Nick Connor

A relação entre a tensão aplicada e a altura do pulso em um detector é muito complexa. A altura do pulso e o número de pares de íons coletados estão diretamente relacionados. Como foi escrito, as tensões podem variar amplamente, dependendo da geometria do detector e do tipo e pressão do gás. A figura indica esquematicamente as diferentes regiões de tensão dos raios alfa, beta e gama. Existem seis principais regiões operacionais práticas, onde três (ionização, proporcional e região de Geiger-Mueller) são úteis para detectar radiação ionizante. Essas regiões são mostradas abaixo. A curva alfa é mais alta que a curva beta e gama da região de recombinação para parte da região de proporcionalidade limitada devido ao maior número de pares de íons produzidos pela reação inicial da radiação incidente.

Região de Geiger-Mueller

Na região de Geiger-Mueller, a tensão e, portanto, o campo elétrico são tão fortes que podem ocorrer avalanches secundárias. Essas avalanches podem ser desencadeadas e propagadas por fótons emitidos por átomos excitados na avalanche original. Como esses fótons não são afetados pelo campo elétrico, eles podem interagir longe (por exemplo, lateralmente ao eixo) da avalanche primária, todo o tubo Geiger está participando do processo. Um sinal forte (o fator de amplificação pode atingir cerca de 10 ¹⁰) é produzido por essas avalanches com forma e altura, independentemente da ionização primária e da energia do fóton detectado. Os detectores, que são operados na região de Geiger-Mueller, são capazes de detectar raios gama e também de todos os tipos de partículas carregadas que podem entrar no detector. Esses detectores são conhecidos como contadores Geiger . A principal vantagem desses instrumentos é que eles geralmente não requerem nenhum amplificador de sinal. Como os íons positivos não se afastam da região da avalanche, uma nuvem de íons carregada positivamente perturba o campo elétrico e encerra o processo da avalanche. Na prática, o término da avalanche é melhorado pelo uso de “ extinção”Técnicas. Ao contrário dos contadores proporcionais, a energia ou mesmo as partículas de radiação incidente não podem ser distinguidas pelos contadores Geiger, pois o sinal de saída é independente da quantidade e do tipo de ionização original.

A relação entre a tensão aplicada e a altura do pulso em um detector é muito complexa. A altura do pulso e o número de pares de íons coletados estão diretamente relacionados. Como foi escrito, as tensões podem variar amplamente, dependendo da geometria do detector e do tipo e pressão do gás. A figura indica esquematicamente as diferentes regiões de tensão dos raios alfa, beta e gama. Existem seis principais regiões operacionais práticas, onde três (ionização, proporcional e região de Geiger-Mueller) são úteis para detectar radiação ionizante. Essas regiões são mostradas abaixo. A curva alfa é mais alta que a curva beta e gama da região de recombinação para parte da região de proporcionalidade limitada devido ao maior número de pares de íons produzidos pela reação inicial da radiação incidente.

Região proporcional limitada

Na região proporcional limitada, o fator de amplificação do gás não continua aumentando proporcionalmente à tensão. Ionizações adicionais e efeitos não lineares causam que não haja proporcionalidade do sinal de saída para a energia depositada em uma dada tensão aplicada. O campo elétrico na câmara está distorcido devido à alta concentração de íons positivos. 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. Essa região geralmente é evitada como uma região de detecção.

Materiais de Cintilação – Cintiladores

Cintiladores são tipos de materiais que fornecem fótons detectáveis ​​na parte visível do espectro da luz, após a passagem de uma partícula carregada ou de um fóton. O cintilador consiste em um cristal transparente , geralmente um fósforo, plástico ou líquido orgânico que fluorescente quando atingido por radiação ionizante. O cintilador também deve ser transparente às suas próprias emissões de luz e deve ter um curto período de decaimento. O cintilador também deve ser protegido contra toda a luz ambiente, para que os fótons externos não inundem os eventos de ionização causados ​​pela radiação incidente. Para conseguir isso, uma película fina e opaca, como o mylar aluminizado, é frequentemente usada, embora deva ter uma massa baixa o suficiente para minimizar a atenuação indevida da radiação incidente sendo medida.

