¿Cómo funciona un contador Geiger? Sus 6 características

¿Te has preguntado alguna vez cómo funciona un contador Geiger y cómo medir la radiactividad? En este artículo vamos a ver cómo funciona un contador Geiger de forma que lo puedas comprender fácilmente.

¿Qué es un contador Geiger?

Un medidor o contador Geiger-Müller es un aparato que sirve para medir y detectar radiaciones ionizantes.

Contador Geiger Casero Radiactividad

Su funcionamiento se basa en que cuando los iones que producen dichas radiaciones atraviesan el volumen activo del detector son acelerados por un campo eléctrico, produciendo un pulso de corriente que señala el paso de radiación.

Los contadores Geiger forman parte de una familia de detectores de radiación llamados «detectores de gas«. Estos detectores, como sugiere el nombre, están llenos de gas (algún tipo de gas inerte a baja presión, sobre 0,1 atmósferas).

Tienen un electrodo en el centro de la cámara y están configurados de forma que hay un voltaje eléctrico entre el electrodo y la pared metálica de la cámara

Así es cómo funciona un contador Geiger

En el momento en que la radiación golpea las moléculas de gas en el tubo, separa los electrones de los átomos, este proceso se denomina ionización. El electrón es atraído por la carga efectiva del ánodo y el resto del átomo (un ion con carga positiva) es lanzado hacia la pared del tubo. Entonces el electrón viaja a través de los cables que forman el circuito eléctrico y se recombina con el ion. Una parte del contador Geiger es un dispositivo que mide ese flujo de electrones.

Tubo Geiger-Mueller

Desde luego, es muy difícil medir un solo electrón, afortunadamente los instrumentos no necesitan hacerlo. En el momento en que el electrón y el ion son acelerados hacia el electrodo y las paredes de la cámara ganan MUCHA energía debido al gran voltaje, chocan con otros átomos y suprimen electrones de en un proceso llamado ionización secundaria. Esos electrones y, y también iones, por su parte, ocasionan aún más ionizaciones y así repetidamente, esto amplifica la señal original en un nivel muy alto, hasta que llega a un punto en el que la señal puede ser medida.

La creación de avalanchas discretas en un contador proporcional

En un contador Geiger, el voltaje es tan alto que toda la cámara de gas se ioniza, esto proporciona una muy alta sensibilidad a la radiación entrante. En otros detectores (llamados de cámaras de iones y contadores proporcionales) el voltaje es más bajo y la proporción de amplificación de gas también es menor; solo algunos átomos de gas se ionizan en estos detectores. La proporción de amplificación al incrementar el voltaje se expone en el siguiente gráfico.

Región de Geiger-Mueller

Para encontrarle el sentido a este gráfico, tratando principalmente de entender cómo funciona un contador Geiger y al algunas de sus limitaciones, conviene saber que las partículas alfa tienen considerablemente más energía que las partículas beta.

Además, ayuda saber que la dosis de radiación es una medida de la proporción de energía que es depositada por la radiación en un elemento, más energía significa más dosis.

De este modo al ver este gráfico, podemos ver que la radiación de alta energía que golpea un detector deja una señal mayor que la radiación de baja energía.

Ahora mira la parte derecha del gráfico, la región de Geiger-Muller; en esta región la radiación de alta energía genera exactamente la misma señal que la radiación de baja energía. Entonces, no tenemos la posibilidad de distinguir entre la radiación de alta energía y la de baja energía, lo que supone que no tenemos la posibilidad de decir siempre a cuánta dosis de radiación se expuso un individuo si solo nos encontramos midiendo con un contador Geiger. Esta es una razón por la que no en todos los casos tenemos la posibilidad de utilizar un contador Geiger para medir la tasa de dosis de radiación con precisión.

Si un contador Geiger, entre otras cosas, está calibrado para medir la tasa de dosis de radiación del radionucleido Cs-137, será realmente útil siempre y cuando se intente medir la dosis de radiación de este nucleido.

Hasta aquí hemos visto cómo funciona un contador Geiger de forma sencilla, pero es importante saber que este tipo de medidores de radiación tienen inconvenientes.

Limitaciones de los contadores Geiger

¿Pero, qué sucede si estás intentando medir la radiación del cobalto 60 (Co-60)?

Bueno, entonces vas a tener un pequeño inconveniente: la radiación del Co-60 tiene el doble de energía que la del Cs-137, así que sea como sea lo que lea el detector será solo la mitad de la dosis de radiación real. Por otro lado, varios radionúclidos tienen menor energía. En un caso así, tu medidor va a leer una tasa de dosis más alta de lo que es, de todos modos. El resultado final es que un contador Geiger solo va a dar una lectura precisa de la tasa de dosis de radiación si está midiendo exactamente el mismo material radiactivo con el que fue calibrado. De ahí que los contadores Geiger no siempre sean los instrumentos adecuados para medir las tasas de dosis de radiación.

Resulta que hay un tipo de tubo de Geiger que va a dar lecturas muy exactas de un extenso rango de energías de radiación, se los conoce como contadores de Geiger de energía compensada. Estos están diseñados para ofrecer una lectura constante sobre un extenso rango de energías de radiación, de esta forma que si estás utilizando un detector GM de energía compensada puedes llevar a cabo lecturas exactas de la tasa de dosis. En caso contrario, posiblemente sea mejor llevar a cabo las mediciones de la tasa de dosis con una cámara de iones.

Una cosa más sobre los contadores Geiger: Son grandes detectores de radiación de propósito general porque tienen la posibilidad de medir la radiación alfa, beta y gamma. Si estás midiendo la radiación gamma, posiblemente estés más interesado en medir la tasa de dosis (medida en mR/hr o bien, para escenarios verdaderamente bajos, en µR/hr – microR por hora-). Si estás midiendo la radiación alfa o bien beta, entonces posiblemente estés intentando encontrar contaminación y deberías medir los recuentos por minuto (cpm) o bien los recuentos por segundo (cps), dependiendo del tipo de medidor que estés utilizando.

Resumen de las características de un contador Geiger

  1. Los detectores llenos de gas (como los contadores Geiger y las cámaras de iones) están llenos de un gas al que se le aplica un voltaje eléctrico.
  2. En el momento en que la radiación interacciona con el gas causa ionizaciones, y esta pequeña señal es amplificada por el voltaje eléctrico. La proporción de amplificación es dependiente del voltaje.
  3. Las cámaras de iones tienen la posibilidad de medir la diferencia en la energía de la radiación, por tal razón son especiales para medir la tasa de dosis de radiación.
  4. Los contadores Geiger, por otro lado, tienen una amplificación completa de la señal para cualquier tipo de energía de radiación que les llegue. Por tal razón, no en todos los casos dan lecturas exactas de la tasa de dosis, principalmente si la energía de la radiación es diferente a la que fue calibrada.
  5. Mencionado lo anterior, los detectores GM de energía compensada están diseñados para ayudar a solucionar este inconveniente, ahora que ofrecen tasas de dosis muy exactas en un extenso rango de energías de radiación.
  6. Y finalmente, los contadores Geiger además tienen la posibilidad de medir no solo la dosis de radiación gamma (medida en mR/hr o bien µR/hr), sino más bien además la contaminación alfa y beta (medida en cps o bien cpm).

Espero que te haya gustado está explicación básica. Si se te ha quedado corta y quieres ampliar conocimientos sobre cómo funciona un contador Geiger te recomiendo que veas este artículo de la wikipedia.

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