TEMA 3 DETECCIN Y MEDIDA DE LA RADIACIN

TEMA 3: DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN IR-OP-BA-PW 3 -1 © CSN-2012

INDICE ü GENERALIDADES DE LA DETECCIÓN ü ü Fundamentos físicos de la detección Rendimiento Resolución en tiempo Resolución en energía ü DETECTORES DE IONIZACION GASEOSA. ü Cámara de ionización ü Contador proporcional ü Contador geiger ü DETECTORES DE CENTELLEO ü Los cristales luminiscentes ü El fotomultiplicador ü Centelleo en fase líquida ü OTROS DETECTORES ü Detectores basados en termoluminiscencia ü Detectores basados en semiconductores IR-OP-BA-PW 3 -2 © CSN-2012

1. GENERALIDADES DE LA DETECCIÓN IR-OP-BA-PW 3 -3 © CSN-2012

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN La radiación interacciona con la materia mediante diversos procesos, cuyos efectos finales son: • Ionización de la materia con Creación de carga Medida de la corriente o impulso de voltaje • Excitación de luminiscencia Medida de la intensidad de la luz • Disociación de la materia Medida de alteraciones en la constitución IR-OP-BA-PW 3 -4 © CSN-2012

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN Estos efectos son la base de funcionamiento de los DETECTORES: cuentan las partículas y fotones. ESPECTRÓMETROS: cuentan y miden la energía de la radiación. IR-OP-BA-PW 3 -5 © CSN-2012

MODOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO 1. MODO DE IMPULSO Se registran individualmente todos los sucesos que son detectados. Es imprescindible para hacer espectrometría de la radiación (medida de su espectro de energías), lo que se hace a partir de la ALTURA DE LOS IMPULSOS eléctricos generados en el sistema de medida 2. MODO DE CORRIENTE. Al medir la corriente producida en el detector, se obtienen promedios temporales, pero no se obtiene información individual de los sucesos que han interaccionado IR-OP-BA-PW 3 -6 © CSN-2012

EFICIENCIA DE DETECCIÓN nº de sucesos detectados nº de sucesos ocurridos Eficiencia absoluta: nº impulsos registrados nº de partículas o fotones emitidos Eficiencia intrínseca: nº impulsos registrados nº de partículas o fotones que llegan al detector IR-OP-BA-PW 3 -7 © CSN-2012

RESOLUCIÓN EN ENERGÍA Anchura a mitad de altura de una línea prefijada en energía dividida por la energía del centroide de la línea La resolución en energía es la capacidad de discernir completamente dos líneas espectrales. IR-OP-BA-PW 3 -8 © CSN-2012

TIEMPO DE RESOLUCIÓN Tiempo mínimo entre dos eventos para que ambos sean registrados separadamente. Se debe a las características del detector y a la electrónica asociada. n: tasa real de eventos m: tasa de impulsos registrados Tiempo de resolución IR-OP-BA-PW 3 -9 © CSN-2012

2. DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA IR-OP-BA-PW 3 -10 © CSN-2012

DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA Radiación Ánodo (+) + Tensión aplicada Gas + - Señal de salida + Cátodo (-) La radiación incidente IONIZA el gas. Las cargas creadas son dirigidas a los electrodos generando una señal de corriente. IR-OP-BA-PW 3 -11 © CSN-2012

DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA Cámara de ionización IR-OP-BA-PW 3 -12 Contador proporcional Detector Geiger © CSN-2012

CÁMARAS DE IONIZACIÓN La tensión aplicada posibilita la captación de toda la carga generada en el gas por la radiación incidente. Pueden ser PLANAS: con electrodos plano-paralelos. CILÍNDRICAS: cilindro hueco con pared exterior como cátodo y un hilo central como ánodo. Detección X y gamma externas ε baja Detección α y β fuentes internas ε cercana al 100% IR-OP-BA-PW 3 -13 © CSN-2012

CONTADOR PROPORCIONAL Al aumentar la tensión se presenta el fenómeno de multiplicación de carga y el tamaño del impulso aumenta según el FACTOR DE MULTIPLICACIÓN GASEOSA. + Radiación + GAS - Ionización primaria + - Ionización secundaria ü Medida de bajas actividades en muestras ambientales ü Detección α y β internas ü Medida de gases radiactivos IR-OP-BA-PW 3 -14 © CSN-2012

CONTADOR GEIGER Los impulsos resultantes alcanzan todos la misma amplitud independientemente de la ionización generada por la partícula. Funciona sólo como CONTADOR Operación lenta Tiempo muerto = 50 – 300 μs Detección gamma ε baja, función de la energía Detección β ε próxima al 100% IR-OP-BA-PW 3 -15 © CSN-2012

3. DETECTORES DE CENTELLEO IR-OP-BA-PW 3 -16 © CSN-2012

CRISTALES LUMINISCENTES Las sustancias LUMINISCENTES pueden ser de composición química orgánica o inorgánica. Sus características deben ser: Rendimiento lumínico elevado Transparente a la luz que emite Contenido en sustancias activadoras que varían la longitud de onda para que el fotomultiplicador la detecte. Espesor del cristal = alcance máximo de partículas IR-OP-BA-PW 3 -17 © CSN-2012

EL FOTOMULTIPLICADOR Convierte la luz generada por el cristal en un impulso de tensión medible. Consta de un FOTOCÁTODO (del que la luz arranca electrones) y una serie de etapas de amplificación formadas por DÍNODOS a potenciales crecientes. La amplificación total puede ser muy grande, del orden de 107. IR-OP-BA-PW 3 -18 © CSN-2012

CENTELLEO EN FASE LÍQUIDA Líquido centelleador + Muestra radiactiva ü Las moléculas del líquido centelleador absorben la energía de la radiación y se desexcitan emitiendo luz. ü El PMT detecta los fotones emitidos y la señal es tratada en la cadena electrónica. IR-OP-BA-PW 3 -19 © CSN-2012

CENTELLEO EN FASE LÍQUIDA Líquido centelleador Disolvente: distribución homogénea de la muestra y transmisión de su energía al soluto. Soluto: sustancia centelleadora. Detección α y β eliminando la autoabsorción en las muestras. ε ≈ 100% IR-OP-BA-PW 3 -20 © CSN-2012