Tubo Geiger-Müller
.JPG){kind=link}
El tubo Geiger-Müller o tubo G-M és l'element de detecció de l'instrument denominat contador Geiger utilisat per a la detecció de radiació ionizante. Deu el seu nom a Hans Geiger, que va descobrir el principi en 1908,[1] i a Walter Müller, que va colaborar en Geiger en el desenroll tècnic en 1928 per a produir un tubo pràctic que podia detectar numerosos tipos de partícules radiactives diferents.[2]
És un tipo de detector de ionisació gaseosa que utilisa el fenomen de la remugada de Townsend per a produir un pols electrònic fàcilment detectable a partir d'alguna cosa tan mínim com un sol event ionizante per la presència d'una partícula de radiació. S'utilisa per a la detecció de la radiació gamma, rajos X, i les partícules alfa i beta. També pot ser adaptat per a detectar neutrons. El tubo opera en la regió "Geiger" del parell generador de ions, d'acort en el gràfic adjunt que mostra la corrent de ions contra el voltage aplicat en un detector gaseós.
Si be és un detector robust i de baix cost, el tubo G-M no és capaç de medir altes taxes de radiació de manera eficient, té una vida finita en les zones d'alta radiació i és incapaç de medir l'energia de la radiació incident, per lo que no es pot generar informació espectral i no permet discriminar el tipo de radiació detectada.
Principi de funcionament
[editar | editar còdic]
El tubo es compon d'una cambra plena d'un gas inerte a baixa pressió (d'aproximadament 0,1 atmòsfera). Esta conté dos electrodos, entre els quals existix una diferència de potencial de varis centenars de volts. Les parets del tubo són o be de metal o tenen la seua superfície interior recoberta en un conductor per a formar el càtodo, mentres que l'ànodo és un fil en el centre de la cambra.
Quan la radiació ionizante colpeja el tubo, algunes molècules del gas es ionizan, ya siga directament per la radiació incident o indirectament per mig dels electrons secundaris produïts en les parets del tubo. Açò crea ionés carregats positivament i electrons lliures, coneguts com pares de ions en el gas que ompli la càpsula cilíndrica. El fort camp elèctric creat pels electrodos del tubo accelera els ions positius cap al càtodo i els electrons cap a l'ànodo. Prop de l'ànodo, en la "regió de remugada" els electrons guanyen energia suficient per a ionizar les molècules de gas adicionals i crear un gran número de remugades d'electrons que s'estenen a lo llarc de l'ànodo i movilisen eficaçment tota la regió de remugada. Est és l'efecte "multiplicador del gas", característica clau del tubo per a que siga capaç de produir un impuls d'eixida significatiu a partir de tan sol un únic event ionizante.[3]
Considerant només una remugada a partir de l'event ionizante original, llavors el número de molècules excitades seria de l'orde de 106 a 108. No obstant, en la pràctica resulta la producció de remugades múltiples, en un factor de multiplicació encara major que pot produir al voltant de 109 a 1010 parells de ions.[3] La creació de múltiples remugades es deu a la producció de fotons ultravioletas en la remugada original, que no es veuen afectats pel camp elèctric i es mouen lateralment sobre l'eix de l'ànodo per a provocar nous events ionizantes per colisió en les molècules del gas. Estes colisions produïxen noves remugades, que a la seua volta produïxen més fotons, i per lo tant més remugades en una reacció en cadena que s'estén lateralment a través del gas de farcidura, i envol el cable de l'ànodo. El diagrama adjunt mostra este procés de forma gràfica. La velocitat de propagació de les remugades és típicament 2-4 cm per microsegon, de manera que per als tamanys comuns de tubos, l'ionisació completa del gas al voltant de l'ànodo tarda només uns microsegons.[3]
Este breu intens pols de corrent, es pot medir com un event contable en forma d'un pols de voltage desenrollat a través d'una resistència elèctrica externa que pot ser de l'orde de volts, fent aixina més senzill el processament electrònic.
La descàrrega termina per l'efecte colectiu dels ions positius creats per les remugades. Estos ions tenen menor movilitat que els electrons lliures per la seua major massa i permaneixen en la zona de l'aram de l'ànodo. Açò crea una "càrrega espacial", que contrarresta el camp elèctric que és necessari per a la generació d'una remugada contínua. Per a una geometria del tubo particular i una tensió de funcionament donada, el final d'este procés sempre es produïx quan s'ha creat un cert número de remugades, per lo tant, els polsos des del tubo sempre són de la mateixa magnitut, independentment de l'energia de la partícula iniciadora. En conseqüència, no hi ha informació sobre l'energia de radiació en els polsos,[3] lo que significa que el tubo Geiger-Muller no pot ser utilisat per a generar informació espectral de la radiació incident.
