Tubo de Geiger-Müller
El tubo Geiger-Müller o tubo G-M es el elemento sensor del instrumento contador Geiger utilizado para la detección de radiación ionizante . Lleva el nombre de Hans Geiger , quien inventó el principio en 1908, [1] y Walther Müller , quien colaboró con Geiger en el desarrollo de la técnica en 1928 para producir un tubo práctico que podía detectar varios tipos de radiación diferentes. [2] [3]
Es un detector de ionización gaseosa y utiliza el fenómeno de avalancha de Townsend para producir un pulso electrónico fácilmente detectable a partir de tan solo un evento ionizante debido a una partícula de radiación. Se utiliza para la detección de radiación gamma , rayos X y partículas alfa y beta . También se puede adaptar para detectar neutrones . El tubo opera en la región "Geiger" de generación de pares de iones. Esto se muestra en el gráfico adjunto para detectores gaseosos que muestran la corriente de iones frente al voltaje aplicado.
Si bien es un detector robusto y económico, el G–M no puede medir altas tasas de radiación de manera eficiente, tiene una vida finita en áreas de alta radiación y no puede medir la energía de radiación incidente , por lo que no se puede generar información espectral y no hay discriminación entre tipos de radiación; como entre partículas alfa y beta.
Un tubo GM consta de una cámara llena de una mezcla de gases a una presión baja de alrededor de 0,1 atmósferas . La cámara contiene dos electrodos, entre los cuales hay una diferencia de potencial de varios cientos de voltios . Las paredes del tubo son de metal o tienen su superficie interior recubierta con un material conductor o un alambre en espiral para formar el cátodo , mientras que el ánodo es un alambre montado axialmente en el centro de la cámara.
Cuando la radiación ionizante golpea el tubo, algunas moléculas del gas de relleno son ionizadas directamente por la radiación incidente, y si el cátodo del tubo es un conductor eléctrico, como el acero inoxidable, indirectamente por medio de electrones secundarios producidos en las paredes del tubo, que migran al gas. Esto crea iones cargados positivamente y electrones libres , conocidos como pares de iones ., en el gas. El fuerte campo eléctrico creado por el voltaje a través de los electrodos del tubo acelera los iones positivos hacia el cátodo y los electrones hacia el ánodo. Cerca del ánodo en la "región de avalanchas" donde la intensidad del campo eléctrico aumenta inversamente proporcional a la distancia radial a medida que se acerca al ánodo, los electrones libres obtienen suficiente energía para ionizar moléculas de gas adicionales por colisión y crear una gran cantidad de avalanchas de electrones . Estos se propagan a lo largo del ánodo y efectivamente por toda la región de la avalancha. Este es el efecto de "multiplicación de gas" que le da al tubo su característica clave de poder producir un pulso de salida significativo a partir de un solo evento ionizante original. [5]
Si solo hubiera una avalancha por evento ionizante original, entonces el número de moléculas excitadas sería del orden de 10 6 a 10 8 . Sin embargo, la producción de múltiples avalanchas da como resultado un aumento del factor de multiplicación que puede producir de 10 9 a 10 10 pares de iones. [5] La creación de múltiples avalanchas se debe a la producción de fotones UV en la avalancha original, que no se ven afectados por el campo eléctrico y se mueven lateralmente al eje del ánodo para provocar más eventos ionizantes por colisión con moléculas de gas. Estas colisiones producen más avalanchas, que a su vez producen más fotones y, por lo tanto, más avalanchas en una reacción en cadena que se propaga lateralmente a través del gas de relleno y envuelve el alambre del ánodo. El diagrama adjunto muestra esto gráficamente. La velocidad de propagación de las avalanchas suele ser de 2 a 4 cm por microsegundo, por lo que para tamaños comunes de tubos, la ionización completa del gas alrededor del ánodo toma solo unos pocos microsegundos. [5] Este breve e intenso pulso de corriente se puede medir como un evento de conteoen forma de un pulso de voltaje desarrollado a través de una resistencia eléctrica externa. Esto puede ser del orden de voltios, simplificando así el procesamiento electrónico adicional.
