Contador Geiger, Principio de funcionamiento, Tipos y aplicaciones, Historia

Un contador Geiger-Müller, también llamado un contador Geiger, es un tipo de detector de partículas que mide la radiación ionizante. Se detecta la emisión de radiación nuclear - partículas alfa, partículas beta o gamma - por la ionización producida en un gas de baja presión en un tubo Geiger-Müller, que da nombre al instrumento. En el uso de ancho y prominente como un instrumento portátil reconocimiento de la radiación, es quizás más conocido instrumento de la radiación de la sociedad.

El principio de funcionamiento original fue descubierto en 1908 en la investigación de la radiación inicial. Dado que el desarrollo posterior del tubo Geiger-Müller en 1928 el contador Geiger Müller ha sido un instrumento popular para su uso en dosimetría de la radiación, la salud física, la física experimental, la industria nuclear, la exploración geológica y otros campos, debido a su robusto elemento de detección y un costo relativamente bajo. Sin embargo, hay limitaciones en la medición de altas tasas de radiación y en la medición de la energía de la radiación incidente.

Principio de funcionamiento

Instrumentos contador Geiger se componen de dos elementos principales: el tubo Geiger-Muller, así como el tratamiento y la electrónica de visualización. El elemento de detección de la radiación es un tubo Geiger-Muller-llena de gas inerte que lleva a cabo brevemente carga eléctrica cuando una partícula o fotón de radiación hace que el conductor de gas por la ionización. El tubo tiene la propiedad de ser capaz de amplificar cada evento de ionización por medio del efecto de avalancha Townsend y produce un impulso de corriente fácil de medir que se pasa a la electrónica de procesamiento.

Lectura de salida

Existen fundamentalmente dos tipos de lectura de la radiación; recuentos o dosis de radiación. La pantalla cuenta es la más simple y es el número de eventos ionizantes muestran ya sea como una tasa de recuento, "cuentas por segundo" de manera habitual, o como un total en un período de tiempo establecido. La lectura de cargos se usa normalmente cuando se detectan las partículas alfa o beta. Más complejo para lograr es una pantalla de la tasa de dosis de radiación, está representada en una unidad como la Sievert. Este tipo de pantalla se usa normalmente para la medición de las tasas de dosis gamma o de rayos-X. El tubo GM sólo puede detectar la presencia de la radiación, pero no su energía; que determina el efecto ionizante. Por consiguiente, la medición de la tasa de dosis requiere el uso de un tubo GM compensado energía, de modo que la dosis absorbida se muestra se refiere a los recuentos detectados. La electrónica se aplicarán factores conocidos para hacer esta conversión, que es específico para cada instrumento y está determinada por el diseño y calibración.

La lectura puede ser analógica o digital, y cada vez más, los instrumentos modernos están ofreciendo las comunicaciones serie con un ordenador o una red.

No es por lo general una opción para producir clics audibles que representan el número de eventos de ionización. Este es el sonido distintivo que normalmente se asocian con los contadores Geiger portátiles de mano o. El propósito de esto es para permitir que el usuario concentrarse en la manipulación del instrumento, conservando retroalimentación auditiva en la tasa de radiación. La electrónica también genera la tensión relativamente alta, típicamente 400-600 voltios, que tiene que ser aplicada al tubo Geiger-Muller para permitir su operación.

Limitaciones

Hay dos limitaciones principales del contador Geiger. Debido a que el impulso de salida a partir de un tubo Geiger-Muller es siempre la misma independientemente de la magnitud de la energía de la radiación incidente, el tubo no puede diferenciar entre los tipos de radiación. Otra limitación es la incapacidad de medir altas tasas de radiación debido a la "tiempo muerto" del tubo. Este es un período insensible después de cada ionización del gas durante el cual cualquier radiación incidente más no dará lugar a un recuento, y la tasa indicada es por lo tanto menor que real. Normalmente, el tiempo muerto se reducirá tasas de recuento indicadas por encima de aproximadamente 104 a 105 cuentas por segundo en función de la característica del tubo que está siendo utilizado. Mientras que algunos contadores tienen circuitos que pueden compensar esto, porque se prefieren las mediciones de los instrumentos de cámara iónica precisos de los altos índices de radiación.

Tipos y aplicaciones

La aplicación y el uso de un contador Geiger dictada enteramente por el diseño del tubo.

