¿Qué es la cámara de ionización versus el contador proporcional? Definición

En general, la cámara de ionización y también el contador proporcional son tipos de detectores de ionización gaseosa. Las cámaras de ionización pueden funcionar en modo actual o de pulso. En contraste, los contadores proporcionales casi siempre se usan en modo de pulso. Dosimetría de radiación

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

Al igual que con otros detectores, las cámaras de ionización pueden funcionar en modo de corriente o pulso. En contraste, los contadores proporcionales o los contadores Geiger casi siempre se usan en modo de pulso. Los detectores de radiación ionizante se pueden usar 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.

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 de modo que las condiciones correspondan a la región de ionización . El voltaje no es lo suficientemente alto como para producir amplificación de gas (ionización secundaria).

Ventajas de las cámaras de ionización

Modo actual. Las cámaras de ionización se prefieren 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 amplificación inherente de la señal en el medio operativo y, por lo tanto, este tipo de contadores no requieren mucho tiempo para recuperarse de las grandes corrientes. Además, debido a que no hay amplificación, proporcionan una excelente resolución energética, que está limitada principalmente por el ruido electrónico. Las cámaras de ionización pueden funcionar en modo actual o de pulso. En contraste, los contadores proporcionales o los contadores Geiger casi siempre se usan en modo de pulso. Los detectores de radiación ionizante se pueden usar 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 garantiza que los iones no se acumulen en los aisladores y causen una distorsión del campo eléctrico.
Simplicidad . 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 utilizar fuentes de alimentación menos reguladas y, por lo tanto, menos costosas y más portátiles con instrumentos de cámara de iones, y aún así ofrecer una respuesta razonablemente precisa.
Detección de neutrones . En los reactores nucleares, las cámaras de ionización en modo actual a menudo se utilizan para detectar neutrones y pertenecen al Sistema de Instrumentación Nuclear (NIS) . Por ejemplo, si la superficie interna de la cámara de ionización está recubierta con una capa delgada de boro, la reacción (n, alfa) puede tener lugar. 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 de neutrones. 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 trifluoruro de boro gaseoso (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 dos métodos puede usarse 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 a una intensidad de campo eléctrico baja, seleccionada de tal manera que no se produzca la multiplicación de gases. La carga recolectada (señal de salida) es independiente del voltaje aplicado y para las partículas únicas de ionización mínima tiende a ser bastante pequeña y generalmente requiere amplificadores especiales de bajo ruido para lograr un rendimiento operativo eficiente. En el aire, la energía promedio necesaria para producir un ion es de aproximadamente 34 eV, por lo tanto, una radiación de 1 MeV completamente absorbida en el detector produce aproximadamente 3 x 10 ⁴ pares de iones . Sin embargo, es una señal pequeña, esta señal puede amplificarse considerablemente usando electrónica estándar. Una corriente de 1 microamperio consta de aproximadamente 10 ¹² electrones por segundo.
Baja Densidad . 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 las cámaras de ionización, deben estar provistas de una ventana delgada . Esta «ventana final» debe ser lo suficientemente delgada para que las partículas alfa y beta puedan penetrar. Sin embargo, una ventana de casi cualquier espesor evitará que una partícula alfa ingrese a la cámara. La ventana generalmente está hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1.5 – 2.0 mg / cm ² .

Contador proporcional

Un contador proporcional , también conocido como detector proporcional , es un dispositivo eléctrico que detecta varios tipos de radiación ionizante. El voltaje del detector se ajusta de modo que las condiciones correspondan a la región proporcional . En esta región, el voltaje es lo suficientemente alto como para proporcionar a los electrones primarios suficiente aceleración y energía para que puedan ionizar átomos adicionales del medio. Estos iones secundarios ( amplificación de gas ) formados también se aceleran causando un efecto conocido como avalanchas de Townsend , que crea un solo pulso eléctrico grande.

