Em geral, o contador Geiger e também a câmara de ionização 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.
Contador Geiger
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 são geralmente 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.
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 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. 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 .
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