Los detectores de ionización gaseosa son instrumentos de detección de radiación utilizados 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 suficiente energía para ionizar un átomo o molécula de gas , los electrones e iones resultantes provocan un flujo de corriente que se puede medir.
Los detectores de ionización gaseosa forman un grupo importante de instrumentos utilizados para la detección y medición de la radiación. Este artículo ofrece una descripción general rápida de los tipos principales; se puede encontrar información más detallada en los artículos sobre cada instrumento. El gráfico adjunto muestra la variación de la generación de pares iónicos con un voltaje aplicado variable para una radiación incidente constante. Hay tres regiones operativas prácticas principales, una de las cuales utiliza cada tipo.
Los tres tipos básicos de detectores de ionización gaseosa son 1) cámaras de ionización , 2) contadores proporcionales y 3) tubos Geiger-Müller.
Todos ellos 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 la cantidad total de pares de iones que se recogen. [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 .
Las cámaras de ionización funcionan con una intensidad de campo eléctrico baja, seleccionada de tal manera que no se produzca multiplicación de gases. La corriente de iones se genera mediante la creación de "pares de iones", que consisten en 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 del voltaje aplicado si el dispositivo está funcionando en la "región de la cámara de iones". Las cámaras de iones son las preferidas para tasas de dosis de radiación altas porque no tienen "tiempo muerto", un fenómeno que afecta la precisión del tubo Geiger-Müller a tasas de dosis altas.
Las ventajas son una buena respuesta uniforme a la radiación gamma y una lectura precisa de la dosis general, capaz de medir tasas de radiación muy altas, los niveles altos de radiación sostenidos no degradan el gas de relleno.
Las desventajas son 1) baja potencia que requiere un circuito electrómetro sofisticado y 2) el funcionamiento y la precisión se ven fácilmente afectados por la humedad. [3]
Los contadores proporcionales funcionan a un voltaje ligeramente superior, seleccionado de modo que se generen avalanchas discretas. Cada par de iones produce una única avalancha, de modo que se genera un pulso de corriente de salida que es 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 área grande para la detección y discriminación de partículas alfa y beta, como en los equipos de monitoreo de personal instalados.
La cámara de alambre es un contador proporcional de múltiples electrodos 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 que se pueden construir detectores de área grande.
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 el ingreso de oxígeno en el gas de relleno y las ventanas de medición se dañan fácilmente en los detectores de área grande.
Los detectores gaseosos de micropatrones (MPGD) son detectores gaseosos de granularidad alta 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 dureza de la radiación. [4] Ejemplos de MPGD son la cámara de gas de microbanda, el multiplicador de electrones de gas y el detector de micromegas .
Los tubos Geiger-Müller son los componentes principales de los contadores Geiger . Operan a un voltaje aún más alto, seleccionado de tal manera que cada par de iones crea una avalancha, pero por la emisión de fotones UV, se crean múltiples avalanchas que se propagan a lo largo del cable del ánodo, y el volumen de gas adyacente se ioniza a partir de un solo evento de par de iones. Esta es la "región Geiger" de operación. [2] Los pulsos de corriente producidos por los eventos ionizantes se pasan a la electrónica de procesamiento que puede derivar una pantalla 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 son un detector barato y robusto con una gran variedad de tamaños y aplicaciones, se produce una gran señal de salida desde el tubo que requiere un procesamiento electrónico mínimo para un conteo simple y puede medir la dosis gamma general cuando se usa un tubo con compensación de energía.
Las desventajas son que no puede medir la energía de la radiación (no hay información espectrográfica), no medirá tasas de radiación altas debido al tiempo muerto y los niveles de radiación altos y sostenidos degradarán el gas de relleno.
La Dirección de Salud y Seguridad del Reino Unido ha publicado una nota orientativa sobre el instrumento portátil correcto para la aplicación en cuestión. [5] Esta nota abarca todas las tecnologías de instrumentos de radiación y resulta útil para seleccionar la tecnología de detector de ionización gaseosa correcta para una aplicación de medición.
Los detectores de humo de tipo ionizador son detectores de ionización gaseosa de uso generalizado. Se coloca una pequeña fuente de americio radiactivo de manera que mantenga una corriente entre dos placas que forman efectivamente una cámara de ionización. Si el humo se introduce entre las placas donde se produce la ionización, el gas ionizado se puede neutralizar, lo que produce una corriente reducida. La disminución de la corriente activa una alarma de incendio.
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