Existem basicamente dois tipos de cintiladores em uso comum na física nuclear e de partículas: cintiladores orgânicos ou plásticos e cintiladores inorgânicos ou cristalinos.

Cintiladores Inorgânicos

Cintiladores inorgânicos são geralmente cristais cultivados em fornos de alta temperatura. Eles incluem iodeto de lítio (LiI), iodeto de sódio (NaI) , iodeto de césio (CsI) e sulfeto de zinco (ZnS). O material de cintilação mais utilizado é o NaI (Tl) (iodeto de sódio dopado com tálio). O iodo fornece a maior parte do poder de parada do iodeto de sódio (já que possui um alto Z = 53). Estes cintiladores cristalinos são caracterizados por alta densidade, elevado número atómico, e tempos de decaimento do pulso de cerca de 1 microssegundo ( ~ 10 ^-6 seg) A cintilação em cristais inorgânicos é tipicamente mais lenta que nos orgânicos. Eles exibem alta eficiência na detecção de raios gama e são capazes de lidar com altas taxas de contagem. Os cristais inorgânicos podem ser cortados em tamanhos pequenos e dispostos em uma configuração de matriz para fornecer sensibilidade à posição. Esse recurso é amplamente utilizado em imagens médicas para detectar raios-X ou raios gama . Os cintiladores inorgânicos são melhores na detecção de raios gama e raios X do que os cintiladores orgânicos. Isto é devido à sua alta densidade e número atômico, o que fornece uma alta densidade de elétrons. Uma desvantagem de alguns cristais inorgânicos, por exemplo, NaI, é a higroscopicidade, uma propriedade que exige que sejam alojados em um recipiente hermético para protegê-los da umidade.

Cintiladores de iodeto de sódio dopado com tálio – NaI (Tl)

O material de cintilação mais utilizado é o NaI (Tl) (iodeto de sódio dopado com tálio) . NaI (Tl) como cintilador é usado em detectores de cintilação, tradicionalmente em medicina nuclear, geofísica, física nuclear e medições ambientais. O iodo fornece a maior parte do poder de parada do iodeto de sódio (já que possui um alto Z = 53). Estes cintiladores cristalinos são caracterizados por alta densidade, elevado número atómico, e tempos de decaimento do pulso de cerca de 1 microssegundo (~ 10 ^-6 seg). O comprimento de onda da emissão máxima é de 415 nm. A cintilação em cristais inorgânicos é tipicamente mais lenta que nos orgânicos. Eles exibem alta eficiência na detecção de raios gama e são capazes de lidar com altas taxas de contagem. Os cristais inorgânicos podem ser cortados em tamanhos pequenos e dispostos em uma configuração de matriz para fornecer sensibilidade à posição. Esse recurso é amplamente utilizado em imagens médicas para detectar raios-X ou raios gama. Cintiladores inorgânicos são melhores na detecção de raios gama e raios-X. Isto é devido à sua alta densidade e número atômico, o que fornece uma alta densidade de elétrons. Uma desvantagem de alguns cristais inorgânicos, por exemplo, NaI, é a higroscopicidade, uma propriedade que exige que eles sejam alojados em um recipiente hermético para protegê-los da umidade. Os cristais são geralmente acoplados a um tubo fotomultiplicador, em um conjunto hermeticamente fechado.

Cintiladores de Iodeto de Césio e CsI (Tl) dopados com tálio

O iodeto de césio (CsI) na forma cristalina é usado como cintilador para a detecção de prótons e partículas alfa . O CsI puro é um material cintilante rápido e denso com rendimento de luz relativamente baixo que aumenta significativamente com o resfriamento. As desvantagens de CsI são um gradiente de alta temperatura e uma ligeira higroscopicidade.

O iodeto de césio dopado com tálio possui um número atômico efetivo de 54 e uma densidade de 4,51 g / cm ³ . O CsI (TI) também é higroscópico e não deve ser submetido a alta umidade ou água. O CsI (TI) possui tempos de decaimento diferentes para diferentes partículas (680ns e 3340ns) e pode ser usado para determinar entre diferentes tipos de radiação. O espectro de emissão tem um pico de 540-560 nm.

