Nick Connor

A câmara de ionização , também conhecida como câmara de íons , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante . A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de ionização . A tensão não é alta o suficiente para produzir amplificação de gás (ionização secundária). Os detectores na região de ionização operam com uma força de campo elétrico baixa, selecionada de forma que não ocorra multiplicação de gás. A carga coletada (sinal de saída) é independente da tensão aplicada e as partículas ionizantes mínimas tendem a ser muito pequenas e geralmente requerem amplificadores especiais de baixo ruído para obter desempenho operacional eficiente. Câmaras de ionização são preferidaspara altas taxas de dose de radiação porque elas não têm “tempo morto”, um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Mueller em altas taxas de dose. Isso se deve ao fato de não haver amplificação de sinal inerente no meio operacional e, portanto, esses tipos de contadores não requerem muito tempo para se recuperar de grandes correntes. Além disso, como não há amplificação, eles oferecem excelente resolução de energia, limitada principalmente pelo ruído eletrônico.

As câmaras de ionização podem ser operadas no modo atual ou de pulso . Por outro lado, contadores proporcionais ou contadores Geiger são quase sempre usados ​​no modo de pulso. Detectores de radiação ionizante podem ser usados ​​tanto para medições de atividade quanto para medições de dose. Com o conhecimento sobre a energia necessária para formar um par de íons – a dose pode ser obtida.

Detecção de radiação alfa usando câmara de ionização

Para que as partículas alfa e beta sejam detectadas pelas câmaras de ionização, elas devem ter 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 ² . Mas isso não significa que a radiação alfa não possa ser detectada por uma câmara de ionização.

Por exemplo, em alguns tipos de detectores de fumaça, você pode encontrar radionuclídeos artificiais, como o americium-241, que é uma fonte de partículas alfa. O detector de fumaça possui duas câmaras de ionização, uma aberta ao ar e uma câmara de referência que não permite a entrada de partículas. A fonte radioativa emite partículas alfa em ambas as câmaras, que ionizam algumas moléculas de ar. A câmara de ar livre permite a entrada de partículas de fumaça no volume sensível e altera a atenuação das partículas alfa. Se alguma partícula de fumaça entrar na câmara de ar livre, alguns dos íons se fixarão nas partículas e não estarão disponíveis para transportar a corrente nessa câmara. Um circuito eletrônico detecta que uma diferença de corrente se desenvolveu entre as câmaras abertas e seladas e soa o alarme.

Detecção de radiação beta usando câmara de ionização

Para que as partículas alfa e beta sejam detectadas pelas câmaras de ionização, elas devem ter 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 ² .

A câmara de ionização pode ser, por exemplo, usada para a medição de trítio no ar. Esses dispositivos são conhecidos como monitores de trítio no ar. O trítio é um isótopo radioativo, mas emite uma forma muito fraca de radiação, uma partícula beta de baixa energia que é semelhante a um elétron. É um emissor beta puro (isto é, emissor beta sem uma radiação gama que o acompanha ). A energia cinética do elétron varia, com uma média de 5,7 keV, enquanto a energia restante é transportada pelo antineutrino do elétron quase indetectável. Uma energia tão baixa de elétrons causa que o elétron não pode penetrar na pele ou nem mesmo viaja muito longe no ar. As partículas beta do trítio podem penetrar apenas cerca de 6,0 mm de ar. É praticamente impossível projetar um detector cujas paredes essas partículas beta possam penetrar. Em vez disso, o monitor de trítio no ar bombeia o ar contaminado com trítio diretamente através de uma câmara de ionização, de modo que toda a energia das partículas beta possa ser útil para converter os pares de íons no interior da câmara.

Detecção de radiação gama usando câmara de ionização

Os raios gama têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, câmaras de ionização podem ser usadas para detectar radiação gama e raios-X conhecidos coletivamente como fótons, e para isso o tubo sem janelas é usado. As câmaras de ionização têm uma boa resposta uniforme à radiação em uma ampla gama de energias e são os meios preferidos para medir altos níveis de radiação gama. Alguns problemas são causados ​​pelo fato de que as partículas alfa são mais ionizantes que as partículas beta e os raios gama; portanto, mais corrente é produzida na região da câmara de ionização por alfa do que beta e gama. Os raios gama depositam uma quantidade significativamente menor de energia no detector do que outras partículas.

