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Contadores Geiger-Mueller

Ventajas:

•Pulsos del orden del voltio.

•Baratos.

Desventajas:

•Tiempo muerto largo.

•No discriminan energía (sólo conteo).

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Descarga

• Tiempo de cada avalancha del orden de fracciones de microsegundo.

• Tiempo de excitación y decaimiento de fotones (visibles o ultravioletas) del orden de 10-9 segundos. (Despreciable respecto al tiempo de avalancha por lo que se ioniza todo a lo largo del filamento).

• Fin de la avalancha por acumulación de cargas positivas alrededor del ánodo lo que reduce el campo eléctrico. Esto produce siempre el mismo pulso para una misma tensión de polarización, independientemente de la energía de la partícula de radiación incidente. Pero a mayor tensión de polarización los pulsos son más altos.

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Factor de multiplicación MPara proporcionales: Para Geigers:

M del orden de 102 – 104 M del orden de 106 – 108

Gases usados

Gases nobles (no electronegativos) muy puros.

He, Ar. La presión absoluta de llenado típicamente es menor que 1 atm. El detector puede ser sellado o de flujo pasante.

Al igual que en los detectores proporcionales el diseño tiene en cuenta que los electrones libres alcancen una energía cinética (proporcional al campo eléctrico e inversamente proporcional a la presión) suficientemente alta para generar electrones secundarios.

Valores típicos de diseño y operación:

P ~ 0.1 atm, V~ 500-2000 V, Øánodo~ 0.1 mm

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Gas de Quenching (apagado)

Una vez desaparecidos todos los electrones (fin del pulso) los

cationes viajan al cátodo y se neutralizan arrancando un

electrón de dicho electrodo (pared del Geiger).

Cuando un catión se neutraliza se

libera energía:

Elib = Eionización – Earrancar e-

Si ELib > Earrancar e- entonces puede salir otro electrón de la pared.

Esto ocurre si Eionización > 2 Earranacar e-

Si esto ocurre, este electrón que sale de la pared iniciaría un

nuevo pulso que sería espurio y así se podrían generar

múltiples pulsos espurios en forma continua.

+ -

+

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• Una primera alternativa para solucionar este problema es el quenching o apagado electrónico:

electrónicamente luego de cada pulso se disminuye la tensión de polarización durante un tiempo que asegure la migración y polarización de los cationes (cientos de microsegundos, mucho tiempo muerto).

• Una segunda alternativa es usar un gas de apagado:

Se agrega un gas adicional (5-10%) con energía de ionización menor que el gas primario y con estructura molecular más compleja. Durante la migración al cátodo los cationes del gas primario se neutralizan tomando un electrón del gas de apagado que queda como catión. Al neutralizarse el gas de apagado en el cátodo, la energía liberada es menor que la correspondiente a la neutralización del gas primario y por otra parte esta energía liberada en parte es usada para disociar la molécula compleja.

Probabilidad de disociación >> probablidad de arrancar electrón.

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Dos tipos de gases de apagado:

• Orgánicos: alcohol etílico, ethyl formate.

• Halógenos: cloruros, bromuros.

Los Geigers con agregado de gas de apagado de tipo orgánico tienen un cierto tiempo de vida útil ya que las moléculas se descomponen en forma definitiva. Típicamente tienen una vida útil del orden de 109 cuentas (o pulsos).

Los Geigers con agregado de gas de apagado de tipo halógeno no tienen vida útil limitada ya que este tipo de gases se recombinan luego de su disociación.

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Se observa que además del tiempo muerto largo, si los pulsos se generan antes del tiempo de recuperación, la altura de los mismos es menor que la que correspondería al Geiger recuperado. Con un discriminador por altura de pulso a la salida del detector, muchos pulsos de menor altura podrían no ser considerados como tales. Este fenómeno se agudiza a mayor tasa de radiación ya que no bien el Geiger supera el tiempo muerto, se volverían a generar pulsos de muy poca altura. De esta forma, este tipo de detector podría estar en un ambiente con alta tasa de radiación e indicar un conteo nulo. Por esto se dice que los Geigers son ¨paralizables¨. Esto debe ser tenido en cuenta si se va a trabajar con Geigers en ambientes donde puede haber alta tasa de radiación.

Tiempo de recuperación

Tiempo muerto

Descarga inicial completa

Posibles pulsos luego del pulso inicial

Tiempo

Tiempo muerto

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Ad: Altura del discriminador (si el pulso tiene menor altura que Ad el

mismo no es contado como tal). A mayor tensión de polarización los

pulsos crecen, superan Ad y son contados como tales.

Ad

Alta tensión: 1000 V

Altura del pulso

Cantidad de pulsos con una dada altura

Ad

Alta tensión: 1200 V

Altura del pulso

Cantidad de pulsos con una dada altura

Cuentas / segundo

V1000 V 1200 V

Plateau

Zona de descargas continuas, disminuir rápidamente la tensión

Plateau para zona de trabajo del contador

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Características de diseño• Alambre fino de ánodo (no tan fino como en proporcionales y no

importa la uniformidad en el diámetro ya que se ioniza a lo largo de

todo el alambre).

• Cuando se quiere medir partículas cargadas como α o β, algunos son

estancos y tienen una ventana final muy delgada (mica). Otros son de

flujo continuo de gas y tienen la posibilidad de poner la fuente adentro

del detector. A su vez, los de flujo pasante permiten detectar isótopos en

gases radiactivos como el caso del C14 en CO2 o de H3 en vapor de agua

tritiada.

• Cuando se quiere medir radiación gamma de alta energía la probabilidad

de interacción de los fotones con el gas es muy baja (poca presión de

llenado). En este caso la principal interacción es de los fotones con la

pared del detector. Para maximizar dicha interacción se construye la

pared con bastante espesor (1 a 2 mm) y con un metal de alto número

atómico. Por ejemplo Bismuto (Z=83). En este tipo de medición el

electrón que inicia el pulso sale de la pared hacia el gas.

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• Cuando se quiere medir radiación gamma de baja energía

(donde predomina el efecto fotoeléctrico) la probabilidad de

interacción de los fotones con el gas es importante. En estos

casos se construyen con pared mucho más delgada, se llenan

con un gas de alto número atómico (Xe, Kr) y se les da tanta

presión como sea posible (se debe lograr el efecto de

multiplicación con una tensión razonable, una alternativa es

construirlos con ánodos de menor diámetro).

• No se usan para detectar neutrones (independientemente de su

energía) .

• En muchos casos se usan los Geigers como medidores para

seguridad radiológica (monitores de área fijos o instrumentos

de radioprotección portátiles).