Detección de partículas

Los primeros usos históricos del principio Geiger eran para la detección de partículas alfa y beta, y el instrumento se sigue utilizando para este fin en la actualidad. Para las partículas alfa y partículas beta de baja energía del tipo "ventana final" de tubo GM se utiliza como estas partículas tienen un rango limitado, incluso en el aire libre y son fácilmente detenidos por un material sólido. La ventana de extremo está diseñado para ser lo suficientemente delgada como para permitir que a través de estas partículas con la atenuación mínima, y normalmente tiene una densidad de aproximadamente 1,5 - 2,0 mg/cm2. Para la detección eficiente de partículas alfa de la ventana tubo GM debería ser, idealmente, dentro de 10 mm de la fuente de radiación debido a la atenuación de partículas en el aire libre. Sin embargo, el tubo GM produce una salida de impulsos, que es de la misma magnitud para toda la radiación detectada, por lo que un contador Geiger con un tubo de ventana de extremo no puede distinguir entre partículas alfa y beta. El detector Geiger-Muller "pancake" es una variante de la sonda ventana extremo diseñado con un área de detección más grande, y se utiliza normalmente como un monitor de contaminación alfa/beta.

Partículas beta de alta energía también pueden ser detectados por una pared del tubo "ventanas" de espesor, lo que no tiene ventana final dedicado. Aunque las paredes de los tubos tienen una mayor potencia de frenado de una ventana final, todavía permitir que estas partículas más energéticas que llegan al gas de relleno.

Detectores Geiger todavía se utilizan como un propósito alfa/medición de contaminación radiactiva portátil beta y detección de instrumento general, debido a su coste relativamente bajo, robustez y su relativamente alta eficiencia de detección; particularmente con partículas beta de alta energía. Sin embargo, para la discriminación entre las partículas alfa y beta o suministro de información de energía de partículas, se deben utilizar los contadores de centelleo o contadores proporcionales. Estos tipos de instrumentos también pueden tener áreas del detector mucho más grandes, lo que significa que la comprobación de superficies para la contaminación es mucho más rápido.

Gamma y rayos X de detección

Contadores Geiger se pueden utilizar para detectar la radiación gamma, y para ello se utiliza el tubo de ventanas. Sin embargo, la eficiencia es de sólo 1%, debido a la baja interacción de gamma con el tubo.

El artículo sobre el tubo Geiger-Muller lleva una cuenta de las técnicas utilizadas para detectar la radiación de fotones. En resumen, para la gamma de alta energía de este se basa en gran medida en la interacción de la radiación de fotones con el material de la pared del tubo, por lo general 1-2 mm de acero al cromo, para producir electrones dentro de la pared que puede entrar y ionizar el gas de llenado. Esto es necesario ya que el gas de baja presión en el tubo tiene poca interacción con los fotones gamma de alta energía, y más pasan a través sin ser detectados. Sin embargo, para los fotones de baja energía hay una mayor interacción de gas y los incrementos directos efecto de ionización. Como las energías de fotones disminuye desde un máximo a un nivel bajo el dominio del efecto de pared da paso a una combinación de efectos de pared y de ionización directa, hasta ionización directa de gas domina. Debido a la variación en la respuesta a diferentes energías de los fotones, los tubos de acero de paredes gruesas emplean lo que se conoce como "compensación de energía", que compensa parcialmente variaciones para aumentar la precisión global considerado en un rango grande de la energía.

Un diseño típico de detección de fotones de baja energía es un tubo de pared delgada larga. Esto da un volumen adicional de gas, y por lo tanto aumento en la probabilidad de interacción de las partículas, pero todavía permite a fotones de baja energía para entrar en el gas a través de la pared delgada.

Detección de neutrones

Una variación del tubo Geiger se utiliza para medir los neutrones, donde el gas utilizado es trifluoruro de boro o helio 3 y un moderador de plástico se utiliza para ralentizar los neutrones. Esto crea una partícula alfa en el interior del detector de neutrones y por lo tanto se puede contar.

Gamma protección medición personal y control de procesos

El término "Geiger counter" se utiliza comúnmente para referirse a un tipo de medidor encuesta de mano, sin embargo, el principio de Geiger es de uso generalizado en la zona "gamma" alarmas instaladas para la protección del personal, y en la medición de procesos y aplicaciones de bloqueo. Un tubo Geiger sigue siendo el dispositivo de detección, pero la electrónica de procesamiento tendrá un mayor grado de sofisticación y fiabilidad que la utilizada en un medidor manual encuesta.

