de 1000 V), y el dispositivo se caracteriza por una capacitancia determinada por la geometr\u00eda de los electrodos.\u00a0En un contador proporcional, el gas de llenado de la c\u00e1mara es un gas inerte que se ioniza por radiaci\u00f3n incidente, y un gas de enfriamiento para asegurar que termina cada descarga de pulso;\u00a0Una mezcla com\u00fan es 90% de arg\u00f3n, 10% de metano, conocida como P-10.<\/span><\/p>\n

A medida que la\u00a0<\/span>radiaci\u00f3n ionizante<\/span><\/a>\u00a0ingresa al gas entre los electrodos, se forma un n\u00famero finito de pares de iones.\u00a0En el aire, la energ\u00eda promedio necesaria para producir un ion es de aproximadamente 34 eV, por lo tanto, una radiaci\u00f3n de 1 MeV completamente absorbida en el detector produce aproximadamente 3 x 10\u00a0<\/span>4<\/span><\/sup>par de iones\u00a0El comportamiento de los pares de iones resultantes se ve afectado por el gradiente potencial del campo el\u00e9ctrico dentro del gas y el tipo y la presi\u00f3n del gas de relleno.\u00a0Bajo la influencia del campo el\u00e9ctrico, los iones positivos se mover\u00e1n hacia el electrodo cargado negativamente (cilindro externo), y los iones negativos (electrones) migrar\u00e1n hacia el electrodo positivo (cable central).\u00a0El campo el\u00e9ctrico en esta regi\u00f3n evita que los iones se recombinen con los electrones.\u00a0En las inmediaciones del cable del \u00e1nodo, la intensidad del campo se vuelve lo suficientemente grande como para producir\u00a0<\/span>avalanchas de Townsend.<\/span><\/strong>.\u00a0Esta regi\u00f3n de avalancha ocurre solo fracciones de un mil\u00edmetro del cable del \u00e1nodo, que en s\u00ed mismo es de un di\u00e1metro muy peque\u00f1o.\u00a0El prop\u00f3sito de esto es usar el efecto de multiplicaci\u00f3n de la avalancha producida por cada par de iones.\u00a0Esta es la regi\u00f3n de \u00abavalancha\u00bb.\u00a0Un objetivo de dise\u00f1o clave es que cada evento ionizante original debido a la radiaci\u00f3n incidente produce solo una avalancha.\u00a0Los factores de amplificaci\u00f3n de gas pueden variar desde la unidad en la regi\u00f3n de ionizaci\u00f3n hasta\u00a0<\/span>10\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup>\u00a0o 10\u00a0<\/span>4<\/span><\/sup>\u00a0en la regi\u00f3n proporcional<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0El alto factor de amplificaci\u00f3n del contador proporcional es la principal ventaja sobre la c\u00e1mara de ionizaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

La recolecci\u00f3n de todos estos electrones producir\u00e1 una carga en los electrodos y un pulso el\u00e9ctrico a trav\u00e9s del circuito de detecci\u00f3n.\u00a0Cada pulso corresponde a un rayo gamma o interacci\u00f3n de part\u00edculas.\u00a0La altura del pulso es proporcional al n\u00famero de electrones originales producidos.\u00a0Pero en este caso, la altura del pulso se amplifica significativamente por el detector.\u00a0El factor de proporcionalidad en este caso es el factor de amplificaci\u00f3n de gas.\u00a0El n\u00famero de electrones producidos es proporcional a la energ\u00eda de la part\u00edcula incidente.\u00a0Por lo tanto, los contadores proporcionales son capaces de identificar part\u00edculas y medir la energ\u00eda (espectroscop\u00eda).\u00a0Las diferentes energ\u00edas de radiaci\u00f3n y los diferentes tipos de radiaci\u00f3n se pueden distinguir analizando la altura del pulso, ya que difieren significativamente en la ionizaci\u00f3n primaria (baja-LET versus alta-LET).<\/span><\/p>\n

La construcci\u00f3n de la c\u00e1mara de ionizaci\u00f3n difiere del contador proporcional.\u00a0Se prefiere el dise\u00f1o de placa plana para c\u00e1maras de ionizaci\u00f3n, o se pueden utilizar cilindros conc\u00e9ntricos en la construcci\u00f3n para permitir la integraci\u00f3n de los pulsos producidos por la radiaci\u00f3n incidente.\u00a0Los contadores proporcionales y los contadores Geiger generalmente utilizan cilindro y electrodo central.\u00a0El contador proporcional requerir\u00eda un control tan exacto del campo el\u00e9ctrico entre los electrodos que no ser\u00eda pr\u00e1ctico.<\/span><\/p>\n

