El contador Geiger y también la cámara de ionización – Definición

En general, el contador Geiger y también la cámara de ionización son tipos de  detectores de ionización gaseosa. Estos se pueden clasificar según el voltaje aplicado al detector:

• cámaras de ionización ,
• contadores proporcionales ,
• Contadores Geiger-Müller .

Al igual que con otros detectores, las cámaras de ionización pueden funcionar en modo de corriente o de pulso. Por el contrario, los contadores proporcionales o contadores Geiger casi siempre se utilizan en modo de pulso. Los detectores de radiación ionizante se pueden utilizar tanto para medir la actividad como para medir la dosis . Con el conocimiento sobre la energía necesaria para formar un par de iones, se puede obtener la dosis.

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Contador Geiger

El contador Geiger , también conocido como contador Geiger-Mueller , es un dispositivo eléctrico que detecta varios tipos de radiación ionizante . Este dispositivo lleva el nombre de los dos físicos que inventaron el contador en 1928. Mueller fue alumno de Hans Geiger.  El contador Geiger se usa ampliamente en aplicaciones como la dosimetría de radiación, la protección radiológica , la física experimental y la industria nuclear. Un contador Geiger consta de un tubo Geiger-Müller (el elemento sensor que detecta la radiación) y la electrónica de procesamiento, que muestra el resultado.

El contador Geiger puede detectar radiaciones ionizantes como partículas alfa  y  beta ,  neutrones y  rayos gamma  utilizando el efecto de ionización producido en un tubo Geiger-Müller, que da nombre al instrumento. El voltaje del detector se ajusta para que las condiciones correspondan a la región de Geiger-Mueller .

Ventajas del contador Geiger-Mueller

• Alta amplificación . Estas avalanchas producen una señal fuerte (el factor de amplificación puede alcanzar aproximadamente 10 ¹⁰ ) con forma y altura independientemente de la ionización primaria y la energía del fotón detectado. El pulso de voltaje en este caso sería un ≈ 1.6 V grande y fácilmente detectable. La ventaja técnica de un contador Geiger es su simplicidad de construcción y su insensibilidad a pequeñas fluctuaciones de voltaje. Dado que el proceso de amplificación de carga mejora en gran medida la relación señal / ruido del detector, normalmente no se requiere la posterior amplificación electrónica.
• Sencillez . Los contadores GM se utilizan principalmente para instrumentación portátil debido a su sensibilidad, circuito de conteo simple y capacidad para detectar radiación de bajo nivel. Los detectores GM son generalmente más sensibles a las radiaciones de baja energía y baja intensidad que los detectores proporcionales o de cámara de iones.
• Electrónica más sencilla . Los detectores GM se pueden usar con paquetes electrónicos más simples. La
  sensibilidad de entrada de un instrumento topográfico típico de GM es de 300 a 800 milivoltios, mientras que la
  sensibilidad de entrada de un instrumento topográfico proporcional típico es de 2 milivoltios.

Desventajas del contador Geiger-Mueller

• Sin identificación de partículas, sin resolución energética . Dado que la altura del pulso es independiente del tipo y la energía de la radiación, la discriminación no es posible. No existe información alguna sobre la naturaleza de la ionización que provocó el pulso. Los detectores de transgénicos no pueden discriminar contra diferentes tipos de radiación (α, β, γ), ni contra diversas energías de radiación. Esto se debe a que el tamaño de la avalancha es independiente de la ionización primaria que la creó.
• Tiempo muerto . Debido a la gran avalancha inducida por cualquier ionización, un contador Geiger tarda mucho tiempo (aproximadamente 1 ms) en recuperarse entre pulsos sucesivos. Por lo tanto, los contadores Geiger no pueden medir altas tasas de radiación debido al » tiempo muerto » del tubo.

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Cámara de ionización

La cámara de ionización , también conocida como  cámara de iones , es un dispositivo eléctrico que detecta varios tipos de  radiación ionizante . El voltaje del detector se ajusta para que las condiciones correspondan a la  región de ionización . El voltaje no es lo suficientemente alto para producir amplificación de gas (ionización secundaria). 