A eficiência da câmara pode ser aumentada ainda mais pelo uso de um gás de alta pressão. Normalmente, uma pressão de 8 a 10 atmosferas pode ser usada e vários gases nobres são empregados. Por exemplo, as câmaras de ionização de xenônio de alta pressão (HPXe) são ideais para uso em ambientes não controlados, pois a resposta de um detector mostrou-se uniforme em grandes faixas de temperatura (20–170 ° C). A pressão mais alta resulta em uma maior densidade de gás e, portanto, uma maior chance de colisão com a criação de gás de preenchimento e pares de íons por radiação gama incidente. Devido ao aumento da espessura da parede necessária para suportar essa alta pressão, apenas a radiação gama pode ser detectada. Esses detectores são utilizados em medidores de medição e para monitoramento ambiental.

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.

A câmara de ionização , também conhecida como câmara de íons , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante . A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de ionização . A tensão não é alta o suficiente para produzir amplificação de gás (ionização secundária). Os detectores na região de ionização operam com uma força de campo elétrico baixa, selecionada de forma que não ocorra multiplicação de gás. A carga coletada (sinal de saída) é independente da tensão aplicada e as partículas ionizantes mínimas tendem a ser muito pequenas e geralmente requerem amplificadores especiais de baixo ruído para obter desempenho operacional eficiente. Câmaras de ionização são preferidaspara altas taxas de dose de radiação porque elas não têm “tempo morto”, um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Mueller em altas taxas de dose. Isso se deve ao fato de não haver amplificação de sinal inerente no meio operacional e, portanto, esses tipos de contadores não requerem muito tempo para se recuperar de grandes correntes. Além disso, como não há amplificação, eles oferecem excelente resolução de energia, limitada principalmente pelo ruído eletrônico.

As câmaras de ionização podem ser operadas no modo atual ou de pulso . Por outro lado, contadores proporcionais ou contadores Geiger são quase sempre usados ​​no modo de pulso. Detectores de radiação ionizante podem ser usados ​​tanto para medições de atividade quanto para medições de dose. Com o conhecimento sobre a energia necessária para formar um par de íons – a dose pode ser obtida.

Detecção de radiação alfa usando câmara de ionização

Para que as partículas alfa e beta sejam detectadas pelas câmaras de ionização, elas devem ter 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 ² . Mas isso não significa que a radiação alfa não possa ser detectada por uma câmara de ionização.

Por exemplo, em alguns tipos de detectores de fumaça, você pode encontrar radionuclídeos artificiais, como o americium-241, que é uma fonte de partículas alfa. O detector de fumaça possui duas câmaras de ionização, uma aberta ao ar e uma câmara de referência que não permite a entrada de partículas. A fonte radioativa emite partículas alfa em ambas as câmaras, que ionizam algumas moléculas de ar. A câmara de ar livre permite a entrada de partículas de fumaça no volume sensível e altera a atenuação das partículas alfa. Se alguma partícula de fumaça entrar na câmara de ar livre, alguns dos íons se fixarão nas partículas e não estarão disponíveis para transportar a corrente nessa câmara. Um circuito eletrônico detecta que uma diferença de corrente se desenvolveu entre as câmaras abertas e seladas e soa o alarme.

Detecção de radiação beta usando câmara de ionização

Para que as partículas alfa e beta sejam detectadas pelas câmaras de ionização, elas devem ter 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 ² .

A câmara de ionização pode ser, por exemplo, usada para a medição de trítio no ar. Esses dispositivos são conhecidos como monitores de trítio no ar. O trítio é um isótopo radioativo, mas emite uma forma muito fraca de radiação, uma partícula beta de baixa energia que é semelhante a um elétron. É um emissor beta puro (isto é, emissor beta sem uma radiação gama que o acompanha ). A energia cinética do elétron varia, com uma média de 5,7 keV, enquanto a energia restante é transportada pelo antineutrino do elétron quase indetectável. Uma energia tão baixa de elétrons causa que o elétron não pode penetrar na pele ou nem mesmo viaja muito longe no ar. As partículas beta do trítio podem penetrar apenas cerca de 6,0 mm de ar. É praticamente impossível projetar um detector cujas paredes essas partículas beta possam penetrar. Em vez disso, o monitor de trítio no ar bombeia o ar contaminado com trítio diretamente através de uma câmara de ionização, de modo que toda a energia das partículas beta possa ser útil para converter os pares de íons no interior da câmara.

Detecção de radiação gama usando câmara de ionização

Os raios gama têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, câmaras de ionização podem ser usadas para detectar radiação gama e raios-X conhecidos coletivamente como fótons, e para isso o tubo sem janelas é usado. As câmaras de ionização têm uma boa resposta uniforme à radiação em uma ampla gama de energias e são os meios preferidos para medir altos níveis de radiação gama. Alguns problemas são causados ​​pelo fato de que as partículas alfa são mais ionizantes que as partículas beta e os raios gama; portanto, mais corrente é produzida na região da câmara de ionização por alfa do que beta e gama. Os raios gama depositam uma quantidade significativamente menor de energia no detector do que outras partículas.