Cintiladores orgânicos

Cintiladores orgânicos são tipos de materiais orgânicos que fornecem fótons detectáveis ​​na parte visível do espectro da luz, após a passagem de uma partícula carregada ou de um fóton. O mecanismo de cintilação em materiais orgânicos é bastante diferente do mecanismo em cristais inorgânicos. Em cintiladores inorgânicos, por exemplo NaI, CsI, a cintilação surge devido à estrutura da rede cristalina. O mecanismo de fluorescência em materiais orgânicos decorre de transições nos níveis de energia de uma única molécula e, portanto, a fluorescência pode ser observada independentemente do estado físico (vapor, líquido, sólido).

Em geral, os cintiladores orgânicos têm tempos de decaimento rápidos (normalmente de 10 a ⁸ segundos ), enquanto os cristais inorgânicos são geralmente muito mais lentos (cerca de 10 a ⁶ segundos), embora alguns também tenham componentes rápidos em sua resposta. Existem três tipos de cintiladores orgânicos:

• Cristais orgânicos puros . Cristais orgânicos puros incluem cristais de antraceno, estilbeno e naftaleno. O tempo de decaimento desse tipo de fósforo é de aproximadamente 10 nanossegundos. Este tipo de cristal é freqüentemente usado na detecção de partículas beta . Eles são muito duráveis, mas sua resposta é anisotrópica (que prejudica a resolução de energia quando a fonte não é colimada) e não pode ser usinada com facilidade, nem pode ser cultivada em tamanhos grandes. Portanto, eles não são usados ​​com muita frequência.
• Soluções orgânicas líquidas . Soluções orgânicas líquidas são produzidas dissolvendo um cintilador orgânico em um solvente.
• Cintiladores de plástico . Os fósforos plásticos são produzidos adicionando produtos químicos de cintilação a uma matriz plástica. A constante de decaimento é o menor dos três tipos de fósforo, chegando a 1 ou 2 nanossegundos. Os cintiladores de plástico são, portanto, mais apropriados para uso em ambientes de alto fluxo e em medições de alta taxa de dose. O plástico tem um alto teor de hidrogênio, portanto, é útil para detectores rápidos de nêutrons . É necessário substancialmente mais energia para produzir um fóton detectável em um cintilador do que um par de elétrons-íons por ionização (normalmente por um fator de 10), e como os cintiladores inorgânicos produzem mais luz que os cintiladores orgânicos, eles são consequentemente melhores para aplicações com baixas energias .

A cintilação é um flash de luz produzido em um material transparente pela passagem de uma partícula (um elétron, uma partícula alfa, um íon ou um fóton de alta energia). A cintilação ocorre no cintilador, que é uma parte essencial de um detector de cintilação. Em geral, um detector de cintilação consiste em:

• Cintilador . Um cintilador gera fótons em resposta à radiação incidente.
• Fotodetector . Um fotodetector sensível (geralmente um tubo fotomultiplicador (PMT), uma câmera de dispositivo acoplado a carga (CCD) ou um fotodiodo), que converte a luz em um sinal elétrico e eletrônico para processar esse sinal.

Materiais de Cintilação – Cintiladores

Cintiladores são tipos de materiais que fornecem fótons detectáveis ​​na parte visível do espectro da luz, após a passagem de uma partícula carregada ou de um fóton. O cintilador consiste em um cristal transparente , geralmente um fósforo, plástico ou líquido orgânico que fluorescente quando atingido por radiação ionizante. O cintilador também deve ser transparente às suas próprias emissões de luz e deve ter um curto período de decaimento. O cintilador também deve ser protegido contra toda a luz ambiente, para que os fótons externos não inundem os eventos de ionização causados ​​pela radiação incidente. Para conseguir isso, uma película fina e opaca, como o mylar aluminizado, é frequentemente usada, embora deva ter uma massa baixa o suficiente para minimizar a atenuação indevida da radiação incidente sendo medida.

