Nick Connor

Como los neutrones son partículas eléctricamente neutras, están sujetos principalmente a fuertes fuerzas nucleares pero no a fuerzas eléctricas. Por lo tanto, los neutrones no son directamente ionizantes y generalmente tienen que convertirse en partículas cargadas antes de que puedan detectarse. En general, cada tipo de detector de neutrones debe estar equipado con un convertidor (para convertir la radiación de neutrones en radiación detectable común) y uno de los detectores de radiación convencionales (detector de centelleo, detector gaseoso, detector de semiconductores, etc.).

Los contadores proporcionales se utilizan a menudo como dispositivo de detección de partículas cargadas. En las centrales nucleares, los contadores proporcionales llenos de gas (BF ₃ ) se utilizan normalmente como detectores de rango de fuente. Estos detectores utilizan el trifluoruro de boro gaseoso (BF ₃ ) en lugar de aire en la cámara. Los neutrones entrantes producen partículas alfa cuando reaccionan con los átomos de boro en el gas detector. La mayoría de las reacciones (n, alfa) de neutrones térmicos son reacciones 10B (n, alfa) 7Li acompañadas de una emisión gamma de 0,48 MeV .

Además, el isótopo boro-10 tiene una sección transversal de reacción alta (n, alfa) a lo largo de todo el espectro de energía de neutrones . La partícula alfa causa ionización dentro de la cámara, y los electrones expulsados ​​causan más ionizaciones secundarias.

La salida del contador proporcional tiene la forma de un impulso para cada evento ionizante; por lo tanto, hay una serie de pulsos aleatorios que varían en magnitud y representan eventos de ionización de neutrones y gamma. La altura del pulso puede ser solo de unos pocos milivoltios, que es demasiado baja para usarse directamente sin amplificación. El discriminador excluye el paso de pulsos que son inferiores a un nivel predeterminado. La función del discriminador es excluir el ruido y los pulsos gamma que son de menor magnitud que los pulsos de neutrones.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

En general, la espectroscopía es la ciencia del estudio de la interacción entre la materia y la energía radiada, mientras que la espectrometría es el método utilizado para adquirir una medición cuantitativa del espectro. La espectroscopia (scopy significa observación ) no genera ningún resultado. Es el enfoque teórico de la ciencia. La espectrometría (metry significa medición ) es la aplicación práctica donde se generan los resultados. Es la medición de la intensidad de la radiación utilizando un dispositivo electrónico. A menudo, estos términos se usan indistintamente, pero cada espectrometría no es espectroscopía (por ejemplo, espectrometría de masas vs.espectroscopía de masas)

Espectroscopía Gamma

En general, la espectroscopía gamma es el estudio de los espectros de energía de las fuentes de rayos gamma, como en la industria nuclear, la investigación geoquímica y la astrofísica. Los espectroscopios, o espectrómetros, son dispositivos sofisticados diseñados para medir la distribución de potencia espectral de una fuente. La radiación incidente genera una señal que permite determinar la energía de la partícula incidente.

La mayoría de las fuentes radiactivas producen rayos gamma , que son de diversas energías e intensidades. Los rayos gamma acompañan frecuentemente  la emisión  de  radiación alfa  y  beta . Cuando estas emisiones se detectan y analizan con un sistema de espectroscopia, se puede producir un espectro de energía de rayos gamma . Rayos gamma de la desintegración radiactivaestán en el rango de energía de unos pocos keV a ~ 8 MeV, correspondiente a los niveles de energía típicos en núcleos con vidas razonablemente largas. Como se escribió, se producen por la descomposición de los núcleos a medida que pasan de un estado de alta energía a un estado más bajo. Un análisis detallado de este espectro se usa típicamente para determinar la identidad y la cantidad de emisores gamma presentes en una muestra, y es una herramienta vital en el ensayo radiométrico. El espectro gamma es característico de los nucleidos emisores de gamma contenidos en la fuente.

Espectroscopía de rayos X

La espectroscopía de rayos X es un término general para varias técnicas espectroscópicas para la caracterización de materiales mediante el uso de la excitación por rayos X. Cuando un electrón de la capa interna de un átomo es excitado por la energía de un fotón, se mueve a un nivel de energía más alto. Dado que el proceso deja una  vacante  en el nivel de energía de los electrones del cual proviene el electrón, los electrones externos del átomo  caen en cascada  para llenar los niveles atómicos más bajos, y uno o más  rayos X característicos son generalmente emitidos Como resultado, aparecen picos de intensidad bruscos en el espectro a longitudes de onda que son características del material del que está hecho el objetivo anódico. Las frecuencias de los rayos X característicos se pueden predecir a partir del modelo de Bohr. El análisis del espectro de emisión de rayos X produce resultados cualitativos sobre la composición elemental de la muestra.

