 Un contador Geiger-Müller tipo banco de "dos piezas" con detector de ventana final | |
| Otros nombres | Geiger |
|---|---|
| Inventor | Hans Geiger Walther Müller |
| Artículos relacionados | Tubo Geiger – Müller |
Un contador Geiger es un instrumento que se utiliza para detectar y medir la radiación ionizante . También conocido como contador Geiger-Müller (o contador Geiger-Muller ), se utiliza ampliamente en aplicaciones como dosimetría de radiación , protección radiológica , física experimental y la industria nuclear .
Detecta radiaciones ionizantes como partículas alfa , partículas beta y rayos gamma mediante el efecto de ionización que se produce en un tubo Geiger-Müller , que da nombre al instrumento. [1] Con un uso amplio y prominente como instrumento de estudio de radiación portátil , es quizás uno de los instrumentos de detección de radiación más conocidos del mundo .
El principio de detección original se realizó en 1908 en la Universidad de Manchester , [2] pero no fue hasta el desarrollo del tubo Geiger-Müller en 1928 que el contador Geiger pudo producirse como un instrumento práctico. Desde entonces, ha sido muy popular debido a su elemento sensor robusto y su costo relativamente bajo. Sin embargo, existen limitaciones para medir altas tasas de radiación y la energía de la radiación incidente. [3]
Principio de funcionamiento [ editar ]
Un contador Geiger consta de un tubo Geiger-Müller (el elemento sensor que detecta la radiación) y la electrónica de procesamiento, que muestra el resultado.
El tubo Geiger-Müller se llena con un gas inerte como helio , neón o argón a baja presión, al que se aplica un alto voltaje. El tubo conduce brevemente la carga eléctrica cuando una partícula o fotón de radiación incidente hace que el gas sea conductor por ionización. La ionización se amplifica considerablemente dentro del tubo por el efecto de descarga de Townsend para producir un pulso de detección fácilmente medible, que se alimenta a la electrónica de procesamiento y visualización. Este gran pulso del tubo hace que el contador Geiger sea relativamente barato de fabricar, ya que la electrónica posterior se simplifica enormemente. [3]La electrónica también genera el alto voltaje, típicamente 400-900 voltios, que debe aplicarse al tubo Geiger-Müller para permitir su funcionamiento. Para detener la descarga en el tubo Geiger-Müller se agrega un poco de gas halógeno o material orgánico (alcohol) a la mezcla de gases.
Lectura [ editar ]
Hay dos tipos de lectura de radiación detectada: recuentos o dosis de radiación . La pantalla de recuentos es la más simple y es el número de eventos ionizantes detectados que se muestra como una tasa de recuento, como "recuentos por minuto" o "recuentos por segundo", o como un número total de recuentos durante un período de tiempo establecido (un total). La lectura de recuentos se utiliza normalmente cuando se detectan partículas alfa o beta. Más complejo de lograr es una visualización de la tasa de dosis de radiación, que se muestra en una unidad como el sievert que se usa normalmente para medir las tasas de dosis de rayos X o gamma. Un tubo Geiger-Müller puede detectar la presencia de radiación, pero no su energía, que influye en el efecto ionizante de la radiación. En consecuencia, los instrumentos que miden la tasa de dosis requieren el uso de un tubo Geiger-Müller con compensación de energía , de modo que la dosis mostrada se relacione con los recuentos detectados. [3] La electrónica aplicará factores conocidos para realizar esta conversión, que es específica de cada instrumento y está determinada por el diseño y la calibración.
La lectura puede ser analógica o digital, y los instrumentos modernos ofrecen comunicaciones en serie con una computadora o red host.
Por lo general, existe una opción para producir clics audibles que representan el número de eventos de ionización detectados. Este es el sonido distintivo normalmente asociado con los contadores Geiger portátiles o de mano. El propósito de esto es permitir que el usuario se concentre en la manipulación del instrumento mientras retiene la retroalimentación auditiva sobre la tasa de radiación.
Limitaciones [ editar ]
Hay dos limitaciones principales del contador Geiger. Debido a que el pulso de salida de un tubo Geiger-Müller es siempre de la misma magnitud (independientemente de la energía de la radiación incidente), el tubo no puede diferenciar entre tipos de radiación. [3] En segundo lugar, el tubo no puede medir altas tasas de radiación, porque a cada evento de ionización le sigue un "tiempo muerto", un período insensible durante el cual cualquier radiación incidente adicional no da como resultado un recuento. Típicamente, el tiempo muerto se reducirá tasas de conteo indicado anteriormente unos 10 4 a 10 5 recuentos por segundo, dependiendo de la característica del tubo que se utiliza. [3] Si bien algunos contadores tienen circuitos que pueden compensar esto, para mediciones precisas, la cámara de iones se prefieren los instrumentos para altas tasas de radiación.
