contador Geiger

Existen dos tipos de lectura de radiación detectada: recuento y dosis de radiación .

• La visualización de recuentos es la más sencilla y muestra el número de eventos ionizantes detectados, ya sea 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 determinado (un total integrado). La lectura de recuentos se utiliza normalmente cuando se detectan partículas alfa o beta.
• Más complejo resulta mostrar la tasa de dosis de radiación, expresada en unidades como el sievert , que se utiliza normalmente para medir las tasas de dosis de rayos gamma o rayos X. Un tubo Geiger-Müller puede detectar la presencia de radiación, pero no su energía , que influye en el efecto ionizante de la radiación. Por consiguiente, 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 corresponda con los recuentos detectados. ^{[ 4 ]} 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 comunicación serial con una computadora central o una red.

Generalmente, existe la opción de generar clics audibles que indican la cantidad de eventos de ionización detectados. Este es el sonido característico de los contadores Geiger portátiles. Su propósito es permitir que el usuario se concentre en el manejo del instrumento mientras recibe información auditiva sobre la tasa de radiación.

El contador Geiger tiene dos limitaciones principales:

1. Debido a que el pulso de salida de un tubo Geiger-Müller siempre tiene la misma magnitud (independientemente de la energía de la radiación incidente), el tubo no puede diferenciar entre tipos de radiación ni medir la energía de la radiación, lo que le impide medir correctamente la tasa de dosis . ^{[ 4 ]}
2. El tubo es menos preciso a altas tasas de radiación, porque cada evento de ionización va seguido de un "tiempo muerto", un período insensible durante el cual cualquier radiación incidente adicional no produce un conteo. Por lo general, el tiempo muerto reduce las tasas de conteo indicadas por encima de aproximadamente 10⁴ ^a 10⁵ ^conteos por segundo, dependiendo de las características del tubo utilizado. ^{[ 4 ]} Si bien algunos contadores tienen circuitos que pueden compensar esto, para medir tasas de dosis muy altas, se prefieren los instrumentos de cámara de ionización para altas tasas de radiación.

Los primeros usos históricos del principio de Geiger fueron para detectar partículas α y β, y el instrumento aún se utiliza con este fin. Para las partículas α y las partículas β de baja energía, se debe utilizar un tubo Geiger-Müller de tipo "ventana final", ya que estas partículas tienen un alcance limitado y se detienen fácilmente con un material sólido. Por lo tanto, el tubo requiere una ventana lo suficientemente delgada como para permitir el paso de la mayor cantidad posible de estas partículas al gas de llenado. La ventana suele estar hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1,5–2,0  mg/ ^cm² . ^{[ 2 ]}

Las partículas α tienen el alcance más corto, y para detectarlas, la ventana idealmente debería estar a menos de 10  mm de la fuente de radiación debido a la atenuación de las partículas α . ^{[ 2 ]} Sin embargo, el tubo Geiger-Müller produce una salida de pulso que tiene 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 α y β. ^{[ 4 ]} Un operador experto puede usar la distancia variable a una fuente de radiación para diferenciar entre partículas α y partículas β de alta energía.

El tubo Geiger-Müller tipo "panqueque" es una variante de la sonda de ventana frontal, pero diseñado con un área de detección mayor para agilizar la comprobación. Sin embargo, la presión atmosférica frente a la baja presión del gas de llenado limita el tamaño de la ventana debido a la resistencia limitada de la membrana de la misma.

Algunas partículas β también pueden detectarse mediante un tubo Geiger-Müller de paredes delgadas y sin ventana, que, si bien carece de una ventana en el extremo, permite que las partículas β de alta energía atraviesen las paredes del tubo. Aunque las paredes del tubo tienen mayor poder de frenado que una ventana delgada en el extremo, permiten que estas partículas más energéticas alcancen el gas de llenado. ^{[ 2 ]}

Los contadores Geiger de ventana final todavía se utilizan como instrumento portátil de uso general para la medición y detección de contaminación radiactiva , debido a su costo relativamente bajo, robustez y eficiencia de detección relativamente alta; particularmente con partículas β de alta energía. ^{[ 4 ]} Sin embargo, para la discriminación entre partículas α y β o para proporcionar información sobre la energía de las partículas, se deben utilizar contadores de centelleo o contadores proporcionales . ^{[ 7 ]} Estos tipos de instrumentos se fabrican con áreas de detección mucho mayores, lo que significa que la verificación de la contaminación superficial es más rápida que con un contador Geiger.