Enfriamiento – Contadores proporcionales<\/span><\/h2>\n

En un contador proporcional, el gas de llenado de la c\u00e1mara es un gas inerte que se ioniza por radiaci\u00f3n incidente, y un gas de enfriamiento para asegurar que termina cada descarga de pulso;\u00a0Una mezcla com\u00fan es 90% de arg\u00f3n, 10% de metano, conocida como P-10.<\/span><\/p>\n

Por cada electr\u00f3n recogido en la c\u00e1mara, queda un ion de gas cargado positivamente.\u00a0Estos iones de gas son pesados \u200b\u200ben comparaci\u00f3n con un electr\u00f3n y se mueven mucho m\u00e1s lentamente.\u00a0Los electrones libres son mucho m\u00e1s livianos que los iones positivos, por lo tanto, son atra\u00eddos hacia el electrodo central positivo mucho m\u00e1s r\u00e1pido que los iones positivos hacia la pared de la c\u00e1mara.\u00a0La nube resultante de iones positivos cerca del electrodo conduce a distorsiones en la multiplicaci\u00f3n de gases.\u00a0Finalmente, los iones positivos se alejan del cable central cargado positivamente hacia la pared cargada negativamente y se neutralizan al obtener un electr\u00f3n.\u00a0En el proceso, se emite algo de energ\u00eda, lo que provoca una ionizaci\u00f3n adicional de los \u00e1tomos de gas.\u00a0Los electrones producidos por esta ionizaci\u00f3n se mueven hacia el cable central y se multiplican en el camino.\u00a0Este pulso de carga no est\u00e1 relacionado con la radiaci\u00f3n que se detectar\u00e1 y puede activar una serie de pulsos.\u00a0En la pr\u00e1ctica, la terminaci\u00f3n de la avalancha se mejora mediante el uso de \u00ab<\/span>t\u00e9cnicas de\u00a0enfriamiento<\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Las mol\u00e9culas de gas de enfriamiento tienen una afinidad m\u00e1s d\u00e9bil por los electrones que el gas de la c\u00e1mara;\u00a0por lo tanto, los \u00e1tomos ionizados del gas de la c\u00e1mara toman f\u00e1cilmente electrones de las mol\u00e9culas de gas de enfriamiento.\u00a0Por lo tanto, las mol\u00e9culas ionizadas de gas de enfriamiento alcanzan la pared de la c\u00e1mara en lugar del gas de la c\u00e1mara.\u00a0Las mol\u00e9culas ionizadas del gas de enfriamiento se neutralizan al obtener un electr\u00f3n, y la energ\u00eda liberada no causa m\u00e1s ionizaci\u00f3n, sino que provoca la disociaci\u00f3n de la mol\u00e9cula.<\/span><\/p>\n

Referencia especial:\u00a0<\/span><\/strong>Departamento de Energ\u00eda, Instrumentaci\u00f3n y Control de EE. UU.\u00a0DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 de 2. Junio \u200b\u200bde 1992.<\/span><\/strong><\/p>\n

Detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n alfa, beta y gamma mediante contador proporcional<\/span><\/h2>\n

Los contadores proporcionales<\/span><\/strong>\u00a0en forma de detectores planos de \u00e1rea grande se usan ampliamente para verificar\u00a0<\/span>la contaminaci\u00f3n radiactiva<\/span><\/a>en personal, superficies planas, herramientas y prendas de vestir.\u00a0Los contadores proporcionales se utilizan normalmente para detectar part\u00edculas alfa y beta, y pueden permitir la discriminaci\u00f3n entre ellos al proporcionar una salida de pulso proporcional a la energ\u00eda depositada en la c\u00e1mara por cada part\u00edcula.\u00a0Tienen una alta eficiencia para beta, pero m\u00e1s baja para alfa.\u00a0Para que las part\u00edculas alfa y beta sean detectadas por contadores proporcionales, deben estar provistas de una ventana delgada.\u00a0Esta \u00abventana final\u00bb debe ser lo suficientemente delgada para que las part\u00edculas alfa y beta puedan penetrar.\u00a0Sin embargo, una ventana de casi cualquier espesor evitar\u00e1 que una part\u00edcula alfa ingrese a la c\u00e1mara.\u00a0La ventana generalmente est\u00e1 hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1.5 – 2.0 mg \/ cm\u00a0<\/span>2<\/span><\/sup>\u00a0para permitir part\u00edculas beta de baja energ\u00eda (por ejemplo, de\u00a0<\/span>carbono-14<\/span><\/a>) para ingresar al detector.\u00a0La reducci\u00f3n de la eficiencia para alfa se debe al efecto de atenuaci\u00f3n de la ventana final, aunque la distancia desde la superficie que se est\u00e1 comprobando tambi\u00e9n tiene un efecto significativo, e idealmente una fuente de radiaci\u00f3n alfa deber\u00eda estar a menos de 10 mm del detector debido a la atenuaci\u00f3n en el aire.<\/span><\/p>\n

