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Un contatore Geiger-Müller è composto da un catodo cilindrico di 1-10 cm di
diametro con una lunghezza che è da due a dieci volte maggiore. Esso opera nella regione
E della curva segnale d'uscita-potenziale in un rivelatore a gas.
Un esempio di un piccolo contatore Geiger ad uso didattico.
Vedi anche delle ulteriori
immagini di contatori Geiger
di tipo storico o impiegate in esperimenti didattici.
In questi dispositivi la carica raccolta è indipendente dalla ionizzazione
primaria. Infatti oltre alla ionizzazione si hanno fenomeni quali l'eccitazione
seguita da emissione di luce visibile e ultravioletta. Una piccola parte di tali
fotoni dà luogo ad emissione di fotoelettroni che generano nuova ionizzazione,
tramite il processo della moltiplicazione a
valanga. Nella regione di funzionamento di un contatore Geiger-Müller basta
una sola coppia primaria per dar luogo ad una scarica a valanga completa e,
quindi, l'ampiezza dell'impulso in uscita non è più una misura della
ionizzazione primaria. Da ciò si comprende che un contatore Geiger può essere
utilizzato come contatore di radiazione e non in esperimenti di spettroscopia.
Un grafico ottenuto riportando in ascisse le tensioni applicate, ed in
ordinate il numero degli impulsi registrati in un intervallo di tempo T (uguale
naturalmente per tutte le misure) si chiama "curva caratteristica del
contatore" ed ha l'andamento mostrato nella figura sottostante:
Tale curva presenta una
zona lunga centinaia di Volt a piccola pendenza che viene chiamata "plateau" del
contatore.
La tensione di lavoro del contatore viene scelta a circa 1/3 di tutto il
plateau, in modo che eventuali variazioni nella tensione di alimentazione V del
contatore non lo portino al di fuori della regione di lavoro; d'altra parte,
l'applicazione di una tensione più alta può produrre cariche spurie
all'interno del rivelatore.
Impieghi vari
In base alla geometria essi possono funzionare come rivelatori di raggi b,
g o X.
I contatori per raggi b devono poter
offrire devono un piccolissimo assorbimento agli elettroni e per tale motivo una
parte del tubo viene provvista di una finestra ricoperta da un materiale molto
sottile, di bassa densità e di resistenza meccanica sufficiente a sopportare la
differenza tra pressione interna ed esterna. Solitamente tali finestre sono
fatte in mica.
I contatori per raggi g funzionano
a causa della ionizzazione dovuta agli elettroni prodotti per effetto
fotoelettrico, per effetto Compton o per
creazione di coppie dall'interazione
dei raggi g con le pareti o con il gas di
riempimento. A causa della bassa probabilità di interazione con il gas, occorre
affidarsi all'interazione con le pareti e utilizzare contatori senza finestra e
con spessori notevoli delle pareti metalliche. Con tutto ciò l'efficienza
risulta molto bassa.
I contatori per raggi X sono simili a quelli per raggi b.
Infatti poiché i raggi X sono fotoni con energie più basse dei raggi g,
occorrono contatori con pareti sottili e con finestra di mica, in modo che
l'interazione avvenga con le molecole del gas. Generalmente i gas impiegati sono
l'argon, il krypton e lo xenon.
I rivelatori Geiger-Müller possono avere anche altri impieghi come ad esempio
la misura del coefficiente di assorbimento per raggi a o
b nell'attraversare un mezzo materiale. Ciò può
essere ottenuto misurando il numero di conteggi in un tempo fissato in assenza
di materiale e vedendo come questo varia interponendo fra sorgente e contatore
il materiale di volta in volta con spessori diversi. Una rappresentazione
schematica dell'esperimento è data di seguito:
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