Regioni di funzionamento

In figura qui sotto si vedono le differenti regioni operative dei detectors a gas in funzione del potenziale applicato fra i due elettrodi e della carica raccolta.

La scelta di una particolare modalità dipenderà dalle richieste applicative.

I)Regione di ricombinazione

In assenza di un campo elettrico (o con campo molto debole) le cariche prodotte dal passaggio di una radiazione si ricombinano velocemente per riformare molecole neutre. Aumentando la differenza di potenziale applicata, il tempo a disposizione per la ricombinazione diminuisce perché aumenta la componente della velocità delle coppie lungo la direzione del campo; questo porta ad un aumento della carica raccolta. Molti ioni, comunque, finiranno per ricombinarsi prima di aver trasportato tutta la loro carica quindi la corrente misurata all’uscita dello strumento non riflette l’energia depositata. In questa regione non possono operare rivelatori.

II)Regione di prima ionizzazione

La corrente misurata sugli elettrodi in questa regione è detta corrente di saturazione ed è proporzionale all’energia depositata dalla radiazione incidente. I detectors che lavorano in questa regione sono detti camere a ionizzazione nelle quali il potenziale applicato agli elettrodi è minore di 1000 volts. Risulta però difficile, se non impossibile, eliminare del tutto il fenomeno della ricombinazione, ma con i giusti accorgimenti costruttivi esso può essere reso trascurabile. È da notare inoltre che, poiché la carica di ogni singolo ione è ,  la corrente prodotta dalla ionizzazione primaria è molto piccola.

III)Regione proporzionale

Fino a questo momento la ionizzazione era riferita solo a quella primaria. Se le cariche prodotte durante la ionizzazione primaria hanno abbastanza energia, possono a loro volta produrre per ionizzazione secondaria coppie addizionali, secondo un processo detto valanga Townsend. Chiaramente questo può avvenire solamente se il potenziale elettrico è sufficientemente alto da imprimere alle cariche l’energia cinetica richiesta per strappare altri elettroni dagli atomi del gas. La moltiplicazione a valanga è qui sfruttata per aumentare l’altezza del segnale in uscita, che però sarà ancora dipendente dall’energia depositata dalla radiazione incidente. Il voltaggio applicato nei contatori proporzionali varia da 800 a 2000 V.

IV)Regione Geiger-Müller

Aumentando ulteriormente il voltaggio, il processo a valanga risulta ancora più esaltato e a questo si sommano fenomeni quali l'eccitazione seguita da emissione di luce visibile e ultravioletta. Si produce così un segnale molto intenso (alcuni volt) che non necessita preamplificazione (ciò si traduce, quindi, in un elettronica più semplice); il numero di coppie prodotte risulta molto elevato: tipicamente raggiunge i  elettroni nell'intero volume del rivelatore. Tuttavia in questo modo il segnale non è più legato all’energia depositata, ecco perché questi strumenti possono solo dare informazioni sul numero di particelle incidenti. Un altro, seppur minor svantaggio è quello del tempo morto, cioè l’intervallo di periodo in cui il detector è essenzialmente insensibile, che nei GM è relativamente lungo (100-300 μs). Infatti se c’è un grande accumulo di carica positiva essa può ridurre il campo elettrico interno a valori che non sono più favorevoli al fenomeno della moltiplicazione a valanga; quindi una carica prodotta nel gas durante questo periodo sarà un evento non registrato.

V)Regione di scarica

Non è più possibile nessun tipo di rivelazione: l'impulso in uscita non dipende più dalla radiazione incidente poiché avviene una scarica in presenza o meno di radiazione.

a