A eficiência da câmara pode ser aumentada ainda mais pelo uso de um gás de alta pressão. Normalmente, uma pressão de 8 a 10 atmosferas pode ser usada e vários gases nobres são empregados. Por exemplo, as câmaras de ionização de xenônio de alta pressão (HPXe) são ideais para uso em ambientes não controlados, pois a resposta de um detector mostrou-se uniforme em grandes faixas de temperatura (20–170 ° C). A pressão mais alta resulta em uma maior densidade de gás e, portanto, uma maior chance de colisão com a criação de gás de preenchimento e pares de íons por radiação gama incidente. Devido ao aumento da espessura da parede necessária para suportar essa alta pressão, apenas a radiação gama pode ser detectada. Esses detectores são utilizados em medidores de medição e para monitoramento ambiental.

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.

A câmara de ionização , também conhecida como câmara de íons , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante . A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de ionização . A tensão não é alta o suficiente para produzir amplificação de gás (ionização secundária).

Vantagens das câmaras de ionização

• Modo atual. As câmaras de ionização são preferidas para altas taxas de dose de radiação, porque não possuem “tempo morto”, um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Mueller em altas taxas de dose. Isso se deve ao fato de não haver amplificação de sinal inerente no meio operacional e, portanto, esses tipos de contadores não requerem muito tempo para se recuperar de grandes correntes. Além disso, como não há amplificação, eles oferecem excelente resolução de energia, limitada principalmente pelo ruído eletrônico. Câmaras de ionização podem ser operadas no modo atual ou de pulso. Por outro lado, contadores proporcionais ou contadores Geiger são quase sempre usados ​​no modo de pulso. Detectores de radiação ionizante podem ser usados ​​tanto para medições de atividade quanto para medições de dose. Com o conhecimento sobre a energia necessária para formar um par de íons – a dose pode ser obtida. O design da placa plana é preferido porque possui um volume ativo bem definido e garante que os íons não se acumulem nos isoladores e causem uma distorção do campo elétrico.
• Simplicidade . A corrente de saída é independente da tensão de operação do detector. Observe a região plana da curva na região da câmara de íons. Como resultado, fontes de alimentação menos reguladas e, portanto, mais baratas e mais portáteis podem ser usadas com instrumentos de câmara de íons e ainda oferecem uma resposta razoavelmente precisa.
• Detecção de nêutrons . Nos reatores nucleares, as câmaras de ionização no modo atual são frequentemente usadas para detectar nêutrons e pertencem ao Sistema de Instrumentação de Nêutrons (NIS). 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 gástrifluoreto de boro (BF ₃ ) em vez de 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.

Desvantagens das câmaras de ionização

• Sem amplificação de carga . Os detectores na região de ionização operam com uma força de campo elétrico baixa, selecionada de forma que não ocorra multiplicação de gás. A carga coletada (sinal de saída) é independente da tensão aplicada e as partículas ionizantes mínimas tendem a ser muito pequenas e geralmente requerem amplificadores especiais de baixo ruído para obter desempenho operacional eficiente. No ar, a energia média necessária para produzir um íon é de cerca de 34 eV; portanto, uma radiação de 1 MeV completamente absorvida no detector produz cerca de 3 x 10 ⁴ pares de íons . No entanto, é um sinal pequeno, este sinal pode ser consideravelmente amplificado usando a eletrônica padrão. Uma corrente de 1 micro-ampère consiste em cerca de 10 ¹² elétrons por segundo.
• Baixa densidade . Os raios gama depositam uma quantidade significativamente menor de energia no detector do que outras partículas. A eficiência da câmara pode ser aumentada ainda mais pelo uso de um gás de alta pressão.

Para que as partículas alfa e beta sejam detectadas pelas câmaras de ionização, elas devem ter 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 ² .

Região de ionização

Na região de ionização, um aumento na voltagem não causa um aumento substancial no número de pares de íons coletados. O número de pares de íons coletados pelos eletrodos é igual ao número de pares de íons produzidos pela radiação incidente e depende do tipo e energia das partículas ou raios na radiação incidente. Portanto, nesta região a curva é plana. A tensão deve ser maior que o ponto em que pares de íons dissociados podem se recombinar. Por outro lado, a tensão não é alta o suficiente para produzir amplificação de gás (ionização secundária). Os detectores na região de ionização operam com uma força de campo elétrico baixa, selecionada de forma que não ocorra multiplicação de gás . Sua corrente é independente da tensão aplicada e sãopreferidos para altas taxas de dose de radiação porque não possuem “tempo morto”, um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Mueller em altas taxas de dose.