Ventajas de las cámaras de ionización

• Modo actual.  Se prefieren las  cámaras de ionización para altas tasas de dosis de radiación  porque no tienen «tiempo muerto», un fenómeno que afecta la precisión del tubo Geiger-Mueller a altas tasas de dosis. Esto se debe al hecho de que no hay una amplificación inherente de la señal en el medio operativo y, por lo tanto, estos tipos de contadores no requieren mucho tiempo para recuperarse de grandes corrientes. Además, debido a que no hay amplificación, proporcionan una excelente resolución de energía, que está limitada principalmente por el ruido electrónico. Las cámaras de ionización pueden funcionar en  modo de corriente o de pulso. Por el contrario, los contadores proporcionales o contadores Geiger casi siempre se utilizan en modo de pulso. Los detectores de radiación ionizante se pueden utilizar tanto para medir la actividad como para medir la dosis. Con el conocimiento sobre la energía necesaria para formar un par de iones, se puede obtener la dosis. Se  prefiere el diseño de placa plana  porque tiene un volumen activo bien definido y asegura que los iones no se acumulen en los aisladores y provoquen una distorsión del campo eléctrico.
• Sencillez . La corriente de salida es independiente del voltaje de funcionamiento del detector. Observe la región plana de la curva en la región de la cámara de iones. Como resultado, se pueden usar fuentes de alimentación menos reguladas y, por lo tanto, menos costosas y más portátiles con instrumentos de cámara de iones, y aún ofrecer una respuesta razonablemente precisa.
• Detección de neutrones . En los reactores nucleares, las cámaras de ionización en modo actual se utilizan a menudo para detectar neutrones y pertenecen al Sistema de Instrumentación Nuclear (NIS) . Por ejemplo, si la superficie interior de la cámara de ionización está recubierta con una fina capa de boro, puede tener lugar la reacción (n, alfa). La mayoría de las reacciones (n, alfa) de los neutrones térmicos son reacciones  10B (n, alfa) 7Li  acompañadas de una emisión gamma de 0,48 MeV  . Además, el isótopo boro-10 tiene una sección transversal de reacción alta (n, alfa) a lo largo de todo  el espectro de energía neutrónica.. La partícula alfa causa ionización dentro de la cámara y los electrones expulsados ​​causan más ionizaciones secundarias. Otro método para detectar neutrones usando una cámara de ionización es usar el gas  trifluoruro de boro  (BF ₃ ) en lugar de aire en la cámara. Los neutrones entrantes producen partículas alfa cuando reaccionan con los átomos de boro en el gas detector. Cualquiera de los métodos se puede utilizar para detectar neutrones en un reactor nuclear.

Desventajas de las cámaras de ionización

• Sin amplificación de carga . Los detectores en la región de ionización funcionan con una intensidad de campo eléctrica baja, seleccionada de modo que no se produzca una multiplicación de gas. La carga recolectada (señal de salida) es independiente del voltaje aplicado y para las partículas de ionización mínima individuales tiende a ser bastante pequeña y generalmente requiere amplificadores especiales de bajo ruido para lograr un rendimiento operativo eficiente. En el aire, la energía media necesaria para producir un ion es de aproximadamente 34 eV, por lo tanto una radiación de 1 MeV completamente absorbido en el detector produce alrededor de  3 x 10 ⁴  par de iones . Sin embargo, es una señal pequeña, esta señal se puede amplificar considerablemente usando electrónica estándar. Una corriente de 1 microamperio consta de aproximadamente 10 ¹²  electrones por segundo.
• Densidad baja . Los rayos gamma depositan una cantidad de energía significativamente menor en el detector que otras partículas. La eficiencia de la cámara se puede aumentar aún más mediante el uso de un gas a alta presión.
• Para que  las partículas alfa  y  beta  sean detectadas por cámaras de ionización, deben estar provistas de una  ventana delgada . Esta “ventana final” debe ser lo suficientemente delgada para que penetren las partículas alfa y beta. Sin embargo, una ventana de casi cualquier grosor evitará que una partícula alfa entre en la cámara. La ventana suele estar hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1,5 – 2,0 mg / cm ² .

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