Post on 22-Jan-2016
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-1
TEMA 3: DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN
© 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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-3
1. GENERALIDADES DE LA DETECCIÓN
© 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
© 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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-6
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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-7
EFICIENCIA DE DETECCIÓN
nº de sucesos detectados nº de sucesos ocurridos
0
N
N
Eficiencia absoluta:
nº impulsos registrados
nº de partículas o fotones emitidosabs
Eficiencia intrínseca:
nº impulsos registrados
nº de partículas o fotones que llegan al detectori
© 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
0E
FWHMR
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-9
TIEMPO 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 resoluciónm
mn
1
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-10
2. DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-11
DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA
++
-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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-12
Cámara de
ionización
Contador proporcion
al
Detector Geiger
DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-13
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%
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-14
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.
Medida de bajas actividades en muestras ambientales Detección α y β internas Medida de gases radiactivos
-+
-+
-+
-+Ionización
primaria
Ionización secundaria
Radiación
GAS
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-15
CONTADOR GEIGER
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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-16
3. DETECTORES DE CENTELLEO
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-17
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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-18
Convierte la luz generada por el cristal en un impulso de tensión medible.
EL FOTOMULTIPLICADOR
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.
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-19
CENTELLEO EN FASE LÍQUIDA
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
© CSN-2012IR-OP-BA-PW3-20
CENTELLEO EN FASE LÍQUIDA
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.