Il Contatore Geiger

Il contatore Geiger-Muller è lo strumento più conosciuto per la rivelazione di particelle ionizzanti, qui [step 2] alcune immagini dello strumento, appartiene alla categoria dei rivelatori [step 14]ampliamente utilizzati nella fisica sperimentale [step 4] perchè unici strumenti in grado di identificare e misurare la presenza di una fonte di radioattività. Il nome dello strumento deriva da i suoi inventori [step 9] specialmente dal fisico tedesco Hans Geiger, ricordato negli anni da queste cartoline commemorative [step 18], che elaborò una prima versione dello strumento nel 1908, ma lo strumento divenne completo solo nel 1928 con le modifiche apportate da Walther Muller. La popoliarità dello strumento è dovuta al vasto impiego dello strumento nel dopoguerra negli Stati Uniti. Infatti grazie alla facilità di utilizzo [step 22] e dal basso costo di produzione, dovuto alla poca complessità dello strumento [step 3], lo si iniziò a produrre commercialmente agli inizi degli anni '50 come

 Il contatore Geiger, inventato nel campo della ricerca sperimentale in fisica, ha trovato utilizzi sia in ambito civile che militare. Sia nell'ambito della ricerca scientifica ma anche come dispositivo di identificazione e protezione da materiali radioattivi, visto gli effetti sulla salute delle radiazioni ionizzanti. Queste numerose applicazioni hanno fornito a diversi autori spunti per scrivere libri e film, sia fantastici ma anche di tipo divulgativo e documentaristico.   Mappa concettuale creata con  canva . 

 Il legame dello stumento con la chimica è sicuramente nel suo principio di funzionamento infatti si basa su un gas in grado di ionizzarsi. Infatti un gas allo stato normale si comporta come un dielettrico mentre se sottoposto a un campo elettrico di elevata intensità si può ionizzare ovvero avere un comportamento da conduttore.  All'interno di un contatore Geiger la differenza di potenziale tra catodo(superficie del cilindro contentente il gas) e andodo(filo all'interno) è tale che l'impatto di una particella ionizzante con il gas generi una piccola scarica di corrente chiamata scarica oscura o cascata di Townsend. Quello che avviene è che la particella ionizzata iniziale si scontra con un atomo neutro del gas che produce altri elettroni. Questi elettroni essendo sottoposti al campo elettrico vengono accelerati e colpiscono a loro volta altri atomi neutri che si ionizzano provocando un meccanismo a cascata. Alla fine gli elettroni si scaricano sull'anodo generando una

Come oggetto del passato ho scelto questa macchinina Lego, gioco molto stimolante ed educativo che mi ha appassionato da bambino. Mi ricorda del tempo passato a inventare e costruire caratteristica che mi è rimasta e dedico in altre mie attuali passioni.  Come oggetto del presente ho scelto la mia bicicletta con cui pratico la mia passione il ciclismo.    Come oggetto del futuro ho scelto la tastiera del pc che sono sicuro rappresenterà al meglio un aspetto del mio futuro e della carriera lavorativa che vorrò intraprendere.    

Il grafico rappresenta le diverse tecnologie per la rivelazione di particelle ionizzanti. A inizio novecento la tecnologia più diffusa e conosciuta è l'elettroscopio in grado di rilevare solo cariche elettriche. Successivamente si sviluppano le camere a ionizzazione e i contatori Geiger. Dopo la seconda guerra mondiale con lo sviluppo e lo studio dell'energia nucleare e la radioattività si ha un incremento significativo delle diverse tecnologie nella letteratura scientifica ma non solo. Anche il grande pubblico viene a conoscienza dei rivelatori di particelle, significativo è il prossimo grafico. Il grafico rappresenta i dati relativi alla presenza nella letteratura delle parole contatore Geiger, Civil Defense e uranium ore. Si nota come dopo la creazione della Civil Defence in america(organizzazione nata per preparare i civili a un possibile attacco militare), la propaganda governativa sulla ricerca dell'uranio e la commercializzazione di rivelatori di radioattività i term

Il contatore Geiger ricade sotto la normativa IEEE/ANSI N42.33-2019 dell'American National Standards Institute e pubblicato dall'IEEE: lo standard descrive i criteri di progettazione, i requisiti e test prestazionali che un rivelatore portatile di radiazione deve soddisfare. Un'altro standard di riferimento per lo strumento è IEC 60325 dell'International Electrotechincal Commission:  lo standard definisce i requisiti e specifica le caratteristiche generali, le condizioni generali dei test, le caratteristiche delle raziazioni, la sicurezza elettrica, le caratteristiche ambientali e i requisiti del certificato di identificazione per misuratori di contaminazione alfa e beta o alfa/beta.   fonti: https://ieeexplore.ieee.org/document/8863802 https://webstore.iec.ch/publication/1463    