Existem basicamente dois tipos de cintiladores em uso comum na física nuclear e de partículas: cintiladores orgânicos ou plásticos e cintiladores inorgânicos ou cristalinos.

Cintiladores Inorgânicos

Cintiladores inorgânicos são geralmente cristais cultivados em fornos de alta temperatura. Eles incluem iodeto de lítio (LiI), iodeto de sódio (NaI) , iodeto de césio (CsI) e sulfeto de zinco (ZnS). O material de cintilação mais utilizado é o NaI (Tl) (iodeto de sódio dopado com tálio). O iodo fornece a maior parte do poder de parada do iodeto de sódio (já que possui um alto Z = 53). Estes cintiladores cristalinos são caracterizados por alta densidade, elevado número atómico, e tempos de decaimento do pulso de cerca de 1 microssegundo ( ~ 10 ^-6 seg) A cintilação em cristais inorgânicos é tipicamente mais lenta que nos orgânicos. Eles exibem alta eficiência na detecção de raios gama e são capazes de lidar com altas taxas de contagem. Os cristais inorgânicos podem ser cortados em tamanhos pequenos e dispostos em uma configuração de matriz para fornecer sensibilidade à posição. Esse recurso é amplamente utilizado em imagens médicas para detectar raios-X ou raios gama . Os cintiladores inorgânicos são melhores na detecção de raios gama e raios X do que os cintiladores orgânicos. Isto é devido à sua alta densidade e número atômico, o que fornece uma alta densidade de elétrons. Uma desvantagem de alguns cristais inorgânicos, por exemplo, NaI, é a higroscopicidade, uma propriedade que exige que sejam alojados em um recipiente hermético para protegê-los da umidade.

Cintiladores orgânicos

Cintiladores orgânicos são tipos de materiais orgânicos que fornecem fótons detectáveis ​​na parte visível do espectro da luz, após a passagem de uma partícula carregada ou de um fóton. O mecanismo de cintilação em materiais orgânicos é bastante diferente do mecanismo em cristais inorgânicos. Em cintiladores inorgânicos, por exemplo NaI, CsI, a cintilação surge devido à estrutura da rede cristalina. O mecanismo de fluorescência em materiais orgânicos decorre de transições nos níveis de energia de uma única molécula e, portanto, a fluorescência pode ser observada independentemente do estado físico (vapor, líquido, sólido).

Em geral, os cintiladores orgânicos têm tempos de decaimento rápidos (normalmente de 10 a ⁸ segundos ), enquanto os cristais inorgânicos são geralmente muito mais lentos (cerca de 10 a ⁶ segundos), embora alguns também tenham componentes rápidos em sua resposta. Existem três tipos de cintiladores orgânicos:

• Cristais orgânicos puros . Cristais orgânicos puros incluem cristais de antraceno, estilbeno e naftaleno. O tempo de decaimento desse tipo de fósforo é de aproximadamente 10 nanossegundos. Este tipo de cristal é freqüentemente usado na detecção de partículas beta . Eles são muito duráveis, mas sua resposta é anisotrópica (que prejudica a resolução de energia quando a fonte não é colimada) e não pode ser usinada com facilidade, nem pode ser cultivada em tamanhos grandes. Portanto, eles não são usados ​​com muita frequência.
• Soluções orgânicas líquidas . Soluções orgânicas líquidas são produzidas dissolvendo um cintilador orgânico em um solvente.
• Cintiladores de plástico . Os fósforos plásticos são produzidos adicionando produtos químicos de cintilação a uma matriz plástica. A constante de decaimento é o menor dos três tipos de fósforo, chegando a 1 ou 2 nanossegundos. Os cintiladores de plástico são, portanto, mais apropriados para uso em ambientes de alto fluxo e em medições de alta taxa de dose. O plástico tem um alto teor de hidrogênio, portanto, é útil para detectores rápidos de nêutrons . É necessário substancialmente mais energia para produzir um fóton detectável em um cintilador do que um par de elétrons-íons por ionização (normalmente por um fator de 10), e como os cintiladores inorgânicos produzem mais luz que os cintiladores orgânicos, eles são consequentemente melhores para aplicações com baixas energias .