Princípio básico das câmaras de ionização

A câmara possui um cátodo e um ânodo que são mantidos em alguma tensão (talvez 100 – 200 V), e o dispositivo é caracterizado por uma capacitância determinada pela geometria dos eletrodos. Placas planas ou cilindros concêntricos podem ser utilizados na construção de uma câmara de ionização. O design da placa plana é preferido porque possui um volume ativo bem definido e garante que os íons não se acumulem nos isoladores e causem uma distorção do campo elétrico. À medida que a radiação ionizante entra no gás entre os eletrodos, um número finito de pares de íonssão formados. O comportamento dos pares de íons resultantes é afetado pelo gradiente de potencial do campo elétrico dentro do gás e pelo tipo e pressão do gás de enchimento. Sob a influência do campo elétrico, os íons positivos se moverão em direção ao eletrodo carregado negativamente (cilindro ou placa externa) e os íons negativos (elétrons) migrarão em direção ao eletrodo positivo (fio ou placa central). O campo elétrico nessa região impede que os íons se recombinem com os elétrons. A coleta desses íons produzirá uma carga nos eletrodos e um pulso elétrico no circuito de detecção. No ar, a energia média necessária para produzir um íon é de cerca de 34 eV; portanto, uma radiação de 1 MeV completamente absorvida no detector produz cerca de 3 x 10 ⁴ pares de íons.. No entanto, é um sinal pequeno, este sinal pode ser consideravelmente amplificado usando a eletrônica padrão. Uma corrente de 1 micro-ampère consiste em cerca de 10 ¹² elétrons por segundo.

A construção da câmara de ionização difere do contador proporcional. O design da placa plana é preferido para as câmaras de ionização, ou cilindros concêntricos podem ser utilizados na construção para permitir a integração dos pulsos produzidos pela radiação incidente. Contadores proporcionais e contadores Geiger geralmente utilizam cilindro e eletrodo central. O contador proporcional exigiria um controle exato do campo elétrico entre os eletrodos, o que não seria prático.

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. Os contadores proporcionais gasosos geralmente operam em campos elétricos altos da ordem de 10 kV / cm e atingemfatores de amplificação 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.

Essa é uma diferença sutil, mas importante, entre as câmaras de ionização e os contadores proporcionais . Uma câmara de ionização produzirá uma corrente proporcional ao número de elétrons coletados a cada segundo. Essa corrente é calculada pela média e é usada para conduzir uma leitura de exibição em Bq ou μSv / h. Contadores proporcionais não funcionam dessa maneira. Em vez disso, eles amplificam cada uma das explosões individuais de ionização para que cada evento ionizante seja detectado separadamente. Eles, portanto, medem o número de eventos ionizantes (é por isso que são chamados contadores).

O processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector e reduz a amplificação eletrônica subsequente necessária. 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. Os instrumentos proporcionais de detecção de contadores são muito sensíveis a baixos níveis de radiação. Por arranjos funcionais, modificações e polarização adequados, o contador proporcional pode ser usado para detectar radiação alfa, beta, gama ou nêutron em campos de radiação mista. Além disso, contadores proporcionais são capazes de identificar partículase medição de 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 .

Enquanto as câmaras de ionização podem ser operadas no modo atual ou de pulso, os contadores proporcionais ou Geiger são quase sempre usados ​​no modo de pulso. Detectores de radiação ionizante podem ser usados ​​tanto para medições de atividade quanto para medições de dose. Com o conhecimento sobre a energia necessária para formar um par de íons – a dose pode ser obtida.

Argônio e hélio são os gases de enchimento mais usados ​​e permitem a detecção de radiação alfa, beta e gama. Para a detecção de nêutrons, He-3 e BF ₃ (trifluoreto de boro) são os gases mais empregados. Para fins especiais, foram utilizadas outras misturas de gases, como uma mistura de gases equivalente ao tecido, que consiste em 64,4% de metano, 32,4% de dióxido de carbono e 3,2% de nitrogênio.

Veja também: Vantagens e desvantagens dos contadores proporcionais

Princípio básico dos contadores proporcionais

O contador proporcional possui um cátodo e um ânodo que são mantidos em alguma tensão (acima de 1000 V), e o dispositivo é caracterizado por uma capacitância determinada pela geometria dos eletrodos. Num contador proporcional, o gás de enchimento da câmara é um gás inerte que é ionizado por radiação incidente e um gás de têmpera para garantir que cada descarga de pulso termine; uma mistura comum é 90% argônio, 10% metano, conhecido como P-10.