Diseño físico

Para las unidades de mano hay dos configuraciones físicas fundamentales: la unidad "integral" tanto con detector y la electrónica en la misma unidad, y el diseño "dos piezas", que tiene una sonda detectora independiente y un módulo electrónico conectado por un cable corto .

La unidad integral permite la operación con una sola mano, por lo que el operador puede utilizar la otra mano para la seguridad personal en difíciles posiciones de supervisión, pero el diseño de dos piezas permite la fácil manipulación del detector, y se utiliza comúnmente para el alfa y el seguimiento de la contaminación superficial beta en cuidado se requiere la manipulación de la sonda o el peso de la pieza electrónica haría operación difícil de manejar. Un número de diversos detectores de tamaño están disponibles para adaptarse a situaciones particulares, tales como la colocación de la sonda en pequeñas aberturas o espacios confinados.

Detectores de rayos gamma y X-Ray generalmente usan un diseño "integral" para que el tubo Geiger-Müller está convenientemente dentro de la caja electrónica. Esto puede ser logrado fácilmente, porque la carcasa tiene por lo general poco atenuación, y se emplea en mediciones gamma del ambiente donde la distancia desde la fuente de radiación no es un factor significativo. Sin embargo, para facilitar las mediciones más localizadas tales como "dosis en la superficie", la posición del tubo en el recinto a veces se indica por los objetivos de la carcasa por lo que una medición precisa se puede hacer con el tubo en la orientación correcta y una distancia conocida de la superficie.

Hay un tipo particular de instrumento gamma conocido como un "punto caliente" detector que tiene el tubo detector en el extremo de un poste largo o conducto flexible. Estos se utilizan para medir ubicaciones gamma de alta radiación y de proteger al operador por medio de la distancia blindaje.

Detección de partículas alfa y beta se puede utilizar en ambos diseños integrales y de dos piezas. Una sonda de la crepe se utiliza generalmente para aumentar el área de la detección de instrumentos de dos piezas, mientras que siendo un peso relativamente ligero. En instrumentos integrales utilizando un tubo de ventana de extremo hay una ventana en el cuerpo de la carcasa para evitar blindaje de partículas. También hay instrumentos híbridos que tienen una sonda separada para la detección de partículas y un tubo de detección de rayos gamma dentro del módulo electrónico. Los detectores son conmutables por el operador, dependiendo del tipo de radiación que se está midiendo.

Orientación sobre el uso de aplicaciones

En el Reino Unido, el HSE ha publicado una nota de orientación del usuario en la selección del instrumento de medición de la radiación correcta para la aplicación en cuestión. Esto cubre todas las tecnologías de instrumentos de radiación, y es una guía comparativa útil para el uso de detectores de GM.

Historia

En 1908 Hans Geiger, bajo la supervisión de Ernest Rutherford en la Universidad Victoria de Manchester, desarrollado una técnica experimental para la detección de las partículas alfa que luego serían utilizadas en el tubo Geiger-Muller. Este contador sólo era capaz de detectar partículas alfa y era parte de un aparato experimental más grande. El mecanismo de ionización fundamental usada fue descubierto por John Sealy Townsend por su trabajo entre 1897 y 1901, y es conocida como la descarga Townsend, que es la ionización de las moléculas por impacto de iones.

No fue sino hasta 1928 que Geiger y Walther Müller desarrolló el sellado del tubo Geiger-Müller, que podría detectar más tipos de radiación ionizante y se convirtió en un sensor de radiación práctica. Una vez que esto estaba disponible, instrumentos contador Geiger podrían ser producidos de forma relativamente barata, porque el gran impulso de salida requiere poco procesamiento electrónico para dar una lectura tasa de recuento, lo que era una ventaja distinta en la era de la válvula termoiónica debido al coste de la válvula y el consumo de energía.

Las versiones modernas del contador Geiger utilizan el tubo de halógeno inventado en 1947 por Sidney H. Liebson. Se reemplazó el tubo Geiger antes debido a su gran duración y tensión de servicio inferior, típicamente 400 a 600 voltios.