Tipos y aplicaciones [ editar ]
La aplicación de detección prevista de un contador Geiger dicta el diseño de tubo utilizado. En consecuencia, hay una gran cantidad de diseños, pero generalmente se pueden clasificar como "ventana final", "paredes delgadas" sin ventanas, "paredes gruesas" y, a veces, híbridos de estos tipos.
Detección de partículas [ editar ]
Los primeros usos históricos del principio de Geiger fueron para la detección de partículas alfa y beta, y el instrumento todavía se utiliza para este propósito en la actualidad. Para partículas alfa y partículas beta de baja energía, se debe utilizar el tipo de "ventana final" de un tubo Geiger-Müller ya que estas partículas tienen un rango limitado y son fácilmente detenidas por un material sólido. Por lo tanto, el tubo requiere una ventana que sea lo suficientemente delgada para permitir que la mayor cantidad posible de estas partículas pasen al gas de llenado. La ventana suele estar hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1,5 - 2,0 mg / cm 2 . [1]
Las partículas alfa tienen el rango más corto y, para detectarlas, la ventana debería estar idealmente dentro de los 10 mm de la fuente de radiación debido a la atenuación de las partículas alfa . [1] Sin embargo, el tubo Geiger-Müller produce una salida de pulso que es de la misma magnitud para toda la radiación detectada, por lo que un contador Geiger con un tubo de ventana final no puede distinguir entre partículas alfa y beta. [3] Un operador experto puede utilizar una distancia variable de una fuente de radiación para diferenciar entre partículas alfa y beta de alta energía.
El tubo "panqueque" Geiger-Müller es una variante de la sonda de ventana final, pero diseñado con un área de detección más grande para agilizar la verificación. Sin embargo, la presión de la atmósfera contra la baja presión del gas de llenado limita el tamaño de la ventana debido a la resistencia limitada de la membrana de la ventana.
Algunas partículas beta también pueden detectarse mediante un tubo Geiger-Müller "sin ventanas" de paredes delgadas, que no tiene ventana final, pero permite que las partículas beta de alta energía pasen a través de las paredes del tubo. Aunque las paredes del tubo tienen un mayor poder de frenado que una ventana de extremo delgada, aún permiten que estas partículas más energéticas alcancen el gas de llenado. [1]
Los contadores Geiger de ventana final todavía se utilizan como instrumento de medición y detección de contaminación radiactiva , portátil y de uso general , debido a su costo relativamente bajo, su robustez y su eficiencia de detección relativamente alta; particularmente con partículas beta de alta energía. [3] [4] Sin embargo, para la discriminación entre partículas alfa y beta o para el suministro de información sobre la energía de las partículas, deben utilizarse contadores de centelleo o contadores proporcionales . [5] Estos tipos de instrumentos se fabrican con áreas de detección mucho más grandes, lo que significa que la verificación de la contaminación de la superficie es más rápida que con un contador Geiger.
Detección de rayos X y gamma [ editar ]
Los contadores Geiger se utilizan ampliamente para detectar radiación gamma y rayos X conocidos colectivamente como fotones , y para ello se utiliza el tubo sin ventanas. Sin embargo, la eficiencia de detección es baja en comparación con las partículas alfa y beta. El artículo sobre el tubo Geiger-Müller contiene una descripción más detallada de las técnicas utilizadas para detectar la radiación de fotones. Para fotones de alta energía, el tubo se basa en la interacción de la radiación con la pared del tubo, generalmente un material con alto contenido de Z, como el acero al cromo de 1 a 2 mm de espesor, para producir electrones dentro de la pared del tubo. Estos entran e ionizan el gas de llenado. [3]
Esto es necesario ya que el gas a baja presión en el tubo tiene poca interacción con fotones de mayor energía. Sin embargo, a medida que las energías de los fotones disminuyen a niveles bajos, hay una mayor interacción de los gases y aumenta la interacción directa de los gases. A energías muy bajas (menos de 25 KeV) domina la ionización directa del gas y un tubo de acero atenúa los fotones incidentes. En consecuencia, a estas energías, un diseño de tubo típico es un tubo largo con una pared delgada que tiene un volumen de gas más grande para dar una mayor probabilidad de interacción directa de una partícula con el gas de relleno. [1]
Por encima de estos bajos niveles de energía, existe una variación considerable en respuesta a diferentes energías de fotones de la misma intensidad, y un tubo con paredes de acero emplea lo que se conoce como "compensación de energía" en forma de anillos de filtro alrededor del tubo desnudo que intenta compensar estas variaciones en un amplio rango de energía. [1] Un tubo GM de acero al cromo tiene una eficiencia de aproximadamente un 1% en una amplia gama de energías. [1]
Detección de neutrones [ editar ]
Se utiliza una variación del tubo Geiger para medir neutrones , donde el gas utilizado es trifluoruro de boro o helio-3 y se utiliza un moderador de plástico para ralentizar los neutrones. Esto crea una partícula alfa dentro del detector y, por lo tanto, se pueden contar los neutrones.