Os nêutrons livres podem ser classificados de acordo com sua energia cinética. Essa energia é geralmente dada em elétron-volts (eV). O termo temperatura também pode descrever essa energia representando equilíbrio térmico entre um nêutron e um meio com uma certa temperatura.

Energias cinéticas de nêutrons – Nêutrons rápidos

• Nêutrons Frios  (0 eV; 0,025 eV). Nêutrons em equilíbrio térmico com ambientes muito frios, como deutério líquido. Esse espectro é usado para experimentos de espalhamento de nêutrons.
• Nêutrons térmicos . Nêutrons em equilíbrio térmico com um meio circundante. A energia mais provável a 20 ° C (68 ° F) para a distribuição Maxwelliana é de  0,025 eV  (~ 2 km / s). Essa parte do espectro de energia dos nêutrons constitui a parte mais importante do espectro  em reatores térmicos .
• Nêutrons epitérmicos  (0,025 eV; 0,4 eV). Nêutrons de energia cinética maiores que térmicos. Alguns projetos de reatores operam com o espectro de nêutrons epitérmicos. Esse projeto permite atingir uma taxa de criação de combustível mais alta do que nos reatores térmicos.

• 

  Nêutrons de cádmio  (0,4 eV; 0,5 eV). Nêutrons de energia cinética abaixo da energia de  corte de cádmio  . Um isótopo de cádmio,  ¹¹³ Cd, absorve fortemente os nêutrons se estiverem abaixo de ~ 0,5 eV (energia de corte de cádmio).

• Nêutrons epicádmios  (0,5 eV; 1 eV). Nêutrons de energia cinética acima da energia de  corte de cádmio . Esses nêutrons não são absorvidos pelo  cádmio .
• Nêutrons lentos  (1 eV; 10 eV).
• Nêutrons de ressonância  (10 eV; 300 eV). Os nêutrons de ressonância  são chamados de ressonância por seu comportamento especial. Nas energias de ressonância, as  seções transversais podem atingir picos mais de 100x mais altos que o valor base da seção transversal. Com essas energias, a captura de nêutrons excede significativamente a probabilidade de  fissão . Portanto, é muito importante (para reatores térmicos) superar rapidamente essa faixa de energia e operar o reator com nêutrons térmicos, resultando no aumento da probabilidade de fissão.
• Nêutrons intermediários  (300 eV; 1 MeV).
• Nêutrons rápidos  (1 MeV; 20 MeV). Nêutrons de energia cinética maiores que 1 MeV (~ 15.000 km / s) são geralmente chamados de nêutrons de fissão. Esses nêutrons são produzidos por processos nucleares, como fissão nuclear ou reações (ɑ, n)  . Os nêutrons de fissão têm uma distribuição de energia de Maxwell-Boltzmann com uma energia média (para  fissão de ²³⁵ U ) 2 MeV. Dentro de um  reator nuclear,  os nêutrons rápidos são reduzidos às energias térmicas através de um processo chamado  moderação de nêutrons .
• Nêutrons relativísticos  (20 MeV; ->)

A física do reator  não precisa dessa fina divisão de energias de nêutrons. Os nêutrons podem ser aproximadamente (para propósitos da física do reator) divididos em três faixas de energia:

• Nêutrons térmicos  (0,025 eV – 1 eV).
• Nêutrons de ressonância  (1 eV – 1 keV).
• Nêutrons rápidos  (1 keV – 10 MeV).

Mesmo a maioria dos códigos de computação de reatores usa apenas dois grupos de energia de nêutrons:

• Grupo de nêutrons lentos  (0,025 eV – 1 keV).
• Grupo de nêutrons rápidos  (1 keV – 10 MeV).

