Geiger Muleer - Como funciona?

O físico alemão Johannes Hans Geiger (1882-1945) era apenas assistente do químico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937), quando inventou o Contador Geiger – um aparelho utilizado para detectar o nível de radiação na atmosfera.

No início ele era apenas um tubo cilíndrico com gás argônio à baixa pressão, um amplificador e uma fonte de alta voltagem.

O contador Geiger funciona da seguinte maneira: quando a radiação entra pelo tubo contendo argônio, este gás é ionizado, conforme é mostrado abaixo:

Detectores Geiger-Muller

 

O contador Geiger-Mueller hoje é conhecido mundialmente por ser um dos melhores métodos para caracterizar a detecção da radiação ionizante e para avaliar o nível da mesma no ambiente.

As ampolas Geiger-Mueller são os componentes mais importantes de um contador.

O que são

Os detectores Geiger-Mueller são dispositivos utilizados na detecção da radiação proveniente de reações nucleares:

- partículas alfa, beta ou gama

- de raios X, esses provenientes da desexcitação de níveis atômicos

- detecção de nêutrons

São constituídos por uma câmara, popularmente chamada de ampola, em geral cilíndrica, contendo uma mistura gasosa adequada, que em condições apropriadas amplifica o sinal.A ampola, por um lado é selada e, por outro possui uma “janela” constituída de mica ou outro material capaz de suportar uma variação de pressão e facilite a entrada de partículas que possivelmente irão ionizar o gás. No seu interior temos (um fio central) e o cátodo (seu revestimento interno ou “parede”).

Tipos de Geiger-Muller

 

Dependendo da finalidade e do uso a ser destinado o Geiger-Mueller pode se diferenciar. Uma melhor divisão dos diferentes tipos é em relação ao tipo de energia das partículas que irão incidir no detector.

  • Partículas de alta energia (alfa e beta): a “janela” da ampola deve ser sensível o bastante para que tais partículas que possuem baixo grau de penetração consigam entrar na ampola e ionizar o gás, gerando assim o impulso.
  • Partículas de baixa energia (gama): a interação com a ampola é mais intensa, uma vez que a interação pode ocorrer tanto pela "janela", quanto pela "parede". Os raios gama possuem alto grau de penetração e podem formar elétrons secundários que posteriormente formarão os íons responsáveis pela ionização do gás. O grau de interação dessas partículas está relacionada ao alto número atômico do material utilizado na confecção da "parede"da ampola.
  • Na detecção de nêutrons, o gás no interior da ampola é substituído, por exemplo, pelo BF3, que aumenta consideravelmente a sensibilidade do contador."

Entretanto, para cada tipo de Geiger-Mueller existe um contador proporcional ao número de impulsos gerados por cada tipo de partícula incidente na ampola. A eficiência de cada contador está relacionada na probabilidade de incidência de partículas sem que haja absorção e que tais partículas seja capazes de interagir e originar a ionização do gás.

Como funcionam

 

O elétron cedido pelo ânodo é atraído pelo cátodo e, quando se move de um pólo para outro, colide com as partículas do gás devido a sua velocidade adquirida através um de campo elétrico intenso resultante da alta voltagem aplicada, causando assim uma “avalanche de ionizações” no gás. Os pulsos produzidos não dependem da quantidade de pares de íons formados, porque um único par de íons provoca todo o processo descrito anteriormente. Tal processo descrito é coletado a partir de uma eletrônica conectada à ampola.

Ao ser ionizado, o argônio fecha o circuito elétrico do aparelho, que é composto de eletrodos de cargas elétricas opostas. Com a formação dos íons, conduz-se eletricidade entre o cátodo e o ânodo, acionando, assim, um contador ou alto-falante. O sinal que indica a presença de radiação pode ser sonoro, uma luz ou a deflexão do ponteiro do medidor. Normalmente, ouvem-se estalos no contador, o que permite a contagem das partículas radioativas.

A medida da tensão aos seus terminais permite observar um impulso do tipo do representado na figura abaixo. Esse pulso gerado possui um chamado tempo morto que é uma grande desvantagem dos contadores Geiger-Mueller, porque durante esse tempo, qualquer outra ionização gerada é perdida. Esse tempo é da ordem de 50 a 100 ms.

A eficiência dos contadores é verificada pelos múltiplos pulsos que devem ser proporcionais à coleta dos pulsos, ou seja, o número de íons positivos formados por evento deve ser mínimo o bastante para que somente um pulso seja resultante.

 

A eletrônica dos contadores

Os contadores possuem uma eletrônica simples e econômica. A eletrônica consiste na contagem dos impulsos gerados através da ionização do gás, para isso é necessário um amplificador de sinal e uma fonte de alta tensão estabilizada.

A contagem pode ser feita  de dois modos:

  • Através da integração, ou seja, somando os pulsos durante um intervalo de tempo;
  • De outro modo, na forma de “rate-meter”. Esse método permite a leitura dinâmica dos pulsos, ”continuous flow Geiger counters”, ou seja, há a contagem dos pulsos por segundo. Os Geiger-Mueller com esse modo de contagem são geralmente calibrados de acordo com a freqüência da taxa de exposição;

A amplitude do impulso é independente da energia ou tipo da partícula detectada. Por isso estes detectores só permitem avaliar a intensidade do fluxo de radiação e não são capazes de distinguir diferentes radiações incidentes, entretanto, podem ser utilizados em qualquer tipo de radiação, desde que a mesma produza ionização. Qualquer radiação incidente na janela produz praticamente a mesma amplitude de pulso uma vez que todos os impulsos gerados possuem a mesma amplitude

Hoje em dia este aparelho é um grande aliado das pessoas que trabalham com material radioativo; principalmente quando ocorrem acidentes nucleares, pois as substâncias que se desintegram são capazes de ionizar o ar e assim contaminar outros corpos no ambiente.