 GUIDA ALL'UTILIZZO DI UN CONTATORE DI GEIGER-MULLER PORTATILE Estrarre lo strumento dalla custodia, eventualmente assicurare lo strumento tramite l'apposita cinghia da spalla se in dotazione. Se lo strumento è dotato di uscita audio e/o sprovvisto di speaker collegare lo strumento a un dispositivo audio (es. cuffie, diffusore acustico...). Accendere lo strumento dall'apposito interruttore. Avvicinare il dispositvo o l'apposita sonda(se disponibile) al oggetto di cui si vuole misurare la radiazione di tipo ionizzante, ovvero particelle alfa, beta o gamma. In questa fase è possibile modificare la scala dello strumento agendo sull'apposito selettore per ottenere una misura più accurata e precisa. Leggere i valori della misura sul quadrante graduato/schermo digitale(se disponibile) oppure ottenere una misura qualitativa tramite l'ascolto del suono prodotto dalla relativa uscita audio. Effettuata la misura spegnere lo strumento e riporlo nella custodia da trasporto.

    Striscia in cui compare Batman che riesce a identificare e bloccare un assassino tramite l'utilizzo di un contatore Geiger, da Detective Comics Vol 1 n.420 , Febbraio 1972 .     fonti: https://viewcomics.me/detective-comics-1937/issue-420/full https://dc.fandom.com/wiki/Detective_Comics_Vol_1_420

  Logo della Victoreen Instrument co. una delle aziende produttrici di contatori Geiger, commercializzò il primo strumento, il modello 263 chiamato the "Doc", che utilizzava un rivelatore di Geiger-Muller.       fonti: https://abandonedonline.net/location/victoreen-instrument-company/   http://national-radiation-instrument-catalog.com/new_page_26.htm  

A      -      AIEA(Agenzia Internazionale per l'Energia Atomica): agenzia che si occupa dello sviluppo pacifico dell'energia atomica e della sicurezza nucleare. B      -      Bequerel, Henri: fisico celebre per la scoperta delle radiazioni emesse da i sali di uranio che ha segnato il punto di partenza della fisica nucleare. C      -      Cascata Townsend: principio su cui si basa lo strumento. D      -      "Doc": nomignolo assegnato al primo contatore Geiger Commercializzato dalla Victoreen. E      -     Enrico Fermi: fisico italiano che utilizzò lo strumento nei suoi esperimenti su i neutroni lenti. F      -      Fisica Nucleare: scienza che ha visto i primi impieghi dello strumento. G      -      Gas: contenuto all'interno del tubo GM. H      -      Hans(Geiger): inventore. I      -      Intensità(della radiazione): grandezza fisica rilevabile dallo strumento. L     -      Liebson, Sidney H.: fisico nucleare inventore del contatore Geiger alogeno, sonstituendo

  Francobollo emesso in Germania dalla NordBrief nel 2010 raffigurante l'inventore. Nella didascalia è citato lo strumento di sua invenzione. Cartolina emessa nel 1998 da Antigua e Barbuda come ricordo commemorativo dei sesant'anni dall'invenzione dello strumento. Nel francobollo è ritratto l'inventore Hans Geiger, alla sua destra una visione stilizzata del tubo di Geiger-Muller e in secondo piano un uomo intento a utilizzare il dispositivo. fonti: https://colnect.com   https://colnect.com  

Il primo riferimento a un contatore Geiger si ha con questo documento pubblicato da Ernest Rutherford e Hans Geiger nel 1908. Uno dei primi brevetti relativi a un tubo di Geiger-Muller di A. S. Keaton datato 27 ottobre 1944. brev. US2409498A Indroduzione da parte di Sidney H. Liebson di un gas alogeno all'interno della camera di ionizzazione del gas che permette una riduzione del voltaggio necessario al funzionamento del dispositivo, sostituendo il vecchio tubo GM che utilizzava miscele di gas differenti. brev. US2586836A, 1948 Struttura differente di un tubo di Geiger-Muller con una finestra in mica brevettata dalla Victoreen il 14 aprile 1947, inoltre presenta una struttura rinforzata resistente agli urti permettendo l'uso dello strumento all'aperto e non solo in laboratorio per il pericolo di rompere la sonda. brev. US2542440A. fonti: https://patents.google.com/patent/US2409498A   https://patents.google.com/patent/US2586836A https://patents.google.com/patent/US2542440A

  Vista del modello CD V-700 6B della Victoreen.