Veja também:  Energia de nêutrons

Classificação dos reatores de acordo com o espectro de fluxo de nêutrons

Veja também: Neutron Flux Spectra

Do ponto de vista da física, as principais diferenças entre os  tipos de reatores  surgem das diferenças em seus  espectros de energia de nêutrons . De fato, a  classificação básica  dos  reatores nucleares  é baseada na energia média dos nêutrons que causam a maior parte das  fissões  no  núcleo do reator . Deste ponto de vista, os reatores nucleares são divididos em  duas categorias :

• Reatores térmicos.  Quase todos os reatores atuais que foram construídos até o momento usam  nêutrons térmicos  para sustentar a  reação em cadeia . Esses reatores contêm  moderador de nêutrons  que retarda os nêutrons da fissão até que sua energia cinética esteja mais ou menos em  equilíbrio térmico  com os átomos (E <1 eV) no sistema.
• Reatores rápidos de nêutrons .  Os reatores rápidos não contêm moderador de nêutrons  e usam  refrigerantes primários menos moderadores , porque usam  nêutrons rápidos  (E> 1 keV) para causar fissão no combustível.

Comparação de espectros de nêutrons em um reator LWR típico   e um reator rápido de resfriamento a sódio . Observe que o  rápido espectro do reator  é altamente afetado pela  seção transversal de dispersão elástica  do líquido de arrefecimento usado.

As principais diferenças entre esses dois tipos são, obviamente, nas  seções transversais de nêutrons , que exibem dependência energética significativa  . Pode ser caracterizada pela  razão de captura / fissão , que é  menor nos reatores rápidos . Há também uma diferença no  número de nêutrons produzidos por uma fissão , que é maior nos reatores rápidos do que nos reatores térmicos. Essas diferenças muito importantes são causadas principalmente por  diferenças nos fluxos de nêutrons . Portanto, é muito importante conhecer a distribuição detalhada de energia de nêutrons no núcleo de um reator.

Detecção de nêutrons usando câmara de ionização

Como os nêutrons são  partículas eletricamente neutras,  elas estão sujeitas principalmente a  fortes forças nucleares,  mas não a forças elétricas. Portanto, os nêutrons não são  diretamente ionizantes  e geralmente precisam ser  convertidos  em partículas carregadas antes que possam ser detectados. Geralmente, todo tipo de detector de nêutrons deve estar equipado com conversor (para converter a radiação de nêutrons em radiação detectável comum) e um dos detectores de radiação convencionais (detector de cintilação, detector de gases, detector de semicondutores, etc.).

Câmaras de ionização são frequentemente usadas como dispositivo de detecção de partículas carregadas. Por exemplo, se a superfície interna da câmara de ionização for revestida com uma fina camada de boro, a reação (n, alfa) poderá ocorrer. A maioria das reações (n, alfa) dos nêutrons térmicos são reações  10B (n, alfa) 7Li  acompanhadas por emissão gama de 0,48 MeV  .

Além disso, o isótopo boro-10 possui uma alta seção transversal da reação (n, alfa) ao longo de todo  o espectro de energia de nêutrons . A partícula alfa causa ionização dentro da câmara e elétrons ejetados causam ionizações secundárias adicionais.

Outro método para detectar nêutrons usando uma câmara de ionização é usar o trifluoreto de boro gasoso   (BF ₃ ) em vez do ar na câmara. Os nêutrons recebidos produzem partículas alfa quando reagem com os átomos de boro no gás detector. Qualquer um dos métodos pode ser usado para detectar nêutrons no reator nuclear. Deve-se notar que os  contadores BF ₃ geralmente são operados na região proporcional.

Detecção de nêutrons usando o contador de cintilação

Como os nêutrons são partículas eletricamente neutras, elas estão sujeitas principalmente a fortes forças nucleares, mas não a forças elétricas. Portanto, os nêutrons não são diretamente ionizantes e geralmente precisam ser convertidos em partículas carregadas antes que possam ser detectados. Geralmente, todo tipo de detector de nêutrons deve estar equipado com conversor (para converter a radiação de nêutrons em radiação detectável comum) e um dos detectores de radiação convencionais (detector de cintilação, detector de gases, detector de semicondutores, etc.). Os nêutrons rápidos (> 0,5 MeV) dependem principalmente do próton de recuo nas reações (n, p). Materiais ricos em hidrogênio, por exemplo, cintiladores plásticos, portanto, são mais adequados para sua detecção. Os nêutrons térmicos dependem de reações nucleares, como as reações (n, γ) ou (n, α), para produzir ionização. Materiais como LiI (Eu) ou silicatos de vidro são, portanto, particularmente adequados para a detecção de nêutrons térmicos.

