Contatore Geiger E-M10

Il nostro contatore Geiger E-M10 è del tipo presente presso i Laboratori Nazionali di Fisica Sanitaria di Frascati.

E' un contatore Geiger-Mulle
r in grado di trasformare l'energia rilasciata, dalla radiazione alla materia del rivelatore, in un segnale elettrico che viene registrato. Questo tipo di contatori G-M. sono stati inventati ed introdotti nel 1928 e vengono utilizzati per diverse applicazioni, non ultima la radioprotezione, grazie ad una combinazione di caratteristiche:

1) Sensibilità a diversi tipi di radiazione
Come altri rivelatori di radiazioni il modello G-M. è in grado di rivelare sia radiazioni debolmente peetranti,come i raggi alfa e beta , sia fortemente penetranti come i raggi gamma. E' però necessario che tali radiazioni oltrepassino le pareti del contatore e ne penetrino il volume sensibile. Ne consegue che per rivelare radiazioni alfa e beta , occorre uno strumento a pareti estremamente sottili. Molto spesso , a questo scopo, il contatore è dotato di una finestra da pochi mg.cm2.

ELETTRONICA CONTATORE
Il G-M. fornisce impulsi in tensione facilmente registrabilida semplici circuiti elettronici.
E' un sistema molto pratico ed economico che permette di rilevare rapidamente il campo fotonico in un determinato ambiente.

COME FUNZIONA UN CONTATORE G-M
Il G-M è sostanzialmente un'ampolla che contiene due elettrodi, uno esterno con forma cilindrica,l'altro interno a filo. La geometria cilindirica permette di ottenere campi elettrici molto elevati dell'ordine di 20kV/cm applicando modeste differenze di potenziale agli elettrodi (dell'ordine di 100 V.) .Il valore di campo elettrico in funzione del raggio , E(r) è molto efficiente.La radiazione che entra nel volume definito dai due elettrodi (volume sensibile), deposita energia nel gas di riempimento(Argon o Argon + Neon), producendo coppie di ioni positivi e negativi che, accelerati dal campo elettrico, migrano verso gli elettrodi di segno opposto dando luogo ad un impulso elettrico. Il numero di coppie di ioni prodotti da una particella di energia cinetica Ek è dato dal rapporto Ek/ W, dove W rappresenta l'energia media richiesta per produrre una coppia. Il parametro W per i gas nobili varia (di solito) da 25 a 40eV/coppia, con una debole dipendenza dal tipo ed energia delle particelle. Gli ioni accelerati verso gli elettrodi acquistano un'energia tale da essere in grado a loro volta di eccitare e ionizzare il gas, dando luogo ad un fenomeno di moltiplicazione. Tale fenomeno è aumentato ad opera dei fotoni di disseccazione del gas, anch'essi in grado di ionizzare ed eccitare.
Agli elettrodi giunge pertanto un numero di ioni pari a: Ek/ W * M, dove M è il fattore di moltiplicazione (dell'ordine di 10 alla terza) . Per evitare che il dispositivo sia danneggiato da eventi di scarica continua, il gas di riempimento è arricchito con specie chimiche elettronegative, con lo scopo di estinguere eventuali cariche elettriche.
L'ampiezza del segnale elettrico è tanto grande da non conservare piu' la proporzionalità con il numero iniziale di coppie, perciò si dice che il segnale elettrico del Geiger è indipendente dalla ionizzazione primaria, quindi dall'energia delle particelle.Per questo motivo non può essere usato per applicazioni di spettrometria.

Il G-M- può solo essere usato per "contare" le particelle (un impulso= un conteggio= una particella rivelata), con una certa "efficienza di conteggio", definita come il rapporto tra il numero di conteggi in un certo tempo ed il numero di particelle incidenti nello stesso tempo. Tale parametro dipende dal tipo di energia delle particelle.L'efficienza di conteggio è molto alta (vicina al 100%) per le particelle β (beta) ed α (alfa) e molto piu' bassa per i fotoni.

TARATURA di un contatore Geiger G-M.
Il contatore è tenuto in effecienza tramite "taratura" che significa determinare esponendo il contatore ad un campo di radiazioni "noto" , in termini sia del numero di particelle , sia della loro energia.
Per la radiazione fotonica è possibile, sotto certe condizioni, mettere in relazione il numero di fotoni che attraversano un determinato volume di misura con le grandezze dosimetriche in quel punto. E' pertanto possibile con tale contatore effettuare la taratura del contatore in termini di dose "ambientale" . Ovviamente il fattore di taratura che ne deriva può essere usato solo per misurare fotoni in certe condizioni ambientali.
Il processo di taratura di questo strumento viene effettuato presso il laboratorio di metrologia , ovvero una struttura che disponga di campioni di misura riferibili ai campioni primari nazionali e quindi a quelli internazionali del BIPM di Parigi (Bureau International des Poids et Mesures).
Tali campioni di misura, per il campo delle radiazioni ionizzanti, sono in parte disponibili presso il laboratorio della U.F. Fisica Sanitaria dei Laboratori Nazionali di Frascati dell'I.N.F.N.

IL CONTATORE GM-10
Il GM-10 è un piccolo contatore Geiger costituito da un cilindro di lunghezza 5,4 cm e diametro 1,5 cm, contenuto nella scatoletta di materiale plastico . L'involucro contiene nella parete frontale una piccola griglia , che protegge la "finestra" del rivelatore. La finestra è un sottile strato di mica che permette il passaggio di radiazioni poco penetranti come alfa e beta all'interno del volume sensibile. La finestra ha un diametro 9,1 mm ed è spessa 1,75 mg.cm alla meno 2, che diviso per la densità della mica (2883 mg.cm alla -3) fornisce circa 6um.
Tale spessore permette il passaggio di particelle alfa con energia superiore a 3 Me V e beta con energia superiore a 50 keV.
Lo strumento viene collegato ad un computer via USB e pilotato tramite un programma di acquisizione dati.
Il programma fornisce i conteggi del rvelatore in cpm, ovvero colpi al minuto. E' possibile , attraverso il menù fissare le scansioni temporali delle misure , i parametri di visualizzazione grafica e di salvataggio dei dati.
Attraverso il menù statistics è possibile ottenere i parametri statistici della distribuzione di conteggi: il massimo,il minimo e la deviazione standard e la media.

Progetti realizzati