Schema di un contatore  Contatori proporzionali  Introduzione

Modi operativi di un contatore a gas

I contatori a gas possono operare in modi diversi in dipendenza del voltaggio applicato al rivelatore stesso.

• Nel caso in cui il voltaggio applicato sia basso, il campo elettrico non risulta sufficiente a prevenire la ricombinazione di ioni ed elettroni; in questo caso la carica raccolta agli elettrodi é minore di quella creata dall'interazione del fotone con il gas
• In un ampio intervallo di voltaggi il contatore funziona in saturazione, intendendo con questo che il campo elettrico é sufficiente a prevenire la ricombinazione delle cariche ed é pure sufficiente a convogliare le cariche prodotte nel contatore verso gli elettrodi di raccolta; in questo modo di funzionamento ricadono le camere a ionizzazione
• Al di sopra dei valori di voltaggio e di campo per i quali il funzionamento del rivelatore é in saturazione, si situa la regione di funzionamento del contatore come contatore proporzionale; in questo caso si raggiunge e supera la soglia oltre la quale inizia la moltiplicazione di cariche nel gas e si genera una cascata, conosciuta come Townsend avalanche. Questa moltiplicazione di cariche sará lineare in un certo intervallo di valori del campo elettrico (da qui il nome di contatori proporzionali).

Il numero di elettroni aumenta seguendo la relazione di Townsend:

$\frac{dn}{n} = \alpha(\varepsilon)\times dx$                 (3.1)  
 

dove $\alpha(\varepsilon)$ é il primo coefficiente di Townsend per i gas, che é zero sino ad un valore di soglia del campo elettrico e quindi cresce in modo pressoché monotono con $\varepsilon$.Quindi la densità di elettroni cresce esponenzialmente man mano che la distanza aumenta dal punto di creazione delle cariche primarie per un campo elettrico costante. Nel caso di un campo elettrico variabile lungo il cammino (il caso di un contatore cilindrico, ad esempio) la dipendenza é anche più ripida.

Il segnale raccolto agli elettrodi del rivelatore consisterà di una carica raccolta ben maggiore di quella generata dall'interazione della radiazione con il gas, ma ancora proporzionale a questa carica iniziale. Sarà quindi anche proporzionale all'energia depositata nel rivelatore dal fotone incidente.

• Aumentando ulteriormente il campo elettrico, si introducono effetti di non linearità, dovuti ad effetti di carica spaziale. In questa regione di operatività, dato che la velocità di drift degli ioni é nettamente inferiore a quella degli elettroni, si verifica il caso in cui la concentrazione di ioni in prossimità del punto di interazione della radiazione nel gas é tale da perturbare localmente il valore del campo elettrico. Poiché la moltiplicazione delle cariche é dipendente dall'intensità del campo elettrico, appaiono non linearità (non proporzionalità nel segnale raccolto rispetto alla quantità di carica prodotta all'origine).
• Infine, aumentando ulteriormente il campo elettrico, si arriva nella regione di operatività dei contatori Geiger Müller. In questo caso gli impulsi in uscita dal rivelatore saranno tutti della stessa ampiezza, a prescindere dall'energia depositata nel gas dall'interazione del fotone X. Il rivelatore non é più un rivelatore spettroscopico.

 Figura 3.1: Regioni operative di un contatore a gas. In ascissa: voltaggio applicato. In ordinata: ampiezza dell'impulso (scala logaritmica)

5/5/1998