Espectrómetro de rayos gamma – Espectroscopio de rayos gamma

Como se escribió, el estudio y análisis de los espectros de rayos gamma para uso científico y técnico se llama espectroscopía gamma, y ​​los espectrómetros de rayos gamma son los instrumentos que observan y recopilan dichos datos. Un espectrómetro de rayos gamma (GRS) es un dispositivo sofisticado para medir la distribución de energía de la radiación gamma. Para la medición de rayos gamma por encima de varios cientos de keV, hay dos categorías de detectores de gran importancia, centelleadores inorgánicos como NaI (Tl) y detectores de semiconductores.. En los artículos anteriores, describimos la espectroscopía gamma utilizando un detector de centelleo, que consiste en un cristal centelleador adecuado, un tubo fotomultiplicador y un circuito para medir la altura de los pulsos producidos por el fotomultiplicador. Las ventajas de un contador de centelleo son su eficiencia (gran tamaño y alta densidad) y las altas tasas de precisión y conteo que son posibles. Debido al alto número atómico de yodo, una gran cantidad de todas las interacciones dará como resultado la absorción completa de la energía de los rayos gamma, por lo que la fracción de la foto será alta.

Pero si se requiere una resolución energética perfecta , tenemos que usar un detector basado en germanio , como el detector HPGe . Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan más comúnmente cuando se requiere una muy buena resolución de energía, especialmente para la espectroscopía gamma , así como la espectroscopía de rayos X. En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía promedio más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía. El FWHM (ancho completo a la mitad como máximo) para los detectores de germanio es una función de la energía. Para un fotón de 1.3 MeV, el FWHM es 2.1 keV, que es muy bajo.

Estructura del espectro gamma: el espectro de cobalto-60

El análisis de los espectros gamma es muy interesante, ya que tiene una estructura y los trabajadores deben distinguir entre los pulsos verdaderos para analizar y los pulsos acompañantes de diferentes fuentes de radiación. Mostraremos la estructura del espectro gamma en el ejemplo de cobalto-60 medido por el detector de centelleo NaI (Tl) y por el detector HPGe. El detector HPGe permite la separación de muchas líneas gamma estrechamente espaciadas, lo cual es muy beneficioso para medir fuentes radiactivas que emiten múltiples rayos gamma.

El cobalto-60  es un isótopo radiactivo artificial de cobalto con una vida media de 5.2747 años . Se produce sintéticamente por activación de neutrones de cobalto-59 en reactores nucleares . El cobalto-60 es una fuente de calibración común que se encuentra en muchos laboratorios. El espectro gamma tiene dos picos significativos , uno a 1173.2 keV y otro a 1332.5 keV . Los buenos detectores de centelleo deben tener una resolución adecuada para separar los dos picos. Para los detectores HPGe , estos picos están perfectamente separados.

Como se puede ver en la figura, hay dos fotopicos de rayos gamma . Ambos detectores también muestran una respuesta a las energías más bajas, causada por la dispersión de Compton , dos picos de escape más pequeños a las energías 0.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creación de pares electrón-positrón cuando escapan uno o ambos fotones de aniquilación, y un pico de retrodispersión . Se pueden medir energías más altas cuando dos o más fotones golpean el detector casi simultáneamente, apareciendo como picos de suma con energías de hasta el valor de dos o más picos de foto añadidos.

La estructura general del espectro de rayos gamma generalmente tiene las siguientes características principales :