Los contadores Geiger se utilizan ampliamente para detectar radiación gamma y rayos X , conocidos colectivamente como fotones , y para ello se emplea un tubo sin ventana. Sin embargo, su eficiencia de detección es baja en comparación con las partículas alfa y beta. El artículo sobre el tubo Geiger-Müller ofrece una descripción más detallada de las técnicas utilizadas para detectar la radiación fotónica. Para fotones de alta energía, el tubo se basa en la interacción de la radiación con la pared del tubo, generalmente un material con un número atómico elevado, como acero inoxidable de 1 a 2  mm de espesor, para producir electrones libres dentro de la pared del tubo, debido al efecto fotoeléctrico . Si estos electrones migran fuera de la pared del tubo, entran e ionizan el gas de llenado. ^{[ 4 ]}

Este efecto aumenta la eficiencia de detección porque el gas a baja presión en el tubo tiene una interacción más débil con fotones de mayor energía que un tubo de acero. Sin embargo, a medida que las energías de los fotones disminuyen a niveles bajos, hay una mayor interacción con el gas y la contribución de la interacción directa con el gas aumenta. A energías muy bajas (menos de 25 keV ), predomina la ionización directa del gas y un tubo de acero atenúa los fotones incidentes. En consecuencia, a estas energías, un diseño típico de tubo es un tubo largo con una pared delgada que tiene un mayor volumen de gas, para dar una mayor probabilidad de interacción directa de una partícula con el gas de llenado. ^{[ 2 ]}

Por encima de estos bajos niveles de energía, existe una variación considerable en la 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. ^{[ 2 ]} Un tubo Geiger-Müller con paredes de acero tiene una eficiencia de aproximadamente el 1% en un amplio rango de energías. ^{[ 2 ]}

Una variante del tubo Geiger permite medir exclusivamente la dosis de radiación proveniente de neutrones , en lugar de rayos gamma , mediante el proceso de captura de neutrones . El tubo, que puede contener trifluoruro de boro o helio-3 como gas de relleno , está rodeado por un moderador de plástico que reduce la energía de los neutrones antes de su captura. Cuando se produce una captura en el gas de relleno, la energía liberada se registra en el detector.

Si bien el término "contador Geiger" es prácticamente sinónimo del modelo portátil, el principio Geiger se utiliza ampliamente en alarmas de radiación gamma instaladas para la protección del personal, así como en aplicaciones de medición de procesos y enclavamiento. La electrónica de procesamiento de dichas instalaciones presenta un mayor grado de sofisticación y fiabilidad que la de los contadores portátiles.

En el caso de las unidades portátiles, existen dos configuraciones físicas fundamentales: la unidad "integral", que incluye tanto el detector como la electrónica en la misma unidad, y el diseño de "dos piezas", que consta de una sonda detectora separada y un módulo electrónico conectados por un cable corto.

En la década de 1930 se añadió una ventana de mica al diseño cilíndrico, lo que permitió que la radiación de baja penetración pasara con facilidad. ^{[ 8 ]}

La unidad integral permite el manejo con una sola mano, de modo que el operador puede usar la otra para su seguridad personal en posiciones de monitoreo difíciles. Sin embargo, el diseño de dos piezas facilita la manipulación del detector y se usa comúnmente para el monitoreo de contaminación superficial alfa y beta, donde se requiere una manipulación cuidadosa de la sonda o el peso del módulo electrónico dificultaría su manejo. Hay detectores de diferentes tamaños disponibles para adaptarse a situaciones específicas, como la colocación de la sonda en aberturas pequeñas o espacios confinados.

Los detectores de rayos gamma y rayos X suelen tener un diseño integrado, de modo que el tubo Geiger-Müller se encuentra convenientemente dentro de la carcasa electrónica. Esto se logra fácilmente gracias a que la carcasa generalmente presenta poca atenuación y se utiliza en mediciones de rayos gamma ambientales, donde la distancia a la fuente de radiación no es un factor significativo. Sin embargo, para facilitar mediciones más localizadas, como la dosis superficial, la posición del tubo dentro de la carcasa a veces se indica mediante marcadores, lo que permite realizar una medición precisa con el tubo en la orientación correcta y a una distancia conocida de la superficie.

Existe un tipo particular de instrumento de rayos gamma conocido como detector de "punto caliente", que tiene el tubo detector en el extremo de un poste largo o conducto flexible. Estos se utilizan para medir zonas con alta radiación gamma, protegiendo al operador mediante un blindaje de distancia.

La detección de partículas alfa y beta puede utilizarse tanto en diseños integrales como en diseños de dos piezas. Generalmente, se emplea una sonda plana (para alfa/beta) para aumentar el área de detección en instrumentos de dos piezas, a la vez que resulta relativamente ligera. En los instrumentos integrales que utilizan un tubo con ventana en el extremo, existe una ventana en la carcasa para evitar el apantallamiento de partículas. También existen instrumentos híbridos que cuentan con una sonda independiente para la detección de partículas y un tubo detector de rayos gamma dentro del módulo electrónico. El operador puede conmutar los detectores según el tipo de radiación que se esté midiendo.

En el Reino Unido, la Junta Nacional de Protección Radiológica publicó una guía para el usuario sobre cómo seleccionar el tipo de instrumento portátil más adecuado para la aplicación de medición de radiación en cuestión. ^{[ 7 ]} Esta guía abarca todas las tecnologías de instrumentos de protección radiológica e incluye una guía para el uso de detectores GM.