a pequena amplitude de pulso encontrada em câmaras de íons pode ser corrigida usando detectores cheios de gás de uma maneira diferente. Um contador proporcional utiliza o fenômeno da multiplicação de gás para aumentar o tamanho do pulso por fatores de centenas ou milhares. Como resultado, os pulsos de contador proporcional estão na faixa de milivolt em vez de microvolt e, portanto, podem ser processados com muito mais facilidade.

a multiplicação de gás é uma consequência do movimento de um elétron livre em um forte campo elétrico. Quando a força do campo está acima de cerca de 104 volts por centímetro, um elétron pode ganhar energia suficiente entre as colisões para causar ionização secundária no gás. Após essa colisão ionizante, existem dois elétrons livres no lugar do original. Em um campo elétrico uniforme sob essas condições, o número de elétrons crescerá exponencialmente à medida que forem desenhados em uma direção oposta à do campo elétrico aplicado. O crescimento da população de elétrons é encerrado apenas quando eles atingem o ânodo. A produção de tal chuva de elétrons é chamada de avalanche Townsend e é desencadeada por um único elétron livre. O número total de elétrons produzidos na avalanche pode facilmente chegar a 1.000 ou mais, e a quantidade de carga gerada no gás também é multiplicada pelo mesmo fator. A avalanche Townsend ocorre em um período de menos de um microssegundo sob as condições típicas presentes em um contador proporcional. Portanto, essa carga adicional normalmente contribui para o pulso que é observado a partir da interação de um único quantum incidente.

em um contador proporcional, o objetivo é ter cada elétron livre original que é formado ao longo da trilha da partícula criar sua própria Avalanche Townsend individual. Assim, muitas avalanches são formadas para cada partícula carregada incidente. Um dos objetivos do projeto é manter cada avalanche do mesmo tamanho para que a carga total final criada permaneça proporcional ao número de pares de íons originais formados ao longo da pista de partículas. A proporcionalidade entre o tamanho do pulso de saída e a quantidade de energia perdida pela radiação incidente no gás é a base do termo contador proporcional.

praticamente todos os contadores proporcionais são construídos usando um ânodo de fio de pequeno diâmetro colocado dentro de um cátodo maior, tipicamente cilíndrico, que também serve para envolver o gás. Nessas condições, a força do campo elétrico não é uniforme e atinge grandes valores nas imediações da superfície do fio. Quase todo o volume do gás está localizado fora desta região de alto campo, e elétrons formados em uma posição aleatória no gás pela radiação incidente deriva em direção ao fio sem criar ionização secundária. À medida que são atraídos para mais perto do fio, eles são submetidos ao campo elétrico em constante aumento e, eventualmente, seu valor se torna alto o suficiente para causar o início de uma avalanche de Townsend. A avalanche então cresce até que todos os elétrons atinjam a superfície do fio. Como quase todas as avalanches são formadas sob condições idênticas de campo elétrico, independentemente da posição no gás onde o elétron livre foi originalmente formado, a condição de que suas intensidades sejam as mesmas é atendida. Além disso, a alta resistência do campo elétrico necessária para a formação de avalanche pode ser obtida usando tensões aplicadas entre o ânodo e o cátodo de não mais do que alguns milhares de volts. Perto da superfície do fio, a força do campo elétrico varia inversamente com a distância do centro do fio e, portanto, valores de campo extremamente altos existem perto da superfície se o diâmetro do fio for mantido pequeno. O tamanho do pulso de saída aumenta com a tensão aplicada ao tubo proporcional, uma vez que cada avalanche é mais vigorosa à medida que a força do campo elétrico aumenta.

para sustentar uma avalanche de Townsend, as cargas negativas formadas na ionização devem permanecer como elétrons livres. Em alguns gases, há uma tendência para que as moléculas de gás neutro captem um elétron extra, formando assim um íon negativo. Como a massa de um íon negativo é milhares de vezes maior que a massa de um elétron livre, ele não pode ganhar energia suficiente entre as colisões para causar ionização secundária. Os elétrons não se ligam prontamente a moléculas de gás nobre, e o argônio é uma das escolhas comuns para o gás de preenchimento em contadores proporcionais. Muitas outras espécies de gás também são adequadas. O oxigênio se liga prontamente aos elétrons, no entanto, de modo que o ar não pode ser usado como um gás de preenchimento proporcional em circunstâncias normais. Os contadores proporcionais devem, portanto, ser selados contra vazamento de ar ou operados como detectores contínuos de fluxo de gás nos quais qualquer contaminação do ar é varrida do detector fluindo continuamente o gás de enchimento através do volume ativo.

para contadores proporcionais de tamanho normal, apenas partículas carregadas pesadas ou outras radiações fracamente penetrantes podem ser totalmente interrompidas no gás. Portanto, eles podem ser usados para medições de energia de partículas alfa, mas não para partículas beta de longo alcance ou outros elétrons rápidos. Elétrons de baixa energia produzidos por interações de raios-X no gás também podem ser totalmente interrompidos, e contadores proporcionais encontram aplicação como espectrômetros de raios-X também. Mesmo que os elétrons rápidos não depositem toda a sua energia, o processo de multiplicação de gás resulta em um pulso geralmente grande o suficiente para registrar e, portanto, contadores proporcionais podem ser usados em sistemas de contagem simples para partículas beta ou raios gama.

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