  fonti: https://www.phys.uniroma1.it/DipWeb/web_disp/d2/dispense/mattioli/TRivelatori2002.pdf  

  Pubblicità di un giornale del 1953 della Detectron co. Pubblicita del 1955 del modello 107C della Precision Radiation Instruments     Radio con contatore Geiger integrato pubblicizzata nel 1957 dalla rivista Popular Mechanics   Nel 1955 Life Magazine proponeva in un suo articolo un intero kit per la prospezione e ricerca mineraria dell'unanio e dei metalli preziosi, l'offerta comprendeva anche una jeep.    fonti: http://national-radiation-instrument-catalog.com/historical_ads.htm

  Scena tratta dalla serie di successo Chernobyl prodotta da HBO nel 2019 in cui si vedono le persone intente a rimuovere i residui contaminati di grafite del reattore esploso. Nel filmato si sente il tipico suono prodotto da un contatore Geiger in prossimità di un materiale radioattivo.  Sena dal film Mission Impossible Fallout del 2018 in cui si utilizza una sonda contenente probabilmetne un tubo di geiger-muller per la rivelazione del plutonio. Scena della serie tv "War of the Worlds" del 1988-90 del genere sci-fi/thriller in cui si utilizza un contatore Geiger per individuare un alieno. fonti: https://www.imdb.com/title/tt7366338/ https://www.imdb.com/title/tt4912910/?ref_=nv_sr_srsg_1  https://www.imdb.com/title/tt0094578/?ref_=fn_al_tt_3  

Il contatore Geiger fino agli inizi degli anni '40 non era commercializzato e prodotto in larga scala ma sviluppato e prodotto all'interno di laboratori di ricerca universitari o ambienti militari. Il vero e proprio boom delle vendite si ebbe negli Stati Uniti negli anni '50, venduto per uso hobbistico nella ricerca dell'uranio( uranium rush ) e incentivata dallo stato per aumentare la reperibilità del prezioso minerale utilizzato nell'industria bellica nuclerare e nella ricerca ad uso civile. Il primo rivelatore di particelle basato su un tubo di GM disponibile commercialmente fu  il Victoreen model 263 detto the "Doc" prodotto dalla Victoreen Instrument Company tra il 1939 e il 1940.   L'azienda fondata nel 1928 da John Austin Victoreen inizialmente produceva dosimetri a raggi x. Fino al 1946 era il solo produttore di strumenti nucleari. Lavorò anche per il progetto Manhattan e contribuì al successo dello stesso. Nel 1928 commercializza il suo primo

Bibliografia: Articolo di periodico scientifico: H. Geiger e W. Muller, Elektronenzählrohr zur Messung schwächster Aktivitäten trad . ( Contatore di elettroni per misurare le attività più deboli ) , in Naturwissenschaften trad. (Le Scienze Naturali) , n 31, vol. XVI, pagg. 617 – 618, 1928. Libro:  H. Geiger e W. Makower, Meßmethoden auf dem Gebiete der Radioaktivität trad. (Metodi di misura nel campo della radioattivita ), in Die Wissenshaft trad. (La Scienza) , 1920. Lettera circolare: Leon Francis Curtiss, The Geiger-Müller Counter , U.S. Government Printing Office, 1950. Libro: Robert J. Wright , Prospecting with a Counter , U.S. Atomic Energy Commission, 1954

HANS GEIGER Nato il 30 settembre 1883 a Neustadt an der Haardt, in Germania. Nel 1906 consegue la laurea in fisica all'univesità di Erlangen. Dopo poco tempo si trasferisce all'università di Manchester dove diventa uno dei fidati collaboratori di Ernest Rutherford. Qui costruisce la sua prima versione del contatore di particelle che porta il suo nome. Nel 1912 si trasferisce all'istituto nazionale per la scienza e tecnologia di Berlino dove continua gli studi sulla struttura dell'atomo. Partecipa alla prima guerra mondiale come ufficiale di artiglieria nei ranghi tedeschi. Nel 1924 insieme a Bothe conferma sperimentalmente l'esffetto Compton. Nel 1925 accetta la posizione di insegnante all'università di Kiel, qui insieme a Walther Muller perfeziona il contatore Geiger-Muller. Successivamente dedicherà i suoi studi a i raggi cosmici, radioattività artificiale e fissione nucleare prima all'università di Tubinga e poi ne '36 al Technische Hochschule di Berl