Los rayos gamma tienen muy pocos problemas para penetrar las paredes met\u00e1licas de la c\u00e1mara.\u00a0Por lo tanto, se pueden usar contadores proporcionales para detectar la radiaci\u00f3n gamma y los rayos X (tubos de pared delgada) conocidos colectivamente como fotones, y para esto se usa el tubo sin ventanas.<\/span><\/p>\n

El principal inconveniente de usar contadores proporcionales en instrumentos port\u00e1tiles es que requieren una fuente de alimentaci\u00f3n y un amplificador muy estables para garantizar condiciones de operaci\u00f3n constantes (en el medio de la regi\u00f3n proporcional).\u00a0Esto es dif\u00edcil de proporcionar en un instrumento port\u00e1til, y es por eso que los contadores proporcionales tienden a usarse m\u00e1s en instrumentos fijos o de laboratorio.<\/span><\/p>\n

Contador proporcional – Espectroscop\u00eda<\/span><\/h3>\n

En general, los espectroscopios son dispositivos dise\u00f1ados para medir la distribuci\u00f3n de potencia espectral de una fuente.\u00a0La radiaci\u00f3n incidente genera una se\u00f1al que permite determinar la energ\u00eda de la part\u00edcula incidente.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Fuente: wikipedia.org Licencia: Dominio p\u00fablico<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

En\u00a0<\/span>contadores proporcionales<\/span><\/strong>\u00a0, el n\u00famero de electrones producidos es proporcional a la energ\u00eda y al tipo de part\u00edcula incidente.\u00a0Por lo tanto, los contadores proporcionales son capaces de identificar part\u00edculas y medir la energ\u00eda (espectroscop\u00eda).\u00a0Se pueden distinguir diferentes energ\u00edas de radiaci\u00f3n y diferentes tipos de radiaci\u00f3n analizando la altura del pulso, ya que difieren significativamente en la ionizaci\u00f3n primaria (baja-LET versus alta-LET).\u00a0Los contadores proporcionales pueden usarse, por ejemplo, para analizar un\u00a0<\/span>espectro de radiaciones alfa<\/span><\/strong>\u00a0o un\u00a0<\/span>espectro de part\u00edculas beta<\/span><\/strong><\/a>.\u00a0Sin embargo, la resoluci\u00f3n energ\u00e9tica de un contador proporcional es limitada porque tanto el evento de ionizaci\u00f3n inicial como el evento de ‘multiplicaci\u00f3n’ posterior est\u00e1n sujetos a fluctuaciones estad\u00edsticas caracterizadas por una desviaci\u00f3n est\u00e1ndar igual a la ra\u00edz cuadrada del n\u00famero promedio formado.<\/span><\/p>\n

Se puede usar un contador proporcional esf\u00e9rico de gran volumen para las mediciones de neutrones.\u00a0El\u00a0gas\u00a0puro N\u00a0<\/span>2<\/span><\/sub>\u00a0se estudia para\u00a0<\/span>la<\/span><\/a>\u00a0detecci\u00f3n\u00a0t\u00e9rmica y\u00a0r\u00e1pida de neutrones<\/a>\u00a0, proporcionando una nueva forma de espectroscop\u00eda de neutrones.\u00a0Los neutrones se detectan a trav\u00e9s de las\u00a0reacciones\u00a0<\/span>14<\/span><\/sup>\u00a0N (n, p)\u00a0<\/span>14<\/span><\/sup>\u00a0C<\/span><\/strong>\u00a0y\u00a0<\/span>14<\/span><\/sup>\u00a0N (n, \u03b1)\u00a0<\/span>11<\/span><\/sup>\u00a0B.<\/span><\/strong><\/p>\n

Debe tenerse en cuenta que, para la espectrometr\u00eda gamma, los detectores m\u00e1s comunes incluyen contadores de centelleo de yoduro de sodio (NaI) y detectores de germanio de alta pureza.<\/span><\/p>\n

