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 puede medirse.
Los detectores de ionización gaseosa forman un grupo importante de instrumentos utilizados para la detección y medición de radiación. Este artículo ofrece una descripción general rápida de los tipos principales y 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 el número total de pares iónicos que se recogen. [1] La intensidad del campo eléctrico entre los electrodos y el tipo y presión del gas de relleno determinan la respuesta del detector a la radiación ionizante .
Las cámaras de ionización funcionan con una intensidad de campo eléctrica baja, seleccionada de modo que no se produzca ninguna multiplicación de gases. La corriente iónica se genera mediante la creación de "pares iónicos", formados 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 del voltaje aplicado si el dispositivo funciona en la "región de la cámara de iones". Se prefieren las cámaras de iones para tasas de dosis de radiación altas porque no tienen "tiempo muerto"; un fenómeno que afecta la precisión del tubo Geiger-Müller a altas tasas de dosis.
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 y niveles de radiación altos sostenidos que no degradan el gas de relleno.
The disadvantages are 1) low output requiring sophisticated electrometer circuit and 2) operation and accuracy easily affected by moisture.[3]
Proportional counters operate at a slightly higher voltage, selected such that discrete avalanches are generated. Each ion pair produces a single avalanche so that an output current pulse is generated which is proportional to the energy deposited by the radiation. This is in the "proportional counting" region.[2] The term "gas proportional detector" (GPD) is generally used in radiometric practice, and the property of being able to detect particle energy is particularly useful when using large area flat arrays for alpha and beta particle detection and discrimination, such as in installed personnel monitoring equipment.
The wire chamber is a multi-electrode form of proportional counter used as a research tool.
The advantages are the ability to measure energy of radiation and provide spectrographic information, discriminate between alpha and beta particles, and that large area detectors can be constructed
The disadvantages are that anode wires are delicate and can lose efficiency in gas flow detectors due to deposition, the efficiency and operation affected by ingress of oxygen into fill gas, and measurement windows easily damaged in large area detectors.
Micropattern gaseous detectors (MPGDs) are high granularity gaseous detectors with sub-millimeter distances between the anode and cathode electrodes. The main advantages of these microelectronic structures over traditional wire chambers include: count rate capability, time and position resolution, granularity, stability and radiation hardness.[4] Examples of MPGDs are the microstrip gas chamber, the gas electron multiplier and the micromegas detector.
Geiger–Müller tubes are the primary components of Geiger counters. They operate at an even higher voltage, selected such that each ion pair creates an avalanche, but by the emission of UV photons, multiple avalanches are created which spread along the anode wire, and the adjacent gas volume ionizes from as little as a single ion pair event. This is the "Geiger region" of operation.[2] The current pulses produced by the ionising events are passed to processing electronics which can derive a visual display of count rate or radiation dose, and usually in the case of hand-held instruments, an audio device producing clicks.
Las ventajas son que son un detector económico y robusto con una gran variedad de tamaños y aplicaciones, se produce una gran señal de salida a partir del tubo que requiere un procesamiento electrónico mínimo para un conteo simple y puede medir la dosis gamma general cuando se usa un tubo con energía compensada. .
Las desventajas son que no puede medir la energía de la radiación (sin información espectrográfica), no medirá altas tasas de radiación debido al tiempo muerto y los niveles altos sostenidos de radiación degradarán el gas de relleno.
El Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido ha publicado una nota de orientación sobre el instrumento portátil correcto para la aplicación en cuestión. [5] Esto cubre todas las tecnologías de instrumentos de radiación y es útil para seleccionar la tecnología correcta de detector de ionización gaseosa para una aplicación de medición.
Los detectores de humo de tipo ionización 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 entra humo entre las placas donde se produce la ionización, el gas ionizado puede neutralizarse y reducir la corriente. La disminución de la corriente activa una alarma de incendio.
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