O que é câmara de ionização vs contador proporcional

Em geral, a câmara de ionização e também o contador proporcional são tipos de detectores de ionização gasosa. As câmaras de ionização podem ser operadas no modo atual ou de pulso. Por outro lado, os contadores proporcionais são quase sempre usados no modo de pulso. Dosimetria de Radiação

Em geral, a câmara de ionização e também o contador proporcional são tipos de detectores de ionização gasosa. Estes podem ser classificados de acordo com a voltagem aplicada ao detector:

Como em outros detectores, 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.

Câmara de ionização

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 Nuclear (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 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.

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 bem 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 .

Contador proporcional

Um contador proporcional , também conhecido como detector proporcional , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região proporcional . Nesta região, a voltagem é alta o suficiente para fornecer aos elétrons primários aceleração e energia suficientes para que eles possam ionizar átomos adicionais do meio. Esses íons secundários ( amplificação de gás ) formados também são acelerados, causando um efeito conhecido como avalanches de Townsend , que cria um único pulso elétrico grande.

Vantagens dos contadores proporcionais

Amplificação . Os contadores proporcionais gasosos geralmente operam em campos elétricos altos da ordem de 10 kV / cm e atingem fatores de amplificação típicos de cerca de 10 ⁵ . Como o fator de amplificação depende fortemente da tensão aplicada, a carga coletada (sinal de saída) também depende da tensão aplicada e os contadores proporcionais requerem tensão constante. O alto fator de amplificação do contador proporcional é a principal vantagem sobre a câmara de ionização.
Sensibilidade . O processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector e reduz a amplificação eletrônica subsequente necessária. Como o processo de amplificação de carga melhora muito a relação sinal / ruído do detector, a amplificação eletrônica subsequente geralmente não é necessária. Os instrumentos proporcionais de detecção de contadores são muito sensíveis a baixos níveis de radiação. Além disso, ao medir a saída de corrente, um detector proporcional é útil para taxas de dose,
uma vez que o sinal de saída é proporcional à energia depositada por ionização e, portanto, proporcional à taxa de dose.
Espectroscopia . Por arranjos funcionais adequados, modificações e polarização, o contador proporcional pode ser usado para detectar radiação alfa, beta, gama ou nêutron em campos de radiação mista. Além disso, os contadores proporcionais são capazes de identificar partículas e medir energia (espectroscopia). A altura do pulso reflete a energia depositada pela radiação incidente no gás do detector. Como tal, é possível distinguir os pulsos maiores produzidos pelas partículas alfa dos pulsos menores produzidos pelas partículas beta ou raios gama .

Desvantagens dos contadores proporcionais

Tensão constante . Quando os instrumentos são operados na região proporcional, a tensão deve ser mantida constante . Se uma tensão permanecer constante, o fator de amplificação do gás também não muda. A principal desvantagem do uso de contadores proporcionais em instrumentos portáteis é que eles 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.
Têmpera . Para cada elétron coletado na câmara, resta um íon de gás carregado positivamente. Esses íons gasosos são pesados em comparação com um elétron e se movem muito mais lentamente. Os elétrons livres são muito mais leves que os íons positivos; portanto, eles são atraídos para o eletrodo central positivo muito mais rapidamente do que os íons positivos são atraídos para a parede da câmara. A nuvem resultante de íons positivos próximos ao eletrodo leva a distorções na multiplicação de gases. Na prática, o término da avalanche é melhorado pelo uso detécnicasde “ extinção ”.

Detectores de ionização gasosa - Regiões — Este diagrama mostra o número de pares de íons gerados no detector a gás, que varia de acordo com a tensão aplicada à radiação incidente constante. As tensões podem variar amplamente, dependendo da geometria do detector e do tipo e pressão do gás. Esta figura indica esquematicamente as diferentes regiões de tensão dos raios alfa, beta e gama. Existem seis principais regiões operacionais práticas, nas quais três (região de ionização, proporcional e Geiger-Mueller) são úteis para detectar radiação ionizante. As partículas alfa são mais ionizantes que as partículas beta e os raios gama; portanto, mais corrente é produzida na região da câmara de íons por alfa do que beta e gama, mas as partículas não podem ser diferenciadas. Mais corrente é produzida na região de contagem proporcional por partículas alfa que beta, mas, pela natureza da contagem proporcional, é possível diferenciar pulsos alfa, beta e gama. Na região de Geiger, não há diferenciação de alfa e beta, pois qualquer evento de ionização isolado no gás resulta na mesma saída de corrente.

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