• Los picos fotográficos son picos de energía completa, que se crean cuando los rayos γ transfieren su energía completa ( _unión hω −E ) al material sensible (cristal de centelleo o cristal de germanio). Se debe observar una sola función delta en el espectro. El espectro de cobalto-60 contiene dos fotopicos, uno a 1173.2 keV y otro a 1332.5 keV.
• Compton Continuum . En el cristal, un rayo gamma experimenta una serie de interacciones, pero para las energías intermedias domina la dispersión de compton. En la dispersión de compton, el fotón de rayos gamma incidente se desvía a través de un ángulo Θ con respecto a su dirección original. El fotón transfiere una parte de su energía al electrón de retroceso.. La energía transferida al electrón de retroceso puede variar de cero a una gran fracción (máximo E) de la energía de rayos gamma incidente, porque todos los ángulos de dispersión son posibles. El tamaño del cristal de centelleo cambia la relación entre el foto pico y el continuo de Compton. Para un detector esférico infinitamente grande centrado alrededor de una fuente, ningún fotón podría escapar y solo se vería un pico de foto en el espectro. Para detectores muy pequeños, la posibilidad de que un fotón se vaya después de la dispersión de Compton es alta y el continuo de Compton sería grande en comparación con el pico de la foto.
• Compton Edge . El borde de Compton es una característica del espectrógrafo que resulta de la dispersión de Compton en el centelleador o detector. Esta característica se debe a los fotones que sufren la dispersión de Compton con un ángulo de dispersión de 180 ° y luego escapan del detector. Cuando un rayo gamma se dispersa del detector y escapa, solo una fracción de su energía inicial puede depositarse en la capa sensible del detector. Depende del ángulo de dispersión del fotón, cuánta energía se depositará en el detector. Esto conduce a un espectro de energías. La energía del borde de Compton corresponde al fotón retrodispersado completo .  Los recuentos entre el borde de Compton y los fotopicos son causados ​​por múltiples eventos de dispersión de Compton, donde el fotón gamma disperso sale del material sensible.

A veces, la estructura del espectro de rayos gamma tiene las siguientes características secundarias :

• 

  Backscatter Peak . Un pico de retrodispersión de Compton se encuentra cuando los rayos γ ingresan al material alrededor del detector y se dispersan nuevamente dentro del detector. El fotón gamma puede interactuar mediante el mecanismo Compton en el escudo o en los materiales circundantes y se retrodispersa de un material a un volumen sensible. La energía fotónica máxima en esta interacción es ~ 200 keV independientemente de la energía fotónica inicial. Esto da como resultado un pico secundario a -200 keV.

• Picos de rayos X . Cuando los rayos gamma experimentan un efecto fotoeléctrico en los materiales circundantes (por ejemplo, blindaje de plomo), el detector puede capturar nuevamente los rayos X salientes. Esto proporciona un pico de rayos X característico con una energía que depende del material del que proviene. En caso de plomo, las energías de rayos X características están en el rango de 72-84 keV. Absorción fotoeléctrica por electrones K-shell en plomo de blindaje, lo que resulta en una vacante de K-shell. La transición K -> L para plomo = 72 keV. Si esta característica radiografía se absorbe en el cristal, se observa un pico secundario a 72 keV.
• Pico de coincidencia . Absorción simultánea de dos fotones gamma en cristal, lo que resulta en un pico más alto en energía que el foto pico. Los fotones gamma pueden ser el resultado de transiciones isoméricas seriales (por ejemplo, 2 keV más 1332.5 keV en el caso del cobalto-60) o desintegraciones simultáneas en radionucleidos separados (por ejemplo, 2 x 1173.2 keV en el caso del cobalto-60).
• Pico de aniquilación . Para los rayos gamma de alta energía (mayor de 1.02 MeV), la producción de pares de electrones-positrones es una posible interacción. Pero un positrón puede aniquilarse en el detector o en el material circundante. Si ambos fotones de aniquilación de 0,51 MeV se absorben en el cristal, se puede encontrar un pico secundario de 1,02 MeV por debajo del fotopico. Si se absorbe un fotón de aniquilación y el segundo sale del cristal, entonces se eliminan 0,51 MeV del fotopico, lo que da como resultado un pico secundario de 0,51 MeV por debajo del fotopico. La probabilidad es mayor de que se absorba un fotón de aniquilación.

Un contador de centelleo de NaI (Tl)  es un detector de radiación que utiliza el efecto conocido como centelleo . El centelleo, que ocurre en el  cristal de NaI (Tl), es un destello de luz producido en un material transparente por el paso de una partícula (un electrón, una partícula alfa, un ion o un fotón de alta energía). El centelleo ocurre en el centelleador, que es una parte clave de un detector de centelleo. En general, un detector de centelleo consiste en:

• Scintillator . Un centelleador genera fotones en respuesta a la radiación incidente.
• Fotodetector . Un fotodetector sensible (generalmente un tubo fotomultiplicador (PMT), una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD) o un fotodiodo), que convierte la luz en una señal eléctrica y electrónica para procesar esta señal.

El principio básico de funcionamiento implica que la radiación reacciona con un centelleador, que produce una serie de destellos de intensidad variable. La intensidad de los destellos es proporcional a la energía de la radiación. Esta característica es muy importante. Estos contadores son adecuados para medir la energía de la radiación gamma ( espectroscopía gamma ) y, por lo tanto, pueden usarse para identificar isótopos emisores de gamma.

Los contadores de centelleo se usan ampliamente en la protección contra la radiación , el ensayo de materiales radiactivos y la investigación de la física porque pueden realizarse de forma económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente. Los hospitales de todo el mundo tienen cámaras gamma basadas en el efecto de centelleo y, por lo tanto, también se denominan cámaras de centelleo.

Las ventajas de un contador de centelleo son su eficiencia y la alta precisión y tasas de conteo posibles. Estos últimos atributos son consecuencia de la duración extremadamente corta de los destellos de luz, de aproximadamente 10 ^-9  (centelleadores orgánicos) a 10 ^-6 (centelleadores inorgánicos) segundos. La intensidad de los destellos y la amplitud del pulso de voltaje de salida son proporcionales a la energía de la radiación . Por lo tanto, los contadores de centelleo pueden usarse para determinar la energía, así como el número, de las partículas excitantes (o fotones gamma). Para la espectrometría gamma, los detectores más comunes incluyen contadores de centelleo de yoduro de sodio (NaI) y detectores de germanio de alta pureza.

Yoduro de sodio dopado con talio – centelleadores de NaI (Tl)

El material de centelleo más utilizado es NaI (Tl) (yoduro de sodio dopado con talio) . NaI (Tl) como centelleador se usa en detectores de centelleo, tradicionalmente en medicina nuclear, geofísica, física nuclear y mediciones ambientales. El yodo proporciona la mayor parte del poder de detención en el yoduro de sodio (ya que tiene un alto Z = 53). Estos centelleadores cristalinos se caracterizan por una alta densidad, un alto número atómico y tiempos de decaimiento de pulso de aproximadamente 1 microsegundo (~ ^10-6 segundos). La longitud de onda de emisión máxima es de 415 nm.. El centelleo en cristales inorgánicos es típicamente más lento que en los orgánicos. Exhiben una alta eficiencia para la detección de rayos gamma y son capaces de manejar altas tasas de conteo. Los cristales inorgánicos se pueden cortar a tamaños pequeños y disponer en una configuración de matriz para proporcionar sensibilidad de posición. Esta característica es ampliamente utilizada en imágenes médicas para detectar rayos X o rayos gamma. Los centelleadores inorgánicos son mejores para detectar rayos gamma y rayos X. El centelleador NaI (Tl) tiene una resolución de energía más alta que un contador proporcional, permitiendo determinaciones de energía más precisas. Esto se debe a su alta densidad y número atómico que da una alta densidad de electrones. Una desventaja de algunos cristales inorgánicos, por ejemplo, NaI, es su higroscopicidad, una propiedad que requiere que se alojen en un recipiente hermético para protegerlos de la humedad. Los cristales suelen estar acoplados con un tubo fotomultiplicador, en un conjunto herméticamente sellado.

Tubo fotomultiplicador

Los tubos fotomultiplicadores (PMT) son un dispositivo de detección de fotones que utiliza el efecto fotoeléctrico combinado con una emisión secundaria para convertir la luz en una señal eléctrica. Un fotomultiplicador absorbe la luz emitida por el centelleador y la reemite en forma de electrones a través del efecto fotoeléctrico . El PMT ha sido la principal opción para la detección de fotones desde entonces debido al hecho de que tienen una alta eficiencia cuántica y una gran amplificación.

Componentes del tubo fotomultiplicador

El dispositivo consta de varios componentes y estos componentes se muestran en la figura.

• Photocathode . Justo después de una delgada ventana de entrada, hay un fotocatodo, que está hecho de material en el que los electrones de valencia están débilmente unidos y tienen una sección transversal alta para convertir fotones en electrones a través del efecto fotoeléctrico. Por ejemplo, se puede usar Cs ₃ Sb (cesio-antimonio). Como resultado, la luz creada en el centelleador golpea el fotocátodo de un tubo fotomultiplicador, liberando como máximo un fotoelectrón por fotón.
• Dínodos . Usando un potencial de voltaje, este grupo de electrones primarios se acelera y enfoca electrostáticamente para que golpeen el primer dinodo con suficiente energía para liberar electrones adicionales. Hay una serie («etapas») de dinodos hechos de material de función de trabajo relativamente baja. Estos electrodos funcionan a un potencial cada vez mayor (por ejemplo, ~ 100-200 V entre los dinodos). En el dinodo, los electrones se multiplican por la emisión secundaria. El próximo dinodo tiene un voltaje más alto que hace que los electrones liberados del primero aceleren hacia él. En cada dynode se liberan 3-4 electrones por cada electrón incidente, y con 6 a 14 dynodes la ganancia total, o factor de amplificación de electrones, estará en el rango de ~ 10 ⁴ -10⁷ cuando alcanzan el ánodo. Los voltajes de operación típicos están en el rango de 500 a 3000 V. En el dinodo final, hay suficientes electrones disponibles para producir un pulso de magnitud suficiente para una mayor amplificación. Este pulso lleva información sobre la energía de la radiación incidente original. El número de tales pulsos por unidad de tiempo también proporciona información sobre la intensidad de la radiación.

En general, la espectroscopía es la ciencia del estudio de la interacción entre la materia y la energía radiada, mientras que la espectrometría es el método utilizado para adquirir una medición cuantitativa del espectro. La espectroscopia (scopy significa observación ) no genera ningún resultado. Es el enfoque teórico de la ciencia. La espectrometría (metry significa medición ) es la aplicación práctica donde se generan los resultados. Es la medición de la intensidad de la radiación utilizando un dispositivo electrónico. A menudo, estos términos se usan indistintamente, pero cada espectrometría no es espectroscopía (por ejemplo, espectrometría de masas vs.espectroscopía de masas)

Espectroscopía Gamma

En general, la espectroscopía gamma es el estudio de los espectros de energía de las fuentes de rayos gamma, como en la industria nuclear, la investigación geoquímica y la astrofísica. Los espectroscopios, o espectrómetros, son dispositivos sofisticados diseñados para medir la distribución de potencia espectral de una fuente. La radiación incidente genera una señal que permite determinar la energía de la partícula incidente.

La mayoría de las fuentes radiactivas producen rayos gamma , que son de diversas energías e intensidades. Los rayos gamma acompañan frecuentemente  la emisión  de  radiación alfa  y  beta . Cuando estas emisiones se detectan y analizan con un sistema de espectroscopia, se puede producir un espectro de energía de rayos gamma . Rayos gamma de la desintegración radiactivaestán en el rango de energía de unos pocos keV a ~ 8 MeV, correspondiente a los niveles de energía típicos en núcleos con vidas razonablemente largas. Como se escribió, se producen por la descomposición de los núcleos a medida que pasan de un estado de alta energía a un estado más bajo. Un análisis detallado de este espectro se usa típicamente para determinar la identidad y la cantidad de emisores gamma presentes en una muestra, y es una herramienta vital en el ensayo radiométrico. El espectro gamma es característico de los nucleidos emisores de gamma contenidos en la fuente.

Ver también: espectroscopía gamma

Espectroscopía de rayos X

La espectroscopía de rayos X es un término general para varias técnicas espectroscópicas para la caracterización de materiales mediante el uso de la excitación por rayos X. Cuando un electrón de la capa interna de un átomo es excitado por la energía de un fotón, se mueve a un nivel de energía más alto. Dado que el proceso deja una  vacante  en el nivel de energía de los electrones del cual proviene el electrón, los electrones externos del átomo  caen en cascada  para llenar los niveles atómicos más bajos, y uno o más  rayos X característicos son generalmente emitidos Como resultado, aparecen picos de intensidad bruscos en el espectro a longitudes de onda que son características del material del que está hecho el objetivo anódico. Las frecuencias de los rayos X característicos se pueden predecir a partir del modelo de Bohr. El análisis del espectro de emisión de rayos X produce resultados cualitativos sobre la composición elemental de la muestra.

Espectrómetro de rayos gamma – Espectroscopio de rayos gamma

Como se escribió, el estudio y análisis de los espectros de rayos gamma para uso científico y técnico se llama espectroscopía gamma, y ​​los espectrómetros de rayos gamma son los instrumentos que observan y recopilan dichos datos. Un espectrómetro de rayos gamma (GRS) es un dispositivo sofisticado para medir la distribución de energía de la radiación gamma. Para la medición de rayos gamma por encima de varios cientos de keV, hay dos categorías de detectores de gran importancia, centelleadores inorgánicos como NaI (Tl) y detectores de semiconductores.. En los artículos anteriores, describimos la espectroscopía gamma utilizando un detector de centelleo, que consiste en un cristal centelleador adecuado, un tubo fotomultiplicador y un circuito para medir la altura de los pulsos producidos por el fotomultiplicador. Las ventajas de un contador de centelleo son su eficiencia (gran tamaño y alta densidad) y las altas tasas de precisión y conteo que son posibles. Debido al alto número atómico de yodo, una gran cantidad de todas las interacciones dará como resultado la absorción completa de la energía de los rayos gamma, por lo que la fracción de la foto será alta.

Pero si se requiere una resolución energética perfecta , tenemos que usar un detector basado en germanio , como el detector HPGe . Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan más comúnmente cuando se requiere una muy buena resolución de energía, especialmente para la espectroscopía gamma , así como la espectroscopía de rayos X. En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía promedio más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía. El FWHM (ancho completo a la mitad como máximo) para los detectores de germanio es una función de la energía. Para un fotón de 1.3 MeV, el FWHM es 2.1 keV, que es muy bajo.

El funcionamiento de los contadores de centelleo y los tubos fotomultiplicadores se resume en los siguientes puntos:

• 

  La radiación ionizante ingresa al centelleador e interactúa con el material del centelleador. Esto hace que los electrones se eleven a un estado excitado .

  • Para las partículas cargadas, la pista es el camino de la partícula misma.
  • Para los rayos gamma (sin carga), su energía se convierte en un electrón energético a través del efecto fotoeléctrico , la dispersión de Compton o la producción de pares .
• Los átomos excitados del material centelleador desexcitan y emiten rápidamente un fotón en el rango de luz visible (o casi visible). La cantidad es proporcional a la energía depositada por la partícula ionizante. Se dice que el material es fluorescente.
• Se utilizan tres clases de fósforos:
  • cristales inorgánicos
  • cristales orgánicos,
  • Fósforos de plástico.
• La luz creada en el centelleador golpea el fotocátodo de un tubo fotomultiplicador , liberando como máximo un fotoelectrón por fotón.
• Usando un potencial de voltaje, este grupo de electrones primarios se acelera y enfoca electrostáticamente para que golpeen el primer dinodo con suficiente energía para liberar electrones adicionales.
• Estos electrones secundarios son atraídos y golpean un segundo dinodo liberando más electrones. Este proceso ocurre en el tubo fotomultiplicador.
• Cada impacto del dinodo posterior libera más electrones, por lo que hay un efecto amplificador de corriente en cada etapa del dinodo. Cada etapa tiene un potencial mayor que el anterior para proporcionar el campo de aceleración.
• La señal primaria se multiplica y esta amplificación continúa a través de 10 a 12 etapas.
• En el último dinodo , hay suficientes electrones disponibles para producir un pulso de magnitud suficiente para una mayor amplificación. Este pulso lleva información sobre la energía de la radiación incidente original. El número de tales pulsos por unidad de tiempo también proporciona información sobre la intensidad de la radiación.

En general, un fósforo es una sustancia que exhibe el fenómeno de la luminiscencia. Estos materiales también se utilizan en detectores de centelleo en diversas formas. El centelleador consiste en un cristal transparente, generalmente un fósforo, plástico u líquido orgánico que fluoresce cuando es golpeado por radiación ionizante. El centelleador también debe ser transparente a sus propias emisiones de luz y debe tener un tiempo de decaimiento corto porque la transparencia es importante para que una buena transmisión de luz llegue al electrodo, y el tiempo de decaimiento corto permite una respuesta rápida.

Fósforos de centelleo inorgánico

Los fósforos de centelleo inorgánicos suelen ser cristales que se cultivan en hornos de alta temperatura. Incluyen yoduro de litio (LiI), yoduro de sodio (NaI), yoduro de cesio (CsI) y sulfuro de zinc (ZnS). El material de centelleo más utilizado es NaI (Tl) (yoduro de sodio dopado con talio). El yodo proporciona la mayor parte del poder de detención en el yoduro de sodio (ya que tiene un alto Z = 53). Estos centelleadores cristalinos se caracterizan por una alta densidad, un alto número atómico y tiempos de decaimiento de pulso de aproximadamente 1 microsegundo (~ 10 ^-6segundo). El centelleo en cristales inorgánicos es típicamente más lento que en los orgánicos. Exhiben una alta eficiencia para la detección de rayos gamma y son capaces de manejar altas tasas de conteo. Los cristales inorgánicos se pueden cortar a tamaños pequeños y disponer en una configuración de matriz para proporcionar sensibilidad de posición. Esta característica es ampliamente utilizada en imágenes médicas para detectar rayos X o rayos gamma. Centelleadores inorgánicos son mejores en la detección de rayos gamma y rayos X . Esto se debe a su alta densidad y número atómico que da una alta densidad de electrones. Una desventaja de algunos cristales inorgánicos, por ejemplo, NaI, es su higroscopicidad, una propiedad que requiere que se alojen en un recipiente hermético para protegerlos de la humedad.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Un contador de centelleo o detector de centelleo es un detector de radiación que utiliza el efecto conocido como centelleo . El centelleo es un destello de luz producido en un material transparente por el paso de una partícula (un electrón, una partícula alfa, un ion o un fotón de alta energía). El centelleo ocurre en el centelleador, que es una parte clave de un detector de centelleo. En general, un detector de centelleo consiste en:

• Scintillator . El centelleador consiste en un cristal transparente, generalmente un fósforo, plástico u líquido orgánico que fluoresce cuando es golpeado por radiación ionizante.
• Fotodetector . Un fotodetector sensible (generalmente un tubo fotomultiplicador (PMT), una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD) o un fotodiodo), que convierte la luz en una señal eléctrica y electrónica para procesar esta señal.

Fósforos – Detectores de centelleo

En general, un fósforo es una sustancia que exhibe el fenómeno de la luminiscencia. Estos materiales también se utilizan en detectores de centelleo en diversas formas. El centelleador consiste en un cristal transparente, generalmente un fósforo, plástico u líquido orgánico que fluoresce cuando es golpeado por radiación ionizante. El centelleador también debe ser transparente a sus propias emisiones de luz y debe tener un tiempo de decaimiento corto porque la transparencia es importante para que una buena transmisión de luz llegue al electrodo, y el tiempo de decaimiento corto permite una respuesta rápida.

Fósforos de centelleo inorgánico

Los fósforos de centelleo inorgánicos suelen ser cristales que se cultivan en hornos de alta temperatura. Incluyen yoduro de litio (LiI), yoduro de sodio (NaI), yoduro de cesio (CsI) y sulfuro de zinc (ZnS). El material de centelleo más utilizado es NaI (Tl) (yoduro de sodio dopado con talio). El yodo proporciona la mayor parte del poder de detención en el yoduro de sodio (ya que tiene un alto Z = 53). Estos centelleadores cristalinos se caracterizan por una alta densidad, un alto número atómico y tiempos de decaimiento de pulso de aproximadamente 1 microsegundo (~ 10 ^-6segundo). El centelleo en cristales inorgánicos es típicamente más lento que en los orgánicos. Exhiben una alta eficiencia para la detección de rayos gamma y son capaces de manejar altas tasas de conteo. Los cristales inorgánicos se pueden cortar a tamaños pequeños y disponer en una configuración de matriz para proporcionar sensibilidad de posición. Esta característica es ampliamente utilizada en imágenes médicas para detectar rayos X o rayos gamma. Centelleadores inorgánicos son mejores en la detección de rayos gamma y rayos X . Esto se debe a su alta densidad y número atómico que da una alta densidad de electrones. Una desventaja de algunos cristales inorgánicos, por ejemplo, NaI, es su higroscopicidad, una propiedad que requiere que se alojen en un recipiente hermético para protegerlos de la humedad.

Un contador de centelleo o detector de centelleo es un detector de radiación que utiliza el efecto conocido como centelleo . El centelleo es un destello de luz producido en un material transparente por el paso de una partícula (un electrón, una partícula alfa, un ion o un fotón de alta energía). El centelleo ocurre en el centelleador, que es una parte clave de un detector de centelleo. En general, un detector de centelleo consiste en:

• Scintillator . Un centelleador genera fotones en respuesta a la radiación incidente.
• Fotodetector . Un fotodetector sensible (generalmente un tubo fotomultiplicador (PMT), una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD) o un fotodiodo), que convierte la luz en una señal eléctrica y electrónica para procesar esta señal.

El principio básico de funcionamiento implica que la radiación reacciona con un centelleador, que produce una serie de destellos de intensidad variable. La intensidad de los destellos es proporcional a la energía de la radiación. Esta característica es muy importante. Estos contadores son adecuados para medir la energía de la radiación gamma ( espectroscopía gamma ) y, por lo tanto, pueden usarse para identificar isótopos emisores de gamma.

Los contadores de centelleo se usan ampliamente en la protección contra la radiación , el ensayo de materiales radiactivos y la investigación física porque se pueden hacer de forma económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente. Los hospitales de todo el mundo tienen cámaras gamma basadas en el efecto de centelleo y, por lo tanto, también se denominan cámaras de centelleo.

El centelleador determina las ventajas y desventajas de los contadores de centelleo. Las siguientes características no son generales para todos los centelleadores.

Ventajas de los contadores de centelleo

• Eficiencia . Las ventajas de un contador de centelleo son su eficiencia y la alta precisión y tasas de conteo posibles. Estos últimos atributos son consecuencia de la duración extremadamente corta de los destellos de luz, de aproximadamente 10 ^-9  (centelleadores orgánicos) a 10 ^-6 (centelleadores inorgánicos) segundos.
• Espectroscopía . La intensidad de los destellos y la amplitud del pulso de voltaje de salida son proporcionales a la energía de la radiación . Por lo tanto, los contadores de centelleo pueden usarse para determinar la energía, así como el número, de las partículas excitantes (o fotones gamma). Para la espectrometría gamma, los detectores más comunes incluyen contadores de centelleo de yoduro de sodio (NaI) y detectores de germanio de alta pureza. El centelleador NaI (Tl) tiene una resolución de energía más alta que un contador proporcional, lo que permite determinaciones de energía más precisas. Por otro lado, si se requiere una resolución energética perfecta, tenemos que usar un detector a base de germanio, como el detector HPGe.

Desventajas de los contadores de centelleo

• Higroscopicidad . Una desventaja de algunos cristales inorgánicos, por ejemplo, NaI, es su higroscopicidad , una propiedad que requiere que se alojen en un recipiente hermético para protegerlos de la humedad.
• NaI (Tl) no tiene respuesta beta o alfa y una pobre respuesta gamma de baja energía.
• Los centelleadores líquidos son relativamente engorrosos.

Un contador de centelleo o detector de centelleo es un detector de radiación que utiliza el efecto conocido como centelleo . El centelleo es un destello de luz producido en un material transparente por el paso de una partícula (un electrón, una partícula alfa, un ion o un fotón de alta energía). El centelleo ocurre en el centelleador, que es una parte clave de un detector de centelleo. En general, un detector de centelleo consiste en:

• Scintillator . Un centelleador genera fotones en respuesta a la radiación incidente.
• Fotodetector . Un fotodetector sensible (generalmente un tubo fotomultiplicador (PMT), una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD) o un fotodiodo), que convierte la luz en una señal eléctrica y electrónica para procesar esta señal.

Los contadores de centelleo se usan ampliamente en la protección contra la radiación , el ensayo de materiales radiactivos y la investigación física porque se pueden hacer de forma económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente. Los hospitales de todo el mundo tienen cámaras gamma basadas en el efecto de centelleo y, por lo tanto, también se denominan cámaras de centelleo.

Las ventajas de un contador de centelleo son su eficiencia y la alta precisión y tasas de conteo posibles. Estos últimos atributos son consecuencia de la duración extremadamente corta de los destellos de luz, de aproximadamente 10 ^-9  (centelleadores orgánicos) a 10 ^-6 (centelleadores inorgánicos) segundos. La intensidad de los destellos y la amplitud del pulso de voltaje de salida son proporcionales a la energía de la radiación . Por lo tanto, los contadores de centelleo pueden usarse para determinar la energía, así como el número, de las partículas excitantes (o fotones gamma). Para la espectrometría gamma, los detectores más comunes incluyen contadores de centelleo de yoduro de sodio (NaI) y detectores de germanio de alta pureza.

Aplicaciones de los contadores de centelleo

Los contadores de centelleo se utilizan para medir la radiación en una variedad de aplicaciones que incluyen medidores de medición de radiación de mano, monitoreo personal y ambiental de contaminación radiactiva , imágenes médicas, ensayos radiométricos, seguridad nuclear y seguridad de plantas nucleares. Son ampliamente utilizados porque pueden fabricarse de manera económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente.

Los contadores de centelleo se pueden usar para detectar la radiación alfa , beta y gamma . Se pueden usar también para la detección de neutrones . Para estos fines, se utilizan diferentes centelleadores:

• 

  Partículas Alfa e Iones Pesados . Debido al alto poder ionizante de los iones pesados, los contadores de centelleo generalmente no son ideales para la detección de iones pesados. Para energías iguales, un protón producirá de 1/4 a 1/2 de la luz de un electrón, mientras que las partículas alfa producirán solo aproximadamente 1/10 de la luz. Cuando sea necesario, los cristales inorgánicos, por ejemplo, CsI (Tl), ZnS (Ag) (típicamente utilizados en láminas delgadas como monitores de partículas α), deberían preferirse a los materiales orgánicos. Pure CsI es un material centelleante rápido y denso con un rendimiento de luz relativamente bajo que aumenta significativamente con el enfriamiento. Los inconvenientes de CsI son un gradiente de alta temperatura y una ligera higroscopicidad.

• Las partículas beta . Para la detección de partículas beta, se pueden usar centelleadores orgánicos. Los cristales orgánicos puros incluyen cristales de antraceno, estilbeno y naftaleno. El tiempo de descomposición de este tipo de fósforo es de aproximadamente 10 nanosegundos. Este tipo de cristal se usa con frecuencia en la detección de partículas beta. Los centelleadores orgánicos , que tienen una Z más baja que los cristales inorgánicos, son los más adecuados para la detección