La pressió del gas d'omplit és important en la generació de remugades. Una pressió massa baixa reduïx l'eficiència de l'interacció en la radiació incident. En una pressió massa alta, el "recorregut lliure mig" per a les colisions entre electrons accelerats i el gas d'omplit és massa menuda, i els electrons no poden reunir suficient energia entre cada colisió per a causar ionisació del gas. L'energia adquirida pels electrons és proporcional a la relació "i/p", a on "i" és l'intensitat del camp elèctric en eixe punt en el gas, i "p" és la pressió[3] del gas.
Tipos de tubo
[editar | editar còdic]En térmens generals, hi ha dos tipos principals de construcció de tubo Geiger.
Tipo de finestra final
[editar | editar còdic]
Per a les partícules alfa, partícules beta de baixa energia i rajos X de baixa energia, la forma habitual és un tubo cilíndric en una menuda finestra. En este tipo de tubo la finestra se sol situar en una de les bases del cilindre, i es recobrix d'un material prim a través del que pot passar fàcilment la radiació de baixa penetració. La mica és un material utilisat comunament per la seua baixa massa per unitat d'àrea. En l'atre extrem es troba la conexió elèctrica en l'ànodo.
Tubo "pancake"
[editar | editar còdic]
El tubo pancake és una variant del tubo de finestra final, dissenyat per al seu us per a controlar la contaminació beta i gamma. Té més o menys la mateixa sensibilitat a les partícules que el tipo de finestra final, pero té una forma anular plana (d'ahí la denominació de pancake; tortita en espanyol) similar a un disc, en lo que l'àrea de la finestra és més gran i es pot utilisar en un mínim espai per al gas. De la mateixa manera que el tubo cilíndric de finestra final, la mica és un material utilisat comunament en la finestra pel seu baix pes per unitat d'àrea. L'ànodo és normalment multi-cable en círculs concèntrics, de modo que s'estén completament a través de l'espai del gas.
Tipo de finestres
[editar | editar còdic]Este tipo general és distint al tipo de finestra final, pero té dos subtipos principals, que utilisen diferents mecanismes d'interacció en la radiació per a obtindre el reconte.
De paret grossa
[editar | editar còdic]
S'utilisa per a la detecció de rajos gamma d'alta energia. Este tipo generalment té una gruixa de paret total d'aproximadament 1-2 mm d'acer al cromo. Degut a que la majoria dels fotons gamma d'alta energia passarà a través del gas de farcidura de baixa densitat sense interactuar, el tubo utilisa l'interacció dels fotons en les molècules del material de la paret per a produir electrons secundaris d'alta energia dins de la paret. Alguns d'estos electrons es produïxen suficientment prop de la paret interior del tubo per a escapar en el gas d'omplit. Tan pronte com açò succeïx, la deriva d'electrons a l'ànodo i una remugada d'electrons es produïx com si l'electró lliure haguera segut creat dins del gas.[3] La remugada és un efecte secundari d'un procés que s'inicia dins de la paret del tubo; i la remugada no és l'efecte de la radiació directament en el propi gas.
De paret prima
[editar | editar còdic]Els tubos de parets primes s'utilisen para:
- Detecció beta d'alta energia, en el que la radiació beta entra a través del costat del tubo i interactua directament en el gas, pero la radiació té que ser lo suficientment energètica com per a penetrar en la paret del tubo. La radiació beta de baixa energia, que penetraria per una finestra final, seria detinguda per la paret del tubo.
- Gamma de baixa energia i detecció de rajos X. Els fotons d'energia més baixa interactuen millor en el gas de farcidura, per lo que este disseny se centra en l'aument del volum del gas d'omplit per mig de l'us d'un tubo de paret llarga i prima i no utilisa l'interacció de fotons en la paret del tubo. La transició del disseny de paret fina a paret grossa té lloc en els nivells d'energia dels 300-400 keV. Per damunt d'estos nivells s'utilisen dissenys de parets grosses, i per baix d'estos nivells l'efecte directe de ionisació del gas és predominant.
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ (1908).Proceedings of the Royal Society.Londres:81(546)
- 141–161.doi:10.1098/rspa.1908.0065.
- ↑ Vore també:
- (1928).Physikalische Zeitschrift.29
- 839–841.
- (1929).Physikalische Zeitschrift.30
- 489–493.
- (1929).Physikalische Zeitschrift.30
- 523 ff.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Glenn F Knoll. Radiation Detection and Measurement, third edition 2000. John Wiley and sons, ISBN 0-471-07338-5
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Tubo Geiger-Müller» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.