#26 LA CHIMICA NELLO STRUMENTO

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Come è spiegato nello step 5, alla base del contatore Geiger vi è la scarica di Townsend. Si tratta di un processo di ionizzazione di un gas, che si aziona grazie ad una scarica elettrica molto elevata. 

In questo step si approfondirà la ionizzazione del gas. Quando si opera con i gas, come in questo caso, il fenomeno coincide con la rottura dielettrica di un materiale, poiché un qualunque gas neutro è dielettrico, ma se sottoposto ad un campo elettrico molto elevato può ionizzare e diventare così un conduttore.

Esistono vari metodi per riscaldare e ionizzare un gas:
-scariche in corrente continua: facendoci passare una corrente, per esempio applicando una tensione fra due elettrodi (il metodo più semplice);
-scariche in radiofrequenza: immettendo delle onde radio a frequenza opportuna;
-scariche a microonde: immettendo delle microonde a frequenza opportuna.

Poiché nel caso del contatore Geiger si hanno scariche in corrente continua, tratteremo principalmente questo punto. 
Lo schema delle scariche gassose in un tubo catodico è molto semplice, e consta di tre elementi:
-un tubo rettilineo (camera da vuoto), tenuto in vuoto da una pompa, poiché è più facile ionizzare un gas a bassa pressione;
-un circuito elettrico, collegato a due elettrodi posti alle due estremità del tubo;
-una bombola di gas, con una valvola a spillo per controllare la  del gas.

La tensione di innesco (breakdown) è data dalla legge di Paschen, cioè dipende dal prodotto della pressione per la distanza degli elettrodi. 

Al variare della tensione applicata, ogni scarica attraversa una serie di regimi successivi:

Curva caratteristica (tensione come funzione della corrente) di un tubo al Neon

·    -La scarica oscura; a cui appartengono i tratti A-D. Qui, si utilizza lo stesso principio del tubo di scarica, che viene impiegato nei contatori Geiger, pertanto il tratto A - B viene anche chiamato regime Geiger.

Le correnti più basse (punto A della curva caratteristica) sono sotto forma di impulsi casuali ("burst") di corrente, dovuti radioattività naturale e raggi cosmici. Dato che il campo elettrico è così basso, questi elettroni non possono generare altri elettroni per effetto di ionizzazioni successive.

Allora, si applicata una scarica agli elettrodi, gli elettroni cominciano ad essere emessi dal catodo, inizialmente per fotoemissione. Di conseguenza, la corrente aumenta, come mostrato nei tratti A – B della curva caratteristica, fino a raggiungere una situazione di equilibrio, in cui gli elettroni prodotti sono rapidamente dispersi nella regione del tubo compresa fra i due elettrodi ("gap"), cioè nella corrente di saturazione.

Aumentando ancora la tensione, gli elettroni liberi vengono accelerati sufficientemente da poter collidere con atomi neutri, producendo nuovi elettroni liberi (ionizzazione per collisione). L'elettrone iniziale, più quello emesso per collisione, possono venire riaccelerati, per collidere con altri atomi neutri. Questo produce un effetto a valanga, noto come scarica a valanga, o di Townsend (tratto B - C della curva caratteristica).

Effetto di ionizzazione a valanga da parte di elettroni emessi dal catodo


-La scarica a bagliore (glow); che comprende i tratti F-H.

·    -L'arco (o scintilla), formata dai tratti I-K.


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