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Contatore Geiger Guardian Ray

Il principio di funzionamento del Contatore Geiger e del Contatore a Scintillazione








L'inventore del Contatore Geiger


Il contatore geiger deriva dalla invenzione di Johannes (Hans) Wilhelm Geiger  un fisico tedesco, che nel 1913 fu l'inventore del tubo contatore di particelle sub atomiche elementari, che poi perfezionò nel 1928 insieme a Walther Müller, dal quale lo strumento prese parte del suo nome.




La fisica e il funzionamento del Tubo Geiger Muller

principio di funzionamento del tubo Geiger Muller

l tubo contatore di Geiger Muller è lo stesso sensore che noi stessi abbiamo utilizzato sui nostri rilevatori di radioattività Guardian Ray, quindi la sua funzione è di contare il numero di particelle che lo attraversano in un certo intervallo di tempo.

Il tubo geiger sfrutta il principio fisico della camera a deriva ionica il cui punto di lavoro viene intenzionalmente prefissato ad un valore relativamente elevato di tensione, che pero risulta  leggermente inferiore a quello che invece provocherebbe una totale ionizzazione del gas. Quindi si sono predisposte le condizioni favorevoli affinchè anche una ulteriore ionizzazione prodotta dal passaggio nel gas di radiazioni ionizzanti non debba più dipendere dall'energia rilasciata dalle stesse. Di conseguenza il campo elettrico a cui viene preliminarmnte sottoposto il gas risulta così elevato che anche le ionizzazioni secondarie create dal suo attraversamento da parte delle particelle radioattive genereranno ulteriori ionizzazioni. Questo fenomeno viene chiamato dalla fisica "moltiplicazione a valanga", e si manifesta con un impulso elettrico risultante .

Può essere realizzato con diverse geometrie, ma la forma più comune è quella di un cilindro ermetico in vetro o in metallo con una finestra di mica, questo è preventivamente riempito a bassa pressione, (circa 0,1 atmosfere), con dei gas inerti, come l'elio, l'argo, il neon, l'azoto, inoltre si aggiunge anche del vapore di alcool, per la sua proprietà autoestinguente.

funzionamento del tubo geiger


Questa miscela di gas viene ionizzata applicando agli elettrodi del tubo geiger, una tensione elettrica abbastanza elevata da generarvi uno stato di pre-scarica, ovvero il livello di ionizzazione risulta poco al di sotto del valore che invece causerebbe la conduzione continua del gas (scarica elettrica auto sostenuta). Invece nel giusto contesto il gas potrà condurre la corrente elettrica solo per i brevissimi istanti, in cui viene investito dalle radiazioni nucleari. Va precisato che la tensione di polarizzazione non viene applicata direttamente al tubo contatore, ma viene interposta in serie una resistenza di valore molto elevato, dell'ordine dei 10 megaohm che serve per favorire la estinzione della scarica elettrica nel gas dopo che questo è stato attraversato da una particella ionizzante. Nel tubo Geiger Muller sono quindi presenti due elettrodi, il catodo che risulta generalmente è collegato al polo negativo della batteria e quindi alla parete metallica o metallizzata del tubo, e l’anodo che è un collettore centrale, elettricamente isolato dalla parete del tubo a cui viene applicata una alta tensione continua nell'ordine dei 400 - 800V. Precisiamo che il valore della tensione applicata dipende dalle caratteristiche del tubo geiger, e deve assolutamente risultare di poco inferiore a quello che provocherebbe la continua conduzione, e conseguentemente la scarica elettrica nel gas.

Quindi il campo elettrico così generato all’interno del tubo contatore risulta "pronto" a innescare una scarica di corrente elettrica  appena si forma anche una sola coppia di ioni nel gas per effetto delle radiazioni che lo investono. La sensibilità del contatore geiger, dipende direttamente dalle dimensioni del tubo geiger, infatti più il tubo è grande, più è grande la superficie  in grado di ricevere e quindi di conteggiare le radiazioni ionizzanti con una maggiore costanza.