Ventajas de los contadores proporcionales

La amplificación . Los contadores proporcionales gaseosos generalmente operan en campos eléctricos altos del orden de 10 kV / cm y alcanzan factores de amplificación típicos de aproximadamente 10 ⁵ . Dado que el factor de amplificación depende en gran medida del voltaje aplicado, la carga recogida (señal de salida) también depende del voltaje aplicado y los contadores proporcionales requieren un voltaje constante. El alto factor de amplificación del contador proporcional es la principal ventaja sobre la cámara de ionización.
Sensibilidad . El proceso de amplificación de carga mejora enormemente la relación señal / ruido del detector y reduce la subsiguiente amplificación electrónica requerida. Dado que el proceso de amplificación de carga mejora en gran medida la relación señal / ruido del detector, la amplificación electrónica posterior generalmente no es necesaria. Los instrumentos de detección de contador proporcional son muy sensibles a los bajos niveles de radiación. Además, al medir la salida de corriente, un detector proporcional es útil para las tasas de dosis
ya que la señal de salida es proporcional a la energía depositada por la ionización y, por lo tanto, proporcional a la tasa de dosis.
Espectroscopía . Mediante arreglos funcionales adecuados, modificaciones y polarización, el contador proporcional se puede utilizar para detectar radiación alfa, beta, gamma o de neutrones en campos de radiación mixtos. Además, los contadores proporcionales son capaces de identificar partículas y medir la energía (espectroscopía). La altura del pulso refleja la energía depositada por la radiación incidente en el gas detector. Como tal, es posible distinguir los pulsos más grandes producidos por partículas alfa de los pulsos más pequeños producidos por partículas beta o rayos gamma .

Desventajas de los contadores proporcionales

Tensión constante . Cuando los instrumentos se operan en la región proporcional, el voltaje debe mantenerse constante . Si un voltaje permanece constante, el factor de amplificación de gas tampoco cambia. El principal inconveniente de usar contadores proporcionales en instrumentos portátiles es que requieren una fuente de alimentación y un amplificador muy estables para garantizar condiciones de funcionamiento constantes (en el medio de la región proporcional). Esto es difícil de proporcionar en un instrumento portátil, y es por eso que los contadores proporcionales tienden a usarse más en instrumentos fijos o de laboratorio.
El enfriamiento rápido . Por cada electrón recogido en la cámara, queda un ion de gas cargado positivamente. Estos iones de gas son pesados en comparación con un electrón y se mueven mucho más lentamente. Los electrones libres son mucho más livianos que los iones positivos, por lo tanto, son atraídos hacia el electrodo central positivo mucho más rápido que los iones positivos hacia la pared de la cámara. La nube resultante de iones positivos cerca del electrodo conduce a distorsiones en la multiplicación de gases. En la práctica, la terminación de la avalancha se mejora mediante el uso de técnicas de « enfriamiento «.

Detectores de ionización gaseosa - Regiones — Este diagrama muestra el número de pares de iones generados en el detector lleno de gas, que varía según el voltaje aplicado para la radiación incidente constante. Los voltajes pueden variar ampliamente dependiendo de la geometría del detector y el tipo de gas y la presión. Esta figura indica esquemáticamente las diferentes regiones de voltaje para los rayos alfa, beta y gamma. Hay seis principales regiones operativas prácticas, donde tres (ionización, proporcional y región de Geiger-Mueller) son útiles para detectar la radiación ionizante. Las partículas alfa son más ionizantes que las partículas beta y los rayos gamma, por lo que se produce más corriente en la región de la cámara de iones por alfa que beta y gamma, pero las partículas no se pueden diferenciar. Se produce más corriente en la región de conteo proporcional por partículas alfa que beta, pero por la naturaleza del conteo proporcional es posible diferenciar pulsos alfa, beta y gamma. En la región de Geiger, no hay diferenciación de alfa y beta, ya que cualquier evento de ionización en el gas produce la misma salida de corriente.

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