Contatori proporzionali

L’effetto valanga, responsabile dell’ incremento di carica generata, richiede una elevata differenza di potenziale fra i due elettrodi. Per questo si cerca di evitare la geometria a piastre piane parallele optando piuttosto per una struttura cilindrica, nella quale il campo più intenso si localizza in prossimità del sottile filo centrale.

Il campo elettrico nel tubo, non è quindi costante, ma varia secondo la legge:

con:

• r distanza dall’anodo;
• b raggio del catodo (tubo);
• a raggio dell'anodo (filo interno).

Ecco come si presenta la distribuzione spaziale del campo:

 

Ne consegue che il processo di moltiplicazione si sviluppa a partire dalle regioni che si trovano nelle immediate vicinanze dell’elettrodo centrale (dove il campo elettrico assume valori superiori al valore critico ), qui un elettrone potrà guadagnare energia cinetica sufficiente per ionizzare altri atomi del gas come mostrato qualitativamente nella figura sotto:

In aggiunta agli elettroni secondari prodotti per collisione dovuta all’accelerazione impartita dal campo elettrico, cariche negative sono prodotte anche per:

• interazione fotoelettrica, causata dai fotoni prodotti nel detector stesso e risultanti dalla de-eccitazione degli atomi del gas;
• bombardamento della superficie del catodo, dipendente dal materiale che ricopre il catodo e dalla natura del gas di rilevazione.

La carica totale prodotta in un contatore proporzionale sarà:

con:

• ΔE energia che la particella incidente deposita nel rivelatore;
• W quantità di energia per produrre una coppia ione-elettrone;
• M fattore di moltiplicazione.

La proporzionalità vale se si può considerare il fattore di moltiplicazione M come costante, cioè non dipendente dalla ionizzazione principale, e questo avviene fintantoché la carica spaziale dovuta agli ioni positivi non modifica troppo il campo elettrico attorno al filo. Se la ionizzazione primaria è piuttosto piccola, il parametro M acquista valori compresi fra e  . Se la ionizzazione primaria è eccessivamente forte il valore di M risulta difficile da quantificare perché diventa funzione di più variabili complesse (geometria della camera, tipo di gas, natura della radiazione, ecc..) I contatori proporzionali sono particolarmente adatti per la rivelazione dei raggi-X a bassa energia (spettroscopia a fluorescenza dei raggi-X), trovano applicazioni anche nella rivelazione dei neutroni ( ) che vengono rivelati in maniera indiretta attraverso reazioni nucleari del tipo:

Qui sotto è riportata l’immagine di un rivelatore per neutroni con la caratteristica forma sferica che permette di massimizzare il volume sensibile.

 Ludlum Model 42-31H