O contador Geiger , também conhecido como contador Geiger-Mueller , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante . Este dispositivo recebeu o nome dos dois físicos que inventaram o contador em 1928. Mueller era aluno de Hans Geiger.  O contador Geiger é amplamente utilizado em aplicações como dosimetria de radiação, proteção radiológica , física experimental e indústria nuclear. Um contador Geiger consiste em um tubo Geiger-Müller (o elemento sensor que detecta a radiação) e a eletrônica de processamento, que exibe o resultado.

O contador Geiger pode detectar radiação ionizante, como partículas alfa  e  beta ,  nêutrons e  raios gama,  usando o efeito de ionização produzido em um tubo Geiger-Müller, que dá nome ao instrumento. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de Geiger-Mueller .

Vantagens do contador Geiger-Mueller

• Amplificação alta . Um sinal forte (o fator de amplificação pode atingir cerca de 10 ¹⁰ ) é produzido por essas avalanches com forma e altura, independentemente da ionização primária e da energia do fóton detectado. O pulso de tensão neste caso seria um grande e facilmente detectável ± 1.6 V. A vantagem técnica de um contador Geiger é sua simplicidade de construção e sua insensibilidade a pequenas flutuações de tensão. Como o processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector, a amplificação eletrônica subsequente geralmente não é necessária.
• Simplicidade . Os contadores GM são usados ​​principalmente para instrumentação portátil devido à sua sensibilidade, circuito de contagem simples e capacidade de detectar radiação de baixo nível. Os detectores GM geralmente são mais sensíveis a radiações de baixa energia e baixa intensidade do que os detectores proporcionais ou de câmara de íons.
• Eletrônica mais simples . Os detectores GM podem ser usados ​​com pacotes eletrônicos mais simples. A
  sensibilidade de entrada de um instrumento de pesquisa GM típico é de 300 a 800 milivolts, enquanto a
  sensibilidade de entrada de um instrumento de pesquisa proporcional típico é de 2 milivolt.

Desvantagens do contador Geiger-Mueller

• Sem identificação de partículas, sem resolução de energia . Como a altura do pulso é independente do tipo e energia da radiação, a discriminação não é possível. Não há informações sobre a natureza da ionização que causou o pulso. Os detectores GM não podem discriminar diferentes tipos de radiação (α, β, γ), nem contra várias energias de radiação. Isso ocorre porque o tamanho da avalanche é independente da ionização primária que a criou.
• Tempo morto . Devido à grande avalanche induzida por qualquer ionização, um contador Geiger leva muito tempo (cerca de 1 ms) para se recuperar entre pulsos sucessivos. Portanto, os contadores Geiger não conseguem medir altas taxas de radiação devido ao ” tempo morto ” do tubo.

O contador Geiger , também conhecido como contador Geiger-Mueller , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante . Este dispositivo recebeu o nome dos dois físicos que inventaram o contador em 1928. Mueller era aluno de Hans Geiger.  O contador Geiger é amplamente utilizado em aplicações como dosimetria de radiação, proteção radiológica , física experimental e indústria nuclear. Um contador Geiger consiste em um tubo Geiger-Müller (o elemento sensor que detecta a radiação) e a eletrônica de processamento, que exibe o resultado.

O contador Geiger pode detectar radiação ionizante, como partículas alfa  e  beta ,  nêutrons e  raios gama,  usando o efeito de ionização produzido em um tubo Geiger-Müller, que dá nome ao instrumento. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de Geiger-Mueller .