À medida que a radiação ionizante entra no gás entre os eletrodos, um número finito de pares de íons é formado. No ar, a energia média necessária para produzir um íon é de cerca de 34 eV; portanto, uma radiação de 1 MeV completamente absorvida no detector produz cerca de 3 x 10 ⁴par de íons. O comportamento dos pares de íons resultantes é afetado pelo gradiente de potencial do campo elétrico dentro do gás e pelo tipo e pressão do gás de enchimento. Sob a influência do campo elétrico, os íons positivos se moverão em direção ao eletrodo carregado negativamente (cilindro externo) e os íons negativos (elétrons) migrarão em direção ao eletrodo positivo (fio central). O campo elétrico nessa região impede que os íons se recombinem com os elétrons. Nas imediações do fio do ânodo, a força do campo se torna grande o suficiente para produzir avalanches de Townsend. Esta região de avalanche ocorre apenas frações de um milímetro do fio do ânodo, que por si só tem um diâmetro muito pequeno. O objetivo disso é usar o efeito de multiplicação da avalanche produzida por cada par de íons. Esta é a região da “avalanche”. Um dos principais objetivos do projeto é que cada evento ionizante original devido à radiação incidente produza apenas uma avalanche. Os fatores de amplificação de gás podem variar de unidade na região de ionização a 10 ³ ou 10 ⁴ na região proporcional . O alto fator de amplificação do contador proporcional é a principal vantagem sobre a câmara de ionização.

A coleta de todos esses elétrons produzirá uma carga nos eletrodos e um pulso elétrico no circuito de detecção. Cada pulso corresponde a um raio gama ou interação de partículas. A altura do pulso é proporcional ao número de elétrons originais produzidos. Mas, neste caso, a altura do pulso é amplificada significativamente pelo detector. O fator de proporcionalidade, neste caso, é o fator de amplificação de gás. O número de elétrons produzidos é proporcional à energia da partícula incidente. Portanto, contadores proporcionais são capazes de identificação de partículas e medição de energia (espectroscopia). Diferentes energias de radiação e diferentes tipos de radiação podem ser distinguidos através da análise da altura do pulso, uma vez que diferem significativamente na ionização primária (baixa LET versus alta LET).

A construção da câmara de ionização difere do contador proporcional. O design da placa plana é preferido para as câmaras de ionização, ou cilindros concêntricos podem ser utilizados na construção para permitir a integração dos pulsos produzidos pela radiação incidente. Contadores proporcionais e contadores Geiger geralmente utilizam cilindro e eletrodo central. O contador proporcional exigiria um controle exato do campo elétrico entre os eletrodos, o que não seria prático.

Têmpera – Contadores Proporcionais

Num contador proporcional, o gás de enchimento da câmara é um gás inerte que é ionizado por radiação incidente e um gás de têmpera para garantir que cada descarga de pulso termine; uma mistura comum é 90% argônio, 10% metano, conhecido como P-10.

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 com o ganho 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 disparar uma série de pulsos. Na prática, o término da avalanche é aprimorado pelo uso de “extinção ”.

As moléculas de gás de têmpera têm uma afinidade mais fraca pelos elétrons do que o gás da câmara; portanto, os átomos ionizados do gás da câmara retiram prontamente elétrons das moléculas de gás de extinção. Assim, as moléculas ionizadas do gás de têmpera atingem a parede da câmara em vez do gás da câmara. As moléculas ionizadas do gás de têmpera são neutralizadas pelo ganho de um elétron, e a energia liberada não causa mais ionização, mas causa a dissociação da molécula.

Referência Especial: Departamento de Energia, Instrumantação e Controle dos EUA. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2, de 2 de junho de 1992.

Detecção de radiação alfa, beta e gama usando contador proporcional

Contadores proporcionais na forma de detectores planos de grandes áreas são amplamente utilizados para verificar a contaminação radioativaem pessoal, superfícies planas, ferramentas e roupas. Os contadores proporcionais são normalmente usados ​​para detectar partículas alfa e beta e podem permitir a discriminação entre eles, fornecendo uma saída de pulso proporcional à energia depositada na câmara por cada partícula. Eles têm uma alta eficiência para beta, mas menor para alfa. Para que partículas alfa e beta sejam detectadas por contadores proporcionais, 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 ² para permitir partículas beta de baixa energia (por exemplo, de carbono-14) para entrar 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.

