Um contador proporcional , também conhecido como detector proporcional , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região proporcional . Nesta região, a voltagem é alta o suficiente para fornecer aos elétrons primários aceleração e energia suficientes para que eles possam ionizar átomos adicionais do meio. Esses íons secundários ( amplificação de gás ) formados também são acelerados, causando um efeito conhecido como avalanches de Townsend , que cria um único pulso elétrico grande.
Vantagens dos contadores proporcionais
- Amplificação . Os contadores proporcionais gasosos geralmente operam em campos elétricos altos da ordem de 10 kV / cm e atingem fatores de amplificação típicos de cerca de 10 5 . Como o fator de amplificação depende fortemente da tensão aplicada, a carga coletada (sinal de saída) também depende da tensão aplicada e os contadores proporcionais exigem tensão constante. O alto fator de amplificação do contador proporcional é a principal vantagem sobre a câmara de ionização.
- Sensibilidade . O processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector e reduz a amplificação eletrônica subsequente necessária. Como o processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector, a amplificação eletrônica subsequente geralmente não é necessária. Os instrumentos proporcionais de detecção de contadores são muito sensíveis a baixos níveis de radiação. Além disso, ao medir a saída de corrente, um detector proporcional é útil para taxas de dose,
uma vez que o sinal de saída é proporcional à energia depositada pela ionização e,
portanto, proporcional à taxa de dose. -
Este diagrama mostra o número de pares de íons gerados no detector a gás, que varia de acordo com a tensão aplicada à radiação incidente constante. As tensões podem variar amplamente, dependendo da geometria do detector e do tipo e pressão do gás. Esta figura indica esquematicamente as diferentes regiões de tensão dos raios alfa, beta e gama. Existem seis principais regiões operacionais práticas, onde três (ionização, região proporcional e Geiger-Mueller) são úteis para detectar radiação ionizante. As partículas alfa são mais ionizantes que as partículas beta e os raios gama; portanto, mais corrente é produzida na região da câmara de íons por alfa do que beta e gama, mas as partículas não podem ser diferenciadas. Mais corrente é produzida na região de contagem proporcional por partículas alfa que beta, mas, pela natureza da contagem proporcional, é possível diferenciar os pulsos alfa, beta e gama. Na região de Geiger, não há diferenciação de alfa e beta, pois qualquer evento de ionização isolado no gás resulta na mesma saída de corrente. Espectroscopia . Por arranjos funcionais adequados, modificações e polarização, o contador proporcional pode ser usado para detectar radiação alfa, beta, gama ou nêutron em campos de radiação mista. Além disso, os contadores proporcionais são capazes de identificar partículas e medir energia (espectroscopia). A altura do pulso reflete a energia depositada pela radiação incidente no gás do detector. Como tal, é possível distinguir os pulsos maiores produzidos por partículas alfa dos pulsos menores produzidos por partículas beta ou raios gama .
Desvantagens dos contadores proporcionais
- Tensão constante . Quando os instrumentos são operados na região proporcional, a tensão deve ser mantida constante . Se uma tensão permanecer constante, o fator de amplificação do gás também não muda. A principal desvantagem do uso de contadores proporcionais em instrumentos portáteis é que eles exigem uma fonte de alimentação e um amplificador muito estáveis para garantir condições operacionais constantes (no meio da região proporcional). Isso é difícil de fornecer em um instrumento portátil, e é por isso que os contadores proporcionais tendem a ser mais utilizados em instrumentos fixos ou de laboratório.
- Têmpera. Para cada elétron coletado na câmara, resta um íon de gás carregado positivamente. Esses íons gasosos são pesados em comparação com um elétron e se movem muito mais lentamente. Os elétrons livres são muito mais leves que os íons positivos; portanto, eles são atraídos para o eletrodo central positivo muito mais rapidamente do que os íons positivos são atraídos para a parede da câmara. A nuvem resultante de íons positivos próximos ao eletrodo leva a distorções na multiplicação de gases. Eventualmente, os íons positivos se afastam do fio central com carga positiva para a parede com carga negativa e são neutralizados através da obtenção de um elétron. No processo, parte da energia é liberada, o que causa ionização adicional dos átomos de gás. Os elétrons produzidos por essa ionização se movem em direção ao fio central e são multiplicados no caminho. Esse pulso de carga não está relacionado à radiação a ser detectada e pode acionar uma série de pulsos. Na prática, o término da avalanche é aprimorado pelo uso de “extinção ”.
Referência especial: Departamento de Energia, Instrumantação e Controle dos EUA. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2, de 2 de junho de 1992.
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