Ogni volta che una particella carica di energia attraversa e  ionizza il gas presente nel tubo geiger muller,si innesca per alcuni microsecondi una microscarica elettrica che fa scorrere una piccola corrente tra i due terminali del tubo contatore stesso. Essendo poi l'alimentazione fornita non in modo diretto al tubo geiger, ma con interposta una resistenza in serie al circuito di alimentazione di ben 10 milioni di ohm, allora accade che tra i terminali del tubo per effetto della caduta di tensione dovuta alla scarica elettrica nel gas si genera un impulso negativo avente una ampiezza di circa 5/10 volts con una durata ( di circa 50 /100 microsecondi). L'impulso di tensione prodotto dal passaggio della particella ionizzante non dipende dall'energia ceduta da questa, e quindi dal numero delle coppie di ioni prodotti, Infatti, quando una particella attraversa il tubo contatore e colpisce il gas, una delle molecole di questo si ionizza, creando una coppia ione-elettrone. Ma in questi dispositivi la carica raccolta è indipendente dalla ionizzazione primaria.




I pregi e i difetti del Contatore Geiger


il contatore geiger è uno strumento che permette la rilevazione e il conteggio delle particelle radioattive che lo investono. Sono sicuramente molti i vantaggi che offre  questo contatore della radioattività, e veramente pochi i difetti ad esso attribuibili . A favore del contatore geiger va annoverata la sua  semplicità di utilizzo, il prezzo tutto considerato abbastanza contenuto, una buona precisione, e la durata nel tempo. Tra i suoi principali limiti, vi è l'impossibilità di poter determinare l'energia delle radiazioni misurate, e di poter rilevare direttamente, le particelle alfa a bassa energia, ma tranne nei rarissimi casi che ingerissimo direttamente del materiale radioattivo che possa emettere solo particelle alfa, queste se invece permangono all'esterno del nostro corpo risultano praticamente innocue, perché non possono penetrare oltre l'epidermide. Inoltre è importante spiegare che quando una sorgente radioattiva emette particelle alfa (o beta), emette nello stesso tempo anche radiazioni gamma, e conseguentemente le sorgenti di raggi alfa sono rilevate dal contatore geiger attraverso la misurazione indiretta dei raggi gamma che ne conseguono. Inoltre valutare l'energia delle radiazioni ionizzanti non è importante per tutelare la salute, infatti non sono le radiazioni in se a danneggiarci, ma la ionizzazione da loro derivata. Ed è proprio questa radiazione che viene rilevata e misurata dal nostro contatore geiger.




Gli analizzatori di radioattività contatori a Scintillazione

Generalmente i contatori geiger sono meno precisi degli analizzatori a scintillazione per quanto riguarda il rilevamento e la misurazione di bassissimi livelli di radiazione, però i contatori geiger con opportuni accorgimenti tecnici come ad esempio la misura di tipo "Scaler" da noi implementata su Guardian Ray, possono dare risultati estremamente precisi anche su bassi livelli di radioattività. Inoltre i rilevatori a scintillazione, risultano molto delicati, con livelli di radiazioni medio alte possono andare facilmente in saturazione, sono sensibili alla luce e poi molto, ma davvero molto più costosi. 

contatore a scintillazione


Ogni volta che una particella carica di energia attraversa e  ionizza il gas presente nel tubo geiger muller,si innesca per alcuni microsecondi una microscarica elettrica che fa scorrere una piccola corrente tra i due terminali del tubo contatore stesso. Essendo poi l'alimentazione fornita non in modo diretto al tubo geiger, ma con interposta una resistenza in serie al circuito di alimentazione di ben 10 milioni di ohm, allora accade che tra i terminali del tubo per effetto della caduta di tensione dovuta alla scarica elettrica nel gas si genera un impulso negativo avente una ampiezza di circa 5/10 volts con una durata ( di circa 50 /100 microsecondi). L'impulso di tensione prodotto dal passaggio della particella ionizzante non dipende dall'energia ceduta da questa, e quindi dal numero delle coppie di ioni prodotti, Infatti, quando una particella attraversa il tubo contatore e colpisce il gas, una delle molecole di questo si ionizza, creando una coppia ione-elettrone. Ma in questi dispositivi la carica raccolta è indipendente dalla ionizzazione primaria.
 





Per approfondire l'argomento vi consigliamo di seguire anche i seguenti tutorial



- Cenni di Fisica Atomica, scoperta della radioattività, danni biologici da radiazioni ionizzanti, dose assorbita e dose equivalente

- Natura delle radiazioni ionizzanti alfa-beta-gamma

 - Il Radon, cosa è, i rischi correlati, come rilevarlo con uno speciale contatore geiger dotato di sonda pancake
 








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Ultimo Aggiornamento: 8 Marzo 2017

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