Aplicações – Detecção de radiação alfa, beta e gama 

Os contadores Geiger são usados ​​principalmente para instrumentação portátil devido à sua sensibilidade, circuito simples de contagem e capacidade de detectar radiação de baixo nível. Embora o uso principal dos contadores Geiger seja provavelmente na detecção individual de partículas, eles também são encontrados em medidores gama. Eles são capazes de detectar quase todos os tipos de radiação, mas há pequenas diferenças no tubo Geiger-Mueller. No entanto, o tubo Geiger-Müller produz uma saída de pulso que é da mesma magnitude para toda a radiação detectada; portanto, um contador Geiger com um tubo na janela final não consegue distinguir entre partículas alfa e beta.

Existem dois tipos principais de construção de tubos Geiger :

• Tipo de janela final . Para que partículas alfa e beta sejam detectadas pelos contadores Geiger, elas devem ser fornecidas com uma janela fina . Essa ” janela final ” deve ser fina o suficiente para que as partículas alfa e beta penetrem. No entanto, uma janela de quase qualquer espessura impedirá que uma partícula alfa entre na câmara. A janela é geralmente feita de mica com uma densidade de cerca de 1,5 – 2,0 mg / cm ²para permitir que partículas beta de baixa energia (por exemplo, do carbono 14) entrem no detector. A redução de eficiência para alfa é devida ao efeito de atenuação da janela final, embora a distância da superfície verificada também tenha um efeito significativo, e idealmente uma fonte de radiação alfa deve estar a menos de 10 mm do detector devido à atenuação no ar.
• Tipo sem janelas . Os raios gama têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, os contadores Geiger podem ser usados ​​para detectar radiação gama e raios X (tubos de paredes finas) coletivamente conhecidos como fótons, e para isso o tubo sem janelas é usado.
  • Um tubo de parede espessa é usado para detecção de radiação gama acima de energias de cerca de 25 KeV, esse tipo geralmente tem uma espessura total de parede de cerca de 1-2 mm de aço cromado.
  • Um tubo de paredes finas é usado para fótons de baixa energia (raios X ou raios gama) e partículas beta de alta energia. A transição do projeto de paredes finas para paredes espessas ocorre nos níveis de energia de 300 a 400 keV. Acima desses níveis, são utilizados projetos de paredes espessas e, abaixo desses níveis, o efeito de ionização direta de gás é predominante.

Às vezes, um design de “panqueca” do tubo Geiger-Mueller é preferido. Este detector é um tubo Geiger plano com uma fina janela de mica de uma área maior. Tubos Geiger planos como esse são conhecidos como tubos de “panqueca”. Tais tubos são equipados com uma tela de arame para protegê-los. Esse projeto fornece maior área de detecção e, portanto, maior eficiência para tornar a verificação mais rápida. No entanto, a pressão da atmosfera contra a baixa pressão do gás de enchimento limita o tamanho da janela devido à resistência limitada da membrana da janela.

Aplicações – Detecção de Nêutrons

Como os nêutrons são partículas eletricamente neutras, elas estão sujeitas principalmente a fortes forças nucleares, mas não a forças elétricas. Portanto, os nêutrons não são diretamente ionizantes e geralmente precisam ser convertidos em partículas carregadas antes que possam ser detectados. Geralmente, todo tipo de detector de nêutrons deve estar equipado com conversor (para converter a radiação de nêutrons em radiação detectável comum) e um dos detectores de radiação convencionais (detector de cintilação, detector de gases, detector de semicondutores, etc.).

Não é comum, mas os contadores Geiger também podem ser usados ​​para a detecção de nêutrons. Nesse caso, o tubo Geiger-Mueller deve ter o interior do tubo revestido com boro ou o tubo deve conter trifluoreto de boro (BF ₃ ) ou hélio-3 como gás de enchimento.

Os nêutrons recebidos produzem partículas alfa quando reagem com os átomos de boro no gás detector. A maioria das reações (n, alfa) dos nêutrons térmicos são reações 10B (n, alfa) 7Li acompanhadas por emissão gama de 0,48 MeV .

Além disso, o isótopo boro-10 possui uma alta seção transversal da reação (n, alfa) ao longo de todo o espectro de energia de nêutrons . A partícula alfa causa ionização dentro da câmara e elétrons ejetados causam ionizações secundárias adicionais.