Descarga de Townsend
Cuando decrece el número de cargas libres o se debilita el campo eléctrico, el fenómeno cesa.
Debe su nombre al físico británico John Sealy Townsend, quien descubrió el mecanismo de ionización fundamental en sus trabajos realizados entre 1897 y 1901.
La descarga es un efecto en cascada que se produce en un medio gaseoso que es ionizado (como por ejemplo, el aire) cuando es sometido a un campo eléctrico suficientemente elevado, capaz de acelerar los electrones libres al nivel de energía necesario para causar ionización por impacto.
El mecanismo de descarga en cascada se describe en el esquema adjunto, donde un campo eléctrico es aplicado a través de un medio gaseoso, donde se crean iones por su exposición a una radiación ionizante.
Los dos electrones libres entonces viajan hacia el ánodo, y obtienen energía suficiente del campo eléctrico para provocar una nueva ionización por impacto.
Aun así, esta corriente mostró un aumento exponencial cuando disminuía la distancia entre las placas, llegando a la conclusión de que los iones de gas se multiplicaban cuando se desplazaban entre las placas debido al elevado campo eléctrico.
También descubrió la dependencia de la presión del medio gaseoso, y fue capaz de generar iones en gases a baja presión con un voltaje mucho más bajo que el necesario para generar una chispa.
; el número medio de electrones liberado por una superficie por un ion positivo incidente, según la fórmula siguiente: Estas dos fórmulas pueden ser interpretadas como descripciones de casos límite del comportamiento efectivo del proceso, y también pueden ser utilizadas para interpretar los resultados experimentales.
Hay bibliografía con otras fórmulas que describen varios comportamientos intermedios (ver referencias).
La descarga en el vacío requiere la vaporización e ionización de átomos del electrodo.
Entonces puede iniciarse un arco voltaico sin una descarga de Townsend preliminar; por ejemplo, cuando se separan electrodos previamente en contacto.
El contador detecta cuándo se produce una descarga, pero no da información sobre la energía de la radiación incidente.
Un ion negativo que vaya a la deriva hacia el ánodo, si se introduce en esta región creará una descarga localizada independiente de los otros pares de iones, pudiendo todavía producir un efecto multiplicador.
En la región proporcional, se registran descargas localizadas en la zona oculada por el gasi inmediatamente alrededor del ánodo, que es numéricamente proporcional al número de acontecimientos originales de ionización.
[1] Más allá de la región Geiger, el gas forma un caudal continuo debido a la elevada fuerza del campo eléctrico.
A: pulsos aleatorios por radiación cósmica
B: corriente de saturación
C: descarga en cascada de Townsend
D: descaga auto-sostenida de Townsend
E: región inestable: efecto corona
F: descarga luminiscente infra-normal
G: descarga de refulgencia normal
H: descarga anormal
I: región inestable: transición al arco luminiscente
Jː arco eléctrico
Kː arco eléctrico
La región A-D se denomina de descarga oscura; hay alguna ionización, pero la corriente está por debajo de 10 microamperios y no se produce una cantidad significativa de radiación.
La región F-H se denomina de descarga luminiscente; el plasma emite un débil fulgor que ocupa casi todo el volumen del tubo; la mayoría de la luz es emitida por átomos neutros excitados.
La región I-K presenta un arco de descarga; el plasma está concentrado en un canal estrecho a lo largo del centro del tubo; se produce una gran cantidad de radiación.
Este diagrama muestra la relación de las regiones de detección de gases, utilizando un concepto experimental de la aplicación de un voltaje variable a una cámara cilíndrica que se somete a radiación ionizante. Partículas Alfa y Beta se representan para demostrar el efecto de diferentes energías ionizantes, pero el mismo principio se extiende a todas las formas de radiación ionizante. La cámara de iones y las regiones proporcionales pueden operar a presión atmosférica, y su salida varía con la energía de radiación. Sin embargo, en la práctica la región Geiger se opera a una presión reducida (alrededor de una décima de atmósfera) para permitir el funcionamiento con voltajes mucho más bajos; de lo contrario serían necesarios impracticables altos voltajes. La lectura de la región Geiger no diferencia entre las energías de radiación.