Os raios gama têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, contadores proporcionais 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.

A principal desvantagem do uso de contadores proporcionais em instrumentos portáteis é que eles requerem 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.

Contador proporcional – espectroscopia

Em geral, os espectroscópios são dispositivos projetados para medir a distribuição de energia espectral de uma fonte. A radiação incidente gera um sinal que permite determinar a energia da partícula incidente.

Nos contadores proporcionais , o número de elétrons produzidos é proporcional à energia e ao tipo da partícula incidente. Portanto, contadores proporcionais são capazes de identificação de partículas e medição de energia (espectroscopia). Diferentes energias de radiação e diferentes tipos de radiação podem ser distinguidos através da análise da altura do pulso, uma vez que diferem significativamente na ionização primária (baixa LET versus alta LET). Contadores proporcionais podem ser usados, por exemplo, para analisar um espectro de radiações alfa ou um espectro de partículas beta. A resolução de energia de um contador proporcional, no entanto, é limitada porque o evento inicial de ionização e o evento subsequente de ‘multiplicação’ estão sujeitos a flutuações estatísticas caracterizadas por um desvio padrão igual à raiz quadrada do número médio formado.

Um contador proporcional esférico de grande volume pode ser usado para medições de nêutrons. O gás N ₂ puro é estudado para detecção térmica e rápida de nêutrons , fornecendo uma nova maneira para a espectroscopia de nêutrons. Os nêutrons são detectados pelas reações ¹⁴ N (n, p) ¹⁴ C e ¹⁴ N (n, α) ¹¹ B.

Deve-se observar que, para espectrometria gama, os detectores mais comuns incluem contadores de cintilação de iodeto de sódio (NaI) e detectores de germânio de alta pureza.

Câmara Proporcional Multi-wire – MWPC

Uma câmara proporcional de múltiplos fios é um tipo de contador proporcional usado especialmente na física de partículas de alta energia para detectar partículas carregadas e fótons e pode fornecer informações posicionais sobre sua trajetória. Este dispositivo foi desenvolvido por Georges Charpak e seus colaboradores. Esta invenção o levou a ganhar o Prêmio Nobel de Física em 1992. A câmara de múltiplos fios utiliza uma série de fios em alta tensão (ânodo), que passam por uma câmara com paredes condutoras mantidas no potencial de aterramento (cátodo). O princípio é ter um plano de fios de ânodo posicionado com precisão, com espaçamentos típicos de cerca de 2 mm. Ao calcular pulsos de todos os fios, a trajetória das partículas pode ser encontrada.

Detecção de nêutrons usando o contador proporcional

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.).

Contadores proporcionais são frequentemente usados ​​como o dispositivo de detecção de partículas carregadas. Em usinas nucleares, os contadores proporcionais a gás (BF ₃ ) são normalmente usados ​​como detectores de faixa de fonte. Esses detectores usam o trifluoreto de boro a gás (BF ₃ ) em vez de ar na câmara. 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.

A saída proporcional do contador está na forma de um pulso para cada evento ionizante; portanto, há uma série de pulsos aleatórios variando em magnitude, representando eventos ionizadores de nêutrons e gama. A altura do pulso pode ser de apenas alguns milivolts, o que é muito baixo para ser usado diretamente sem amplificação. O discriminador exclui a passagem de pulsos inferiores a um nível predeterminado. A função do discriminador é excluir pulsos de ruído e gama com magnitude menor que os pulsos de nêutrons.

Os detectores de ionização gasosa são amplamente utilizados em usinas nucleares, na maioria das vezes, para medir partículas alfa e beta , nêutrons e raios gama . Os detectores operam nas regiões de ionização, proporcional e Geiger-Mueller, com um arranjo mais sensível ao tipo de radiação que está sendo medido. Os detectores de nêutrons utilizam câmaras de ionização ou contadores proporcionais de design apropriado. Câmaras de íons compensados, contadores BF ₃ , contadores de fissão e contadores de recuo de prótons são exemplos de detectores de nêutrons.