La parte più importante dello strumento è sicuramente il tubo di Geiger-Muller, abbreviato GM. Il tubo è composto da un cilindro conduttore che funziona da catodo e un sottile filo interno che costituisce l'anodo, l'interno è riempito da una miscela di gas sotto pressione. Proprio sui gas vorrei soffermarmi come principali materiali dello strumento. La miscela di gas è composta da un gas di riempimento e da un gas di raffreddamento che può essere di natura organica o inorganica(un gas alogeno). Il gas di riempimento permette la ionizzazione dello stesso e il funzionamento dello strumento. Mentre il gas di raffreddamento serve a riportare il tubo di GM alle condizioni iniziali per permettere la rivelazione di un altra particella ionizzante. Se il gas di riempimento è l'elio allora si usa un gas di tipo organico, tipicamente l'isobutano. Se il gas di riempimento è il neon(oppure argon o krypton)si utilizza un gas alogeno come il cloro. ELIO: simbolo chimico He, scoperto n

  Il contatore geiger, che rivela particelle ionizzanti, è utilizzato in tutti quei luoghi dove è presente una fonte emittiva di radiazioni. Il simbolo di conseguenza che più richiama all'oggetto è il segnale di pericolo per possibile presenza di radioattività nell'area. Segnale presente in impianti nucleari ma non solo. Infatti è presente in ambienti ospedalieri ma anche laboratori di ricerca e analisi, impianti industriali e molti altri settori. La correlazione tra ciò che riguarda la radioattività e il simbolo a forma di trifoglio, come comunemente denominato il segnale in inglese "Trefoil", è netta e radicata nella cultura popolare. Come curiosità il simbolo nel 2007 è stato cambiato dal IAEA per rendere più chiara la pericolosita delle radiazioni. fonti: https://www.pinterest.it/pin/843439836452022089/ https://www.inail.it/cs/internet/docs/i_principali_impieghi_delle_radiazioni_ionizzanti_pdf.pdf?section=attivita   https://www.iaea.org/newscenter/news/new-symbo

 Lo strumento si basa sul principio fisico della scarica alla Townsend, ovvero una reazione a cascata dove i portatori di carica sottoposti a un campo elettrico intenso all'interno di un gas riescono tramite un urto a ionizzare le molecole circostanti che a loro volta liberano un fotone che colpisce altre molecole(figura 1).   figura 1 La differenza di potenziale all'interno della camera deve essere elevata, permettendo a ogni particella ionizzante che colpisce il gas di generare una cascata e quindi produrre una corrente rilevabile dal contatore(figura 2). figura 2 La forte tensione dello strumento di conseguenza permette di enumerare il numero di particelle che colpiscono la sonda in un periodo di tempo ovvero l'intensita ma non l'energia posseduta dalle particelle. fonti: https://www.treccani.it/vocabolario/valanga/ https://web.archive.org/web/20150919220104/http://www.centronic.co.uk/downloads/Geiger_Tube_theory.pdf https://spark.liceodesio.edu.it/mod/page/view.php?

FISICA SPERIMENTALE La branca della scienza a cui il contatore geiger appartiene è la fisica sperimentale. Lo strumento fu infatti inventato da Hans Geiger nel tentativo di trovare un metodo migliore per il rilevamento delle particelle alfa durante l' esperimento che cercava di determinare la struttura atomica. La fisica sperimentale racchiude le discipline del campo della fisica che tramite un esperimento cercano di formulare o validare una teoria o una legge fisica. Oltre che nel 1908 lo strumento venne utilizzato in altri importanti esperimenti. Con l'evoluzione dello strumento alla fine degli anni venti, grazie anche a Muller assistente di Geiger, fu possibile il rilevamento di particelle beta e gamma. Il contatore Geiger-Muller fu utilizzato in fisica sperimentale da: Enrico Fermi nel sui studi su i neutroni lenti, che gli valse il nobel nel 1938, permettendo infatti al fisico nucleare di rilevare gli elettroni emessi dalle sostanze radioattive esaminate. Nello studio dei

Circuito Stampato(PCB - Printed Circuit Board): Circuito elettrico in cui, per ridurre la complessità del cablaggio, ai collegamenti delle varie parti, attuati mediante fili di rame isolati, sono sostituite delle ‘piste’ ricavate su un sottile strato di rame posto su un supporto isolante.   Condensatore(Capacitor) : Dispositivo costituito da due superfici elettricamente conduttrici (armature) separate da un dielettrico. Resistore(Resistor): Elemento circuitale destinato a offrire una resistenza elettrica di valore noto al passaggio della corrente. Generalmente il valore della resistenza è indicato mediante un codice a strisce colorate. Transistor: Dispositivo elettronico a semiconduttori che permette il controllo di un segnale elettrico di uscita da parte di un segnale di ingresso Potenziometro doppio( Dual Potentiometer): Dispositivo usato per ridurre a una data frazione, variabile, la tensione fornita da un generatore, e, analogamente, per ridurre la tensione di segnali  elettric