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 exigem 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. 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 ”.
Detectores de cintilação
Um contador de cintilação ou detector de cintilação é um detector de radiação que usa o efeito conhecido como cintilação . 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.
O princípio básico de operação envolve a reação da radiação com um cintilador, que produz uma série de flashes de intensidade variável. A intensidade dos flashes é proporcional à energia da radiação. Esse recurso é muito importante. Esses contadores são adequados para medir a energia da radiação gama ( espectroscopia gama ) e, portanto, podem ser usados para identificar isótopos emissores gama.
Os contadores de cintilação são amplamente utilizados em proteção contra radiação , ensaio de materiais radioativos e pesquisa em física, porque podem ser feitos de maneira barata, mas com boa eficiência, e podem medir a intensidade e a energia da radiação incidente. Hospitais em todo o mundo possuem câmeras gama baseadas no efeito de cintilação e, portanto, também são chamadas de câmeras de cintilação.
As vantagens e desvantagens dos contadores de cintilação são determinadas pelo cintilador. Os seguintes recursos não são gerais para todos os cintiladores.
Vantagens dos detectores de cintilação
- Eficiência . As vantagens de um contador de cintilação são sua eficiência e as altas taxas de precisão e contagem possíveis. Esses últimos atributos são uma conseqüência da duração extremamente curta dos flashes de luz, de cerca de 10 a 9 (cintiladores orgânicos) a 10 a 6 (cintiladores inorgânicos) segundos.
- Espectroscopia . A intensidade dos flashes e a amplitude do pulso da tensão de saída são proporcionais à energia da radiação . Portanto, os contadores de cintilação podem ser usados para determinar a energia, bem como o número, das partículas excitantes (ou fótons gama). Para espectrometria gama, os detectores mais comuns incluem contadores de cintilação de iodeto de sódio (NaI) e detectores de germânio de alta pureza. O cintilador NaI (Tl) tem uma resolução de energia mais alta que um contador proporcional , permitindo determinações de energia mais precisas. Por outro lado, se uma resolução de energia perfeita for necessária, precisamos usar um detector à base de germânio, como o detector HPGe.
Desvantagens dos detectores de cintilação
- Higroscopicidade . 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.
- NaI (Tl) não tem resposta beta ou alfa e baixa resposta gama de baixa energia.
- Cintiladores líquidos são relativamente pesados.
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