Vantagens e desvantagens, dependendo da tensão do detector

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, região proporcional e 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 Recombinação. Em baixa tensão, o campo elétrico não é grande o suficiente para acelerar elétrons e íons. Os elétrons e íons podem se recombinar logo após serem produzidos, e apenas uma pequena fração dos elétrons e íons produzidos atinge seus respectivos eletrodos. À medida que a tensão do detector aumenta, uma fração cada vez maior dos íons produzidos atinge os eletrodos. Este aumento continua até que a tensão de “saturação” seja atingida. A faixa de tensão operacional em que isso ocorre é chamada de região de recombinação . Os detectores não são operados nesta região, porque nem o número de recombinações nem o número de pares de íons produzidos inicialmente podem ser determinados com precisão.
• Região de ionização . Na região de ionização, um aumento na voltagem não causa um aumento substancial no número de pares de íons coletados. O número de pares de íons coletados pelos eletrodos é igual ao número de pares de íons produzidos pela radiação incidente e depende do tipo e energia das partículas ou raios na radiação incidente. Portanto, nesta região a curva é plana. A tensão deve ser maior que o ponto em que pares de íons dissociados podem se recombinar. Por outro lado, a tensão não é alta o suficiente para produzir amplificação de gás (ionização secundária). Os detectores na região de ionização operam com uma força de campo elétrico baixa, selecionada de forma que não ocorra multiplicação de gás . Sua corrente é independente da tensão aplicada e sãopreferidos para altas taxas de dose de radiação porque não possuem “tempo morto”, um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Mueller em altas taxas de dose.
• Região proporcional . Na região proporcional, a carga coletada aumenta com um aumento adicional na tensão do detector, enquanto o número de pares de íons primários permanece inalterado. O aumento da tensão fornece aos elétrons primários aceleração e energia suficientes para que eles possam ionizar átomos adicionais do meio. Esses íons secundários formados também são acelerados, causando um efeito conhecido como avalanches de Townsend , que cria um único pulso elétrico grande. Embora exista um grande número de íons secundários (cerca de 10 ³ – 10 ⁵ ) para cada evento primário, a câmara é sempre operada de modo que o número de íons secundários seja proporcionalpara o número de eventos primários. É muito importante, porque a ionização primária depende do tipo e energia das partículas ou raios no campo de radiação interceptado. O número de pares de íons coletados dividido pelo número de pares de íons produzidos pela ionização primária fornece o fator de amplificação do gás (indicado por A). A amplificação de gás que ocorre nessa região pode aumentar a quantidade total de ionização para um valor mensurável. O processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal-ruído do detector e reduz a amplificação eletrônica subsequente necessária. 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. Os instrumentos proporcionais de detecção de contadores são muito sensíveis a baixos níveis de radiação. Além disso, os contadores proporcionais são capazes de identificar partículas e medir energia (espectroscopia). Diferentes energias de radiação e diferentes tipos de radiação podem ser distinguidos através da análise da altura do pulso, uma vez que diferem significativamente na ionização primária.
• 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.
• 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 “ extinçãoTécnicas. Ao contrário dos contadores proporcionais, a energia ou mesmo a partícula 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.
• Região de descarga . Finalmente, em tensões ainda mais altas (acima da região de Geiger-Mueller), o campo elétrico gera uma descarga contínua do meio, com a câmara não sendo mais sensível a qualquer ionização incidente. Esta região não é usada para detecção ou medição de radiação ionizante. Se a tensão do tubo Geiger for aumentada acima do final do platô, a taxa de contagem começará a aumentar rapidamente novamente, até o início da descarga contínua, onde o tubo não pode detectar radiação e pode ser danificado.

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 .

Detecção de radiação alfa, beta e gama usando o contador Geiger-Mueller

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.

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  tempo morto  é o tempo após cada evento durante o qual o sistema não pode gravar outro evento.

Em um contador Geiger, o gás de preenchimento da câmara é um gás inerte que é ionizado pela radiação incidente e um gás de resfriamento de 5 a 10% de um vapor orgânico ou de um gás halogênio para evitar pulsações espúrias, extinguindo as avalanches de elétrons. O contador Geiger não deve fornecer pulsos espúrios e deve se recuperar rapidamente para o estado passivo, pronto para o próximo evento de radiação. Argônio e hélio são os gases de enchimento mais usados ​​e permitem a detecção de radiação alfa, beta e gama. Para a detecção de nêutrons, He-3 e BF ₃ (trifluoreto de boro) são os gases mais empregados.

No entanto, para cada elétron coletado na câmara, resta um íon de gás com carga positiva. 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. Esses átomos retornam ao seu estado fundamental emitindo fótons que, por sua vez, produzem mais ionização e, portanto, descargas secundárias espúrias. 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 melhorado pelo uso de Técnicas de “extinção” .

