O que é um contador Geiger e como funciona?

2 meses ago
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Desenvolvido pelo físico alemão Hans Geiger, um contador Geiger é um dispositivo extremamente benéfico que pode detectar radiações radioativas fatais. Hans Geiger desenvolveu a ideia em torno de 1912 ao trabalhar com o meritório Ernest Rutherford, o mesmo físico que “separou” o átomo e descobriu o núcleo atômico.

Dezesseis anos depois, ele decidiu renovar sua invenção com a ajuda de um estudante, Walter Mueller. É por isso que o dispositivo é muitas vezes conhecido como o contador ou tubo Geiger-Mueller.

contador Geiger

(Crédito da foto: Boffy b / Wikimedia Commons)

Para entender como isso funciona, eu primeiro preciso entender o que é a radioatividade e porque não pode ser medido “convencionalmente”.

O que é Radioatividade?

A radioatividade é exibida por átomos que apresentam uma retenção fraca sobre os constituintes que formam seus núcleos – prótons e nêutrons. Graças à sua instabilidade, eles ficam extremamente desajeitados e ocasionalmente ignoram algumas partículas aqui e ali. A perda de partículas transmuta os núcleos em diferentes elementos químicos completamente!

Como um grupo de prótons se agarra em um espaço tão apertado, apesar de ter uma força tão repulsiva e petulante entre eles, é um feito incompreensível. É aí que a força forte entra em jogo. A força forte é a força fundamental mais forte no universo, mas ela opera apenas na mais ínfima das escalas. A força forte triunfa sobre a força repulsiva eletromagnética e pega prótons e nêutrons de mentalidade semelhante. A energia necessária para mantê-los juntos é conhecida como energia vinculativa.

No entanto, os isótopos – elementos que são quimicamente indistinguíveis, mas diferem em suas massas atômicas – exibem algum comportamento peculiar. Um par de isótopos contém o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons, ou vice-versa. Uma conseqüência disso é um aumento no tamanho de um núcleo.

Além disso, um tamanho aumentado torna ineficaz a força forte de curto alcance. Em uma escala fora do seu alcance, a força repulsiva chuta. Nesse ponto, os núcleos não têm energia suficiente para superá-lo e manter seus constituintes juntos.

A inconsistência na massa incita a instabilidade no núcleo de um isótopo. Os átomos naturalmente cobiçam a estabilidade, que neste caso vem ao custo de liberar esse excesso de massa. Pense no seu núcleo radioativo como um assento abarrotado em um ônibus lotado. As pessoas que estão sentadas nele são prótons e nêutrons. Quando um nêutron extra tenta aconchegar-se em um assento já cheio, ele desloca inadvertidamente uma partícula no lado oposto, semelhante às bolas de aço de um berço de Newton

Homem caindo do assento

Além da massa, os núcleos também emitem energia radioativa. Em uma guerra de puxão entre as forças mais fortes do universo, a força forte entra e a força repulsiva lança um pedaço de partículas em seus arredores a velocidades muito altas. Este processo de emissão é conhecido como radioatividade e os átomos estão sujeitos a “decadência”.

Existem três tipos de radiação, dependendo do seu comportamento em um campo magnético ou elétrico. As partículas alfa são as mais pesadas, contendo dois prótons e dois nêutrons, dobrando-se para uma placa carregada negativamente. As partículas beta são 700 vezes mais leves e são principalmente compostas por elétrons, forçando-os a se dobrarem em direção a eletrodos positivos.

Finalmente, existem raios gama, que, devido a ausência de qualquer tipo de carga, viajam desviados em um campo elétrico ou magnético. Assim como um elétron pode se mover para estados de energia mais baixos e emitir pacotes discretos de fótons, os núcleos perdem sua energia ao emitir rádios gama poderosos.

O Contador Geiger

A dificuldade de lidar com materiais radioativos é complementada pelo fato de que suas emissões são invisíveis e notoriamente difíceis de detectar. É por isso que não podemos detectá-los convencionalmente. Uma solução é de alguma forma converter essas quantidades invisíveis imensuráveis ​​em detectáveis ​​e mensuráveis. Isso é exatamente o que um Geiger Counter faz.

