© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-1 TEMA 3: DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN.

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1 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-1 TEMA 3: DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN

2 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-2 INDICE GENERALIDADES DE LA DETECCIÓN Fundamentos físicos de la detección Rendimiento Resolución en tiempo Resolución en energía DETECTORES DE IONIZACION GASEOSA. Cámara de ionización Contador proporcional Contador geiger DETECTORES DE CENTELLEO Los cristales luminiscentes El fotomultiplicador Centelleo en fase líquida OTROS DETECTORES Detectores basados en termoluminiscencia Detectores basados en semiconductores

3 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-3 1. GENERALIDADES DE LA DETECCIÓN

4 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-4 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 Excitación de luminiscencia Disociación de la materia Medida de la corriente o impulso de voltaje Medida de la intensidad de la luz Medida de alteraciones en la constitución

5 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-5 Estos efectos son la base de funcionamiento de los DETECTORES: cuentan las partículas y fotones. ESPECTRÓMETROS: cuentan y miden la energía de la radiación. DETECTORES FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN

6 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-6 M ODOS B ÁSICOS D E F UNCIONAMIENTO 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

7 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-7 E FICIENCIA DE D ETECCIÓN 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

8 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-8 RESOLUCIÓN EN ENERGÍA La resolución en energía es la capacidad de discernir completamente dos líneas espectrales. Anchura a mitad de altura de una línea prefijada en energía dividida por la energía del centroide de la línea

9 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-9 T IEMPO DE RESOLUCIÓN n: tasa real de eventos m: tasa de impulsos registrados Se debe a las características del detector y a la electrónica asociada. Tiempo mínimo entre dos eventos para que ambos sean registrados separadamente. Tiempo de resolución

10 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-10 2. DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA

11 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-11 D ETECTORES DE I ONIZACIÓN G ASEOSA + + - Cátodo (-) Ánodo (+) Gas Radiación - + Señal de salida La radiación incidente IONIZA el gas. Las cargas creadas son dirigidas a los electrodos generando una señal de corriente. Tensión aplicada

12 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-12 Cámara de ionización Contador proporcional Detector Geiger DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA

13 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-13 C ÁMARAS DE I ONIZACIÓN 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%

14 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-14 C ONTADOR P ROPORCIONAL Al aumentar la tensión se presenta el fenómeno de multiplicación de carga y el tamaño del impulso aumenta según el FACTOR DE MULTIPLICACIÓN GASEOSA. Medida de bajas actividades en muestras ambientales Detección α y β internas Medida de gases radiactivos - + - + - + - + Ionización primaria Ionización secundaria Radiación GAS

15 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-15 C ONTADOR G EIGER Los impulsos resultantes alcanzan todos la misma amplitud independientemente de la ionización generada por la partícula. Funciona sólo como CONTADOR Detección gamma ε baja, función de la energía Detección β ε próxima al 100% Operación lenta Tiempo muerto = 50 – 300 μs

16 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-16 3. DETECTORES DE CENTELLEO

17 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-17 C RISTALES L UMINISCENTES 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

18 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-18 Convierte la luz generada por el cristal en un impulso de tensión medible. E L F OTOMULTIPLICADOR 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 10 7.

19 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-19 C ENTELLEO EN F ASE L ÍQUIDA Las moléculas del líquido centelleador absorben la energía de la radiación y se desexcitan emitiendo luz. El PMT detecta los fotones emitidos y la señal es tratada en la cadena electrónica. Líquido centelleador + Muestra radiactiva

20 © CSN-2012IR-OP-BA-PW3-20 C ENTELLEO EN F ASE L ÍQUIDA Detección α y β eliminando la autoabsorción en las muestras. ε ≈ 100% Líquido centelleador Disolvente: distribución homogénea de la muestra y transmisión de su energía al soluto. Soluto: sustancia centelleadora.