As moléculas de gás de têmpera têm uma afinidade mais fraca pelos elétrons do que o gás da câmara; portanto, os átomos ionizados do gás da câmara retiram prontamente elétrons das moléculas de gás de extinção. Assim, as moléculas ionizadas do gás de têmpera atingem a parede da câmara em vez do gás da câmara. As moléculas ionizadas do gás de têmpera são neutralizadas pelo ganho de um elétron, e a energia liberada não causa mais ionização, mas causa a dissociação da molécula. Esse tipo de resfriamento é conhecido como  resfriamento automático  ou  interno , pois os tubos interrompem a descarga sem assistência externa.

Para os contadores Geiger, a têmpera externa, às vezes chamada de “ têmpera ativa ” ou “ têmpera eletrônica ”, também é uma possibilidade. A têmpera eletrônica usa eletrônica simplista de controle de alta velocidade para remover e reaplicar rapidamente a alta tensão entre os eletrodos por um tempo fixo após cada pico de descarga, a fim de aumentar a taxa máxima de contagem e a vida útil do tubo.

Referência Especial: Departamento de Energia, Instrumantação e Controle dos EUA. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2, de 2 de junho de 1992.

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 .

Princípio básico dos contadores Geiger

O contador Geiger possui um cátodo e um ânodo mantidos em alta tensão, e o dispositivo é caracterizado por uma capacitância determinada pela geometria dos eletrodos. Em um contador Geiger, o gás de preenchimento da câmara é um gás inerte que é ionizado pela radiação incidente e um gás de resfriamento de 5 a 10% de um vapor orgânico ou de um gás halogênio para evitar pulsações espúrias, extinguindo as avalanches de elétrons.

À medida que a radiação ionizante entra no gás entre os eletrodos, um número finito de pares de íons é formado. No ar, a energia média necessária para produzir um íon é de cerca de 34 eV; portanto, uma radiação de 1 MeV completamente absorvida no detector produz cerca de 3 x 10 ⁴par de íons. O comportamento dos pares de íons resultantes é afetado pelo gradiente de potencial do campo elétrico dentro do gás e pelo tipo e pressão do gás de enchimento. Sob a influência do campo elétrico, os íons positivos se moverão em direção ao eletrodo carregado negativamente (cilindro externo) e os íons negativos (elétrons) migrarão em direção ao eletrodo positivo (fio central). O campo elétrico nessa região impede que os íons se recombinem com os elétrons. Nas imediações do fio do ânodo, a intensidade do campo se torna grande o suficiente para produzir avalanches de Townsend. 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. O alto fator de amplificação do contador Geiger é a principal vantagem sobre a câmara de ionização. O contador Geiger é, portanto, um dispositivo muito mais sensível do que outras câmaras. É frequentemente usado na detecção de raios gama de baixo nível e partículas beta por esse motivo.

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 técnicas de “extinção” .

A coleta de todos esses elétrons produzirá uma carga nos eletrodos e um pulso elétrico no circuito de detecção. Cada pulso corresponde a um raio gama ou interação de nêutrons. A altura do pulso não é proporcional ao número de elétrons originais produzidos. Portanto, os contadores Geiger não são capazes de identificar partículas e medir energia (espectroscopia). Como o processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector, a amplificação eletrônica subsequente geralmente não é necessária.

Para sistemas de detecção de radiação que registram pulsos (eventos discretos) , o tempo morto é o tempo após cada evento durante o qual o sistema não é capaz de registrar outro evento. Esse fenômeno é muito importante, por exemplo, para os contadores Geiger . 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 são capazes de medir altas taxas de radiação devido ao “tempo morto” do tubo.

Em outras palavras, tempo morto é o período durante o qual o detector está ocupado e não pode aceitar e processar pulsos. No caso de detectores de radiação ionizante, esse fenômeno pode ter sérias conseqüências, uma vez que o tempo morto distorce as saídas com atividades altas ou altas taxas de dose. O tempo total morto de um sistema de detecção geralmente é devido às contribuições do tempo intrínseco do detector, do front end analógico e da aquisição de dados.

Detector Paralizável e Não Paralisável

Devido à natureza aleatória do decaimento radioativo , sempre há alguma probabilidade de que um evento verdadeiro seja perdido, porque outro evento é apenas gravado e o detector não pode aceitar e processar mais de um pulso.

Existem duas características principais de tempo morto de cada sistema de detecção:

• Paralisável . Em um detector paralisável, um evento ocorrendo durante o tempo morto não será apenas perdido, mas reiniciará o tempo morto, de modo que, com o aumento da taxa, o detector alcançará um ponto de saturação onde será incapaz de registrar qualquer evento.
• Não paralisável . Em um detector não paralisável, um evento que ocorre durante o tempo morto é simplesmente perdido, de modo que, com uma taxa de evento crescente, o detector atinge uma taxa de saturação igual à inversa do tempo morto.