Um medidor Geiger passa elementos radioativos através de um gás inerte dentro da máquina. Devido à sua natureza polar, as partículas radioativas ionizam o gás em que estão dispersas. Os íons resultantes podem ser facilmente detectados em relação à própria radioatividade. Este é o princípio de funcionamento do dispositivo.

Um Geiger Counter é um cilindro de metal fechado por uma janela de cerâmica ou mica em uma extremidade. Os filmes finos permitem que as partículas radioativas meandrosas nos arredores permeiem facilmente. Desligar o tubo é um fio de metal fino, geralmente composto de tungstênio. O fim deste fio está conectado a uma grande fonte de energia na outra extremidade, o que acumula uma grande carga positiva. Este fim atua como um eletrodo positivo – um ânodo. A superfície curva do tubo de metal atua como o eletrodo negativo – o cátodo.

O cilindro é arquivado com um gás inerte, como Neon ou Argon. À medida que as partículas radioativas passam, ionizam esse gás. Os íons positivos e negativos aparecem ao redor do tubo cilíndrico. Os elétrons negativamente carregados são instantaneamente atraídos para o ânodo, enquanto os íons positivos são repelidos pela grande carga positiva e fluem para o cátodo.

Contador Geiger dentro do diagrama

Além disso, à medida que os elétrons movem o gás, eles colidem em mais átomos, causando uma reação em cadeia de ionização que produz mais íons e elétrons. Isso é chamado de descarga Geiger. Posteriormente, muitos elétrons chegarão ao ânodo, gerando um pulso de eletricidade que é medido em um medidor.

Cada pulso do tubo é calibrado para uma contagem. As contagens por segundo fornecem uma aproximação da força do campo de radiação. As contagens podem ser lidas por um usuário através de uma leitura visual. As leituras visuais podem ser medidores analógicos convencionais ou ecrãs LCD elétricas. Diferentes unidades, como mili-Roentgens por hora (mR / hr) ou micro-Sieverts por hora (uS / hr), são usadas atualmente para exibir a gravidade da radiação em uma determinada área.

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O fio também pode ser conectado a amplificadores e a um alto-falante para gerar os famosos “cliques” associados aos medidores Geiger. Os contadores mais baratos podem detectar raios gama e beta, enquanto os caros detectam raios alfa também. No entanto, uma limitação de usar este dispositivo é a sua incapacidade de distinguir entre essas radiações porque o pulso de saída é da mesma magnitude, independentemente da energia da radiação incidente.

Finalmente, o funcionamento do dispositivo pode ser interrompido, liberando um gás que atrai os iões livres. Este processo é chamado de extinção e o gás é conhecido como gás de extinção. Os halogéneos são excelentes extintores devido à sua forte natureza elétronégativa, embora uma enorme resistência também possa ser recrutada para se opor ao fluxo de corrente.

Qual é o significado do Contador Geiger?

Os cientistas usam Geiger Counters para medir a emissão radioativa porque é extremamente perigoso para humanos e animais. Estar na proximidade de uma usina nuclear ou um acidente envolvendo elementos radioativos torna um altamente propenso a seus efeitos perigosos.

A radiação mata rapidamente as células orgânicas. Mesmo uma pequena dose pode causar envenenamento por radiação, que induz a náusea e faz partes extremamente importantes do corpo, como a medula óssea e os gânglios linfáticos, suscetíveis a danos irreversíveis, causando câncer ou outras doenças auto-imunes.

A perda de glóbulos brancos pode ser tratável, mas a sobrevivência só é provável, não garantida. É por isso que os laboratórios de pesquisa e as usinas de energia que envolvem atividade radioativa usam dispositivos vitais como esses para acompanhar a radioatividade nociva e garantir que todos os funcionários estejam trabalhando em um ambiente seguro e livre de radiação.

Referências:

  1. Universidade de Cal Poly Pomona (CPP)
  2. Linda Hall Library
  3. Wikipedia
  4. Physics.org
O que é um contador Geiger e como funciona?
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