C\u00e1mara proporcional de cables m\u00faltiples – MWPC<\/span><\/h3>\n

Una\u00a0<\/span>c\u00e1mara proporcional de varios cables<\/span><\/strong>\u00a0es un tipo de contador proporcional utilizado especialmente en f\u00edsica de part\u00edculas de alta energ\u00eda para detectar part\u00edculas cargadas y fotones y puede proporcionar informaci\u00f3n posicional sobre su trayectoria.\u00a0Este dispositivo fue desarrollado por Georges Charpak y sus colaboradores.\u00a0Esta invenci\u00f3n lo llev\u00f3 a ganar el Premio Nobel de F\u00edsica en 1992. La c\u00e1mara de cables m\u00faltiples utiliza una serie de cables de alto voltaje (\u00e1nodo), que atraviesan una c\u00e1mara con paredes conductoras mantenidas a potencial de tierra (c\u00e1todo).\u00a0El principio es tener un plano de alambres an\u00f3dicos posicionados con precisi\u00f3n, con separaciones de alambres t\u00edpicos de aproximadamente 2 mm.\u00a0Al calcular los pulsos de todos los cables, se puede encontrar la trayectoria de las part\u00edculas.<\/span><\/p>\n

Detecci\u00f3n de neutrones usando el contador proporcional<\/span><\/h3>\n

Como los neutrones son\u00a0<\/span>part\u00edculas el\u00e9ctricamente neutras,<\/span><\/strong>\u00a0est\u00e1n sujetos principalmente a fuertes fuerzas nucleares pero no a fuerzas el\u00e9ctricas.\u00a0Por lo tanto, los neutrones\u00a0<\/span>no<\/span><\/strong>\u00a0son\u00a0directamente ionizantes<\/strong>\u00a0y generalmente tienen que\u00a0<\/span>convertirse<\/span><\/strong>\u00a0en part\u00edculas cargadas antes de que puedan detectarse.\u00a0En general, cada tipo de detector de neutrones debe estar equipado con un convertidor (para convertir la radiaci\u00f3n de neutrones en radiaci\u00f3n detectable com\u00fan) y uno de los detectores de radiaci\u00f3n convencionales (detector de centelleo, detector gaseoso, detector de semiconductores, etc.).<\/span><\/p>\n

Los contadores proporcionales a menudo se usan como dispositivo de detecci\u00f3n de part\u00edculas cargadas.\u00a0En las centrales nucleares, los\u00a0contadores proporcionales\u00a0llenos de gas (BF\u00a0<\/span>3<\/span><\/sub>\u00a0) se utilizan normalmente como detectores de rango de fuente.\u00a0Estos detectores utilizan el trifluoruro de boro gaseoso (BF\u00a0<\/span>3<\/span><\/sub>\u00a0) en lugar de aire en la c\u00e1mara.\u00a0Los neutrones entrantes producen part\u00edculas alfa cuando reaccionan con los \u00e1tomos de boro en el gas detector.\u00a0La mayor\u00eda de las reacciones (n, alfa) de los neutrones t\u00e9rmicos son reacciones\u00a0<\/span>10B (n, alfa) 7Li<\/span><\/strong>\u00a0acompa\u00f1adas de una\u00a0<\/span>emisi\u00f3n gamma de<\/span><\/a>\u00a00.48 MeV\u00a0.<\/span><\/p>\n

\"(n,<\/a><\/p>\n

Adem\u00e1s, el is\u00f3topo\u00a0<\/span>boro-10<\/span><\/a>\u00a0tiene una secci\u00f3n transversal de reacci\u00f3n alta (n, alfa) a lo largo de todo\u00a0<\/span>el espectro de energ\u00eda de neutrones<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0La part\u00edcula alfa causa ionizaci\u00f3n dentro de la c\u00e1mara, y los electrones expulsados \u200b\u200bcausan m\u00e1s ionizaciones secundarias.<\/span><\/p>\n

La salida del contador proporcional tiene la forma de un pulso por cada evento ionizante;\u00a0por lo tanto, hay una serie de pulsos aleatorios que var\u00edan en magnitud y representan eventos de ionizaci\u00f3n de neutrones y gamma.\u00a0La altura del pulso puede ser solo de unos pocos milivoltios, que es demasiado baja para usarse directamente sin amplificaci\u00f3n.\u00a0El discriminador excluye el paso de pulsos que son inferiores a un nivel predeterminado.\u00a0La funci\u00f3n del discriminador es excluir el ruido y los pulsos gamma que son de menor magnitud que los pulsos de neutrones.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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