detectores de radiacion

DETECTORES DE RADIACION

Detectores Geiger-Muller

Detectores de gas

Detectores de centelleo

Detectores de semiconductor

2 PROPIEDADES GENERALES DE LOS DETECTORES

Detectores de neutrones

Electronica asociada al proceso de deteccion.

1. DETECCION DE LA RADIACION

Deteccion: Conjunto de procedimientos necesarios para determinar las propiedades de las partıculas (E, q, m) de la radiacion.

Fundamental para

1. Informacion acerca de los nucleos

2. Proteccion y control de radiactividad

Se fundamenta en la interaccion de la radiacion con la materia

Disitnta interaccion −→ distitos detectores

1. Eficiencia

2. Resolucion

3. Tiempo muerto

4. Modo de operacion

Resolucion en energıa

Modos de operacion

Eficiencia de deteccion

Tiempo muerto

Modelo simplificado de detector

Detector hipotsometido a la radiacion: La interaccion produce cierta carga Q en su volumen activo Se recoge proporcionando una senal ˜ electrica Para ello se establece un campo electrico Tiempo empleado en recoger las cargas tC depende de:

1. La movilidad de los portadores de carga

2. La distancia media que deben recorrer tC depende del detector y es una de sus caracterısticas Corriente electrica I(t) generada durante tC verifica Z tC 0 I(t)dt = Q Es posible que circulen al mismo tiempo las corrientes producidas por distintas interacciones, que no se podran diferenciar

Modo de corriente: se mide la corriente continua media producida en el detector. Se pierde la informaci´on individual. −→ Detectores en dosimetr´ıa y control de reactores Modo de pulso: Se mide una senal ˜ de salida para cada pulso de corriente, que lleva informaci´on util, ´ como la energ´ıa −→ Detectores en F´ısica Nuclear y espectroscop´ıa

Respuesta del detector a una fuente mono-energetica de radiacion

Cuanto mayor es la anchura del pulso peor es la resolucion

En promedio es deseable que la senal ˜ H del detector sea proporcional a la carga producida, y esta a la energıa de la partıcula

H ∝ Q ∝ E

La anchura indica que esta proporcionalidad no es rigurosa

La carga Q que produce un foton Eγ oscilara alrededor de un valor Q0 con desviacion estandar ∆Q

Una buena resolucion requiere fluctuaciones mınimas

Motivos de las fluctuaciones:

1. Variaciones en las caracterısticas de operacion durante la medida

2. Ruido aleatorio en el detector y sistema instrumental.

3. Fluctuacion estadısitica asociada a la naturaleza discreta de la senal: ˜ No puede eliminarse

Los detectores dan un pulso por cada cuanto que interacciona con su volumen activo Eficiencia absoluta = No de pulsos No de cuentas emitidas (depende de la geometrıa) Eficiencia intrınseca = No de pulsos No de cuentas incidentes (Depende del detector) Radiacion α, β: es posible el 100 % de eficiencia Radiacion γ, n: No siempre interaccionan. Eficiencia ¡100 % −→ es necesario conocer la eficiencia para relacionar el numero de pulsos con el numero de partıculas incidentes. Tipos de eficiencia:

1. Total: se aceptan todos los pulsos generados por el detector

2. De pico: se consideran los pulsos correspondientes a un pico de energıa. Preferibles experimentalmente, ya que no son sensibles a perturbaciones, como dispersion por objetos alrededor del detector.

El conocimiento de la eficiencia es fundamental para determinar la actividad

La separacion de dos pulsos requiere una separacion temporal.

Tiempo muerto: separacion temporal mınima para separar dos pulsos. Es posible que se pierdan sucesos La perdida aumenta con el tiempo de contaje.

Es necesario corregir el numero de cuentas medidas para obtener el numero real de sucesos. Modelo paralizable: los sucesos ocurridos durante el tiempo muerto alargan el tiempo muerto Modelo no paralizable o tiempo muerto no extendido: los sucesos ocurridos durante el tiempo muerto se pierden sin afectar el comportamiento del detector.

Cuentas reales y aparentes en el modelo no paralizable: Consideremos una medida del numero de cuentas en un tiempo t Sean: N = numero de partıculas que entran en el detector N0 = numero de partıculas detectadas Por cada cuenta detectada, el sistema esta parado un tiempo τ tp = N0 τ = tiempo total que el sistema esta parado

Los primeros detectores desarrollados.

El gas se encierra en una camara cilındrica.

Se aplica un potencial entre la pared y un filamento central (anodo +). Cuando la radiacion atraviesa el gas produce iones y electrones, que se mueven hacia el filamento.

Se colecta una carga Q que produce un pulso electrico y que es procesado electronicamente

La altura del pulso es funcion del voltaje V aplicado

Funcionan como simples contadores. Solo se requiere que cada pulso sea registrado por el sistema de contaje.

• Curva de plateau: Representa el numero de cuentas frente a V .

• A partir de un voltaje dado, las cuentas aumentan rapidamente hasta un valor aproxuimadamente constante (plateau)

• Si el voltaje aumenta mucho, se pasa a la zona de descarga, peligrosa para el detector.

• El voltaje de trabajo se escoge dentro del plateau y alejado de la zona de descarga.

La radiacion produce luz de centelleo al interactuar con ciertos materiales luminiscentes.

Primer metodo para detectar radiacion: Roentgen observa fluorescencia en una pantalla cuando descubre los rayos X Constan de dos elementos:

1. Materia centelleadora

2. Tubo fotomultiplicado

Los detectores solidos presentan mayor densidad que los lıquidos o gaseosos Esto permite reducir el tamano˜ del volumen activo Los detectores de centelleo tienen eficiencia baja y resolucion pobre. Los detectores de estado solido emplean materiales semiconductores:

1. Mejor resolucion

2. Respuesta rapida y lineal

3. Versalitidad geometrica

Desventajas:

1. Limitados a tamanos ˜ muy pequenos ˜

2. Alta susceptibilidad a la degradacion Tipos de detectores de semiconductor:

1. De union difusa

2. De barrera de superficie

3. De GeLi (gran resolucion, requieren temperaturas de Ni lıquido)

Los neutrones no tienen carga, su deteccion se basa en los choques con los nucleos atomicos

En estas reacciones se producen partıculas cargadas o fotones como porductos secundarios, que se detectan+ La reaccion nuclear depende de la energıa del neutron.

Otros metodos de deteccion de neutrones:

• Retroceso del proton: Se hacen incidir sobre un gas conteniendo H y se detectan los protones de retroceso.

• Activacion neutronica: Muchos nucleos se vuelven radiactivos tras capturar neutrones. Metodo utilizado en reactores.

Los detectores proporcionan pulsos eletricos de altura proporcional a la energıa depositada por la partıcula incidente Sistema electronico de analisis de pulsos:

1. Fuente de alta tension. Porporciona el voltaje necesario para el funcionamiento del detector

2. Preamplificador y amplificador, para que el pulso final tenga una altura suficiente

3. Analizador de altura de pulsos.