Medición gamma: protección del personal y control de procesos [ editar ]
El término "contador Geiger" se usa comúnmente para referirse a un medidor de tipo topográfico portátil, sin embargo, el principio Geiger se usa ampliamente en alarmas de "área gamma" instaladas para protección del personal y en aplicaciones de medición de procesos y enclavamientos. Un tubo Geiger sigue siendo el dispositivo de detección, pero la electrónica de procesamiento tendrá un mayor grado de sofisticación y confiabilidad que la que se usa en un medidor de medición manual.
Diseño físico [ editar ]
Para las unidades portátiles hay dos configuraciones físicas fundamentales: la unidad "integral" con el detector y la electrónica en la misma unidad, y el diseño de "dos piezas" que tiene una sonda detectora separada y un módulo electrónico conectado por un cable corto .
En la década de 1930, se agregó una ventana de mica al diseño cilíndrico que permitía que la radiación de baja penetración pasara con facilidad. [6]
La unidad integral permite la operación con una sola mano, por lo que el operador puede usar la otra mano para seguridad personal en posiciones de monitoreo desafiantes, pero el diseño de dos piezas permite una manipulación más fácil del detector, y se usa comúnmente para monitorear la contaminación de la superficie alfa y beta cuando es cuidadoso Se requiere manipulación de la sonda o el peso del módulo electrónico haría que la operación sea difícil de manejar. Hay varios detectores de diferentes tamaños disponibles para adaptarse a situaciones particulares, como colocar la sonda en pequeñas aberturas o espacios reducidos.
Los detectores de rayos X y Gamma generalmente utilizan un diseño "integral", por lo que el tubo Geiger-Müller se encuentra convenientemente dentro del gabinete de la electrónica. Esto se puede lograr fácilmente porque la carcasa generalmente tiene poca atenuación y se emplea en mediciones gamma ambientales donde la distancia desde la fuente de radiación no es un factor significativo. Sin embargo, para facilitar mediciones más localizadas, como la "dosis de superficie", la posición del tubo en el recinto a veces se indica mediante objetivos en el recinto, de modo que se pueda realizar una medición precisa con el tubo en la orientación correcta y a una distancia conocida del superficie.
Existe un tipo particular de instrumento gamma conocido como detector de "puntos calientes" 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 mientras se protege al operador mediante un blindaje de distancia.
La detección de partículas alfa y beta se puede utilizar tanto en diseños integrales como de dos piezas. Una sonda tipo panqueque (para alfa / beta) se usa generalmente para aumentar el área de detección en instrumentos de dos piezas mientras es relativamente liviano. En los instrumentos integrales que utilizan un tubo de ventana de extremo, hay una ventana en el cuerpo de la carcasa para evitar el blindaje de partículas. También hay instrumentos híbridos que tienen una sonda separada para la detección de partículas y un tubo de detección gamma dentro del módulo electrónico. El operador puede conmutar los detectores, dependiendo del tipo de radiación que se esté midiendo.
Orientación sobre el uso de la aplicación [ editar ]
En el Reino Unido, la Junta Nacional de Protección Radiológica emitió una nota de orientación para el usuario sobre la selección del mejor tipo de instrumento portátil para la aplicación de medición de radiación en cuestión. [5] Esto cubre todas las tecnologías de instrumentos de protección radiológica e incluye una guía para el uso de detectores GM.
Historia [ editar ]
En 1908 Hans Geiger , bajo la supervisión de Ernest Rutherford en la Universidad Victoria de Manchester (ahora la Universidad de Manchester ), desarrolló una técnica experimental para detectar partículas alfa que luego se usaría para desarrollar el tubo Geiger-Müller en 1928. [7 ] Este contador temprano solo era capaz de detectar partículas alfa y era parte de un aparato experimental más grande. El mecanismo de ionización fundamental utilizado fue descubierto por John Sealy Townsend entre 1897 y 1901, [8] y se conoce como descarga de Townsend , que es la ionización de moléculas por impacto de iones.
No fue hasta 1928 que Geiger y Walther Müller (un estudiante de doctorado de Geiger) desarrollaron el tubo sellado Geiger-Müller que utilizó principios básicos de ionización previamente utilizados experimentalmente. Pequeño y robusto, no solo podía detectar la radiación alfa y beta como lo habían hecho los modelos anteriores, sino también la radiación gamma. [6] [9] Ahora se podía producir un instrumento de radiación práctico a un precio relativamente bajo, y así nació el contador Geiger. Como la salida del tubo requería poco procesamiento electrónico, una clara ventaja en la era de las válvulas termoiónicas debido al recuento mínimo de válvulas y al bajo consumo de energía, el instrumento alcanzó una gran popularidad como detector de radiación portátil.
Las versiones modernas del contador Geiger utilizan el tubo halógeno inventado en 1947 por Sidney H. Liebson . [10] Reemplazó al tubo Geiger-Müller anterior debido a su vida mucho más larga y voltaje operativo más bajo, típicamente 400-900 voltios. [11]
Galería [ editar ]
Uso de un detector de "puntos calientes" en un poste largo para inspeccionar los contenedores de desechos.
Detector de panqueques GM que alimenta un microcontrolador registrador de datos que envía datos a una PC a través de bluetooth . Se colocó una roca radiactiva en la parte superior del GM haciendo que el gráfico se eleve.
Contadores de transgénicos que se utilizan como monitores de estudios gamma, en busca de desechos de satélites radiactivos
Ver también [ editar ]
- Becquerel , la unidad SI de la tasa de desintegración radiactiva de una cantidad de material radiactivo
- Contadores Geiger de defensa civil , monitores de radiación portátiles, cámaras GM y de iones
- Eficiencia de conteo: la proporción de eventos de radiación que llegan a un detector y el número que cuenta.
- Dosímetro , un dispositivo utilizado por el personal para medir la dosis de radiación que ha recibido.
- Cámara de ionización , el detector de radiación ionizante más simple
- Detector de ionización gaseosa , una descripción general de los principales tipos de detectores gaseosos
- Tubo Geiger-Müller , proporciona una descripción más detallada del funcionamiento y tipos de tubos Geiger-Müller.
- Meseta Geiger , el rango de voltaje de funcionamiento correcto para un tubo Geiger-Müller
- Conteo de fotones
- Desintegración radiactiva , el proceso por el cual los átomos inestables emiten radiación.
- Safecast (organización) , uso de la tecnología de contador Geiger – Müller en ciencia ciudadana
- Contador de centelleo , un detector de radiación sin gas
- Sievert , la unidad SI de los efectos de los bajos niveles de radiación en el cuerpo humano
Referencias [ editar ]
- ^ a b c d e f g '' Tubos Geiger Muller; número 1 '' publicado por Centronics Ltd, Reino Unido.
- ^ E. Rutherford y H. Geiger (1908) "Un método eléctrico para contar el número de partículas α de sustancias radiactivas", Actas de la Royal Society (Londres), Serie A, vol. 81, no. 546, páginas 141–161.
- ^ a b c d e f g h Glenn F Knoll. Detección y medición de radiación , tercera edición 2000. John Wiley and sons, ISBN 0-471-07338-5
- ^ "Función del detector de GM y métodos de medición" . Consultado el 7 de marzo de 2017 .
- ^ a b [1] Selección, uso y mantenimiento de instrumentos de monitoreo portátiles. Reino Unido HSE
- ↑ a b Korff, SNTM (2012) 20: 271. doi : 10.1007 / s00048-012-0080-y
- ^ E. Rutherford y H. Geiger (1908) "Un método eléctrico para contar el número de partículas α de sustancias radiactivas", Actas de la Royal Society (Londres) , Serie A, vol. 81, no. 546, páginas 141–161.
- ^ John S. Townsend (1901) "La conductividad producida en los gases por el movimiento de iones cargados negativamente", Philosophical Magazine , serie 6, 1 (2): 198-227.
- ^ Ver:
- H. Geiger y W. Müller (1928), "Elektronenzählrohr zur Messung schwächster Aktivitäten" (Tubo de conteo de electrones para la medición de las radioactividades más débiles), Die Naturwissenschaften (Las ciencias), vol. 16, no. 31, páginas 617–618.
- Geiger, H. y Müller, W. (1928) "Das Elektronenzählrohr" (El tubo de conteo de electrones), Physikalische Zeitschrift , 29 : 839-841.
- Geiger, H. y Müller, W. (1929) "Technische Bemerkungen zum Elektronenzählrohr" (Notas técnicas sobre el tubo de conteo de electrones), Physikalische Zeitschrift , 30 : 489-493.
- Geiger, H. y Müller, W. (1929) "Demonstration des Elektronenzählrohrs" (Demostración del tubo de conteo de electrones), Physikalische Zeitschrift , 30 : 523 ff.
- ^ Liebson, SH (1947). "El mecanismo de descarga de los contadores de Geiger-Mueller autoamplificadores" (PDF) . Revisión física . 72 (7): 602–608. Código Bibliográfico : 1947PhRv ... 72..602L . doi : 10.1103 / PhysRev.72.602 . hdl : 1903/17793 .
- ^ Historia de la instrumentación de detección de radiación portátil desde el período 1920-1960
Enlaces externos [ editar ]
Medios relacionados con los contadores Geiger en Wikimedia Commons
- Cómo funciona un contador Geiger.
