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Los detectores de ionización gaseosa son instrumentos de detección de radiación que se utilizan en física de partículas para detectar la presencia de partículas ionizantes y en aplicaciones de protección radiológica para medir la radiación ionizante .
Utilizan el efecto ionizante de la radiación sobre un sensor lleno de gas. Si una partícula tiene la energía suficiente para ionizar un átomo o molécula de gas , los electrones e iones resultantes generan una corriente eléctrica que puede medirse.
Los detectores de ionización gaseosa constituyen un grupo importante de instrumentos utilizados para la detección y medición de radiación. Este artículo ofrece una breve descripción general de los principales tipos, y se puede encontrar información más detallada en los artículos sobre cada instrumento. El gráfico adjunto muestra la variación de la generación de pares de iones con la variación del voltaje aplicado para una radiación incidente constante. Existen tres regiones operativas principales, una de las cuales utiliza cada tipo.
Tipos
Los tres tipos básicos de detectores de ionización gaseosa son: 1) cámaras de ionización , 2) contadores proporcionales y 3) tubos Geiger-Müller.
Todos estos tienen el mismo diseño básico de dos electrodos separados por aire o un gas de relleno especial, pero cada uno utiliza un método diferente para medir el número total de pares de iones que se recolectan. [ 1 ] La intensidad del campo eléctrico entre los electrodos y el tipo y la presión del gas de relleno determinan la respuesta del detector a la radiación ionizante .
Cámara de ionización
Las cámaras de ionización funcionan con un campo eléctrico de baja intensidad, seleccionado de forma que no se produzca la multiplicación de gases. La corriente iónica se genera mediante la creación de pares iónicos, compuestos por un ion y un electrón. Los iones se desplazan hacia el cátodo, mientras que los electrones libres se desplazan hacia el ánodo bajo la influencia del campo eléctrico. Esta corriente es independiente de la tensión aplicada si el dispositivo opera en la zona de la cámara de ionización. Las cámaras de ionización son preferibles para altas dosis de radiación porque no presentan tiempo muerto, un fenómeno que afecta a la precisión del tubo Geiger-Müller a dichas dosis.
Las ventajas son una buena respuesta uniforme a la radiación gamma y una lectura precisa de la dosis total, capacidad para medir tasas de radiación muy altas, y niveles de radiación elevados sostenidos que no degradan el gas de llenado.
Las desventajas son 1) baja salida que requiere un circuito electrómetro sofisticado y 2) el funcionamiento y la precisión se ven fácilmente afectados por la humedad. [ 3 ]
Contador proporcional
Los contadores proporcionales operan a un voltaje ligeramente superior, seleccionado de manera que se generen avalanchas discretas. Cada par de iones produce una única avalancha, de modo que se genera un pulso de corriente de salida proporcional a la energía depositada por la radiación. Esto se encuentra en la región de "conteo proporcional". [ 2 ] El término "detector proporcional de gas" (GPD) se utiliza generalmente en la práctica radiométrica, y la propiedad de poder detectar la energía de las partículas es particularmente útil cuando se utilizan matrices planas de gran área para la detección y discriminación de partículas alfa y beta, como en equipos instalados de monitoreo de personal.
La cámara de alambre es un contador proporcional multielectrodo que se utiliza como herramienta de investigación.
Las ventajas son la capacidad de medir la energía de la radiación y proporcionar información espectrográfica, discriminar entre partículas alfa y beta, y la posibilidad de construir detectores de gran superficie.
Las desventajas son que los cables del ánodo son delicados y pueden perder eficiencia en los detectores de flujo de gas debido a la deposición, la eficiencia y el funcionamiento se ven afectados por la entrada de oxígeno en el gas de llenado, y las ventanas de medición se dañan fácilmente en los detectores de gran superficie.
Los detectores de gas de micropatrones (MPGD) son detectores de gas de alta granularidad con distancias submilimétricas entre los electrodos del ánodo y el cátodo. Las principales ventajas de estas estructuras microelectrónicas sobre las cámaras de alambre tradicionales incluyen: capacidad de tasa de conteo, resolución de tiempo y posición, granularidad, estabilidad y resistencia a la radiación. [ 4 ] Ejemplos de MPGD son la cámara de gas de microtiras , el multiplicador de electrones de gas y el detector micromegas .
Tubo Geiger-Müller
Los tubos Geiger-Müller son los componentes principales de los contadores Geiger . Operan a un voltaje aún mayor, seleccionado de tal manera que cada par de iones crea una avalancha, pero mediante la emisión de fotones UV, se crean múltiples avalanchas que se propagan a lo largo del hilo del ánodo, y el volumen de gas adyacente se ioniza con tan solo un evento de par de iones. Esta es la "región Geiger" de operación. [ 2 ] Los pulsos de corriente producidos por los eventos de ionización se envían a la electrónica de procesamiento que puede generar una representación visual de la tasa de conteo o la dosis de radiación, y generalmente en el caso de instrumentos portátiles, un dispositivo de audio que produce clics.
Las ventajas son que se trata de un detector económico y robusto con una gran variedad de tamaños y aplicaciones, que produce una gran señal de salida a partir de un tubo que requiere un procesamiento electrónico mínimo para un conteo simple, y que puede medir la dosis gamma total cuando se utiliza un tubo con compensación de energía.
Las desventajas son que no puede medir la energía de la radiación (no proporciona información espectrográfica), no medirá altas tasas de radiación debido al tiempo muerto y los niveles elevados de radiación sostenidos degradarán el gas de llenado.
Guía sobre el uso de los diferentes tipos de detectores.
La Dirección de Seguridad y Salud del Reino Unido ha publicado una guía sobre el instrumento portátil adecuado para cada aplicación. [ 5 ] Esta guía abarca todas las tecnologías de instrumentos de radiación y resulta útil para seleccionar la tecnología de detector de ionización gaseosa adecuada para una aplicación de medición.
Uso diario
Los detectores de humo de ionización son detectores de ionización gaseosa de uso generalizado. Una pequeña fuente de americio radiactivo se coloca de manera que mantenga una corriente entre dos placas que forman una cámara de ionización. Si el humo penetra entre las placas donde se produce la ionización, el gas ionizado se neutraliza, lo que provoca una disminución de la corriente. Esta disminución activa la alarma de incendios.
Véase también
Referencias
- ↑ McGregor, Douglas S. «Capítulo 8 - Detección y medición de la radiación». Fundamentos de la ciencia e ingeniería nuclear, segunda edición. Por J. Kenneth Shultis y Richard E. Faw. 2.ª ed. CRC, 2007. 202-222. Impreso.
- 1 2 3 Glenn F Knoll, Detección y medición de radiación , John Wiley and Son, 2000. ISBN 0-471-07338-5
- ↑ Ahmed, Syed (2007). Física e ingeniería de la detección de radiación . Elsevier. pág. 182. Bibcode : 2007perd.book.....A . ISBN 978-0-12-045581-2.
- ↑ Pinto, SD (2010). "Tecnologías y aplicaciones de detectores de gas de micropatrones: el trabajo de la colaboración RD51". Simposio de Ciencias Nucleares y Conferencia de Imágenes Médicas del IEEE . págs. 802–807 . arXiv : 1011.5529 . doi : 10.1109/NSSMIC.2010.5873870 . ISBN 978-1-4244-9106-3. S2CID 23430420 .
- ↑ "Copia archivada" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 15-03-2020 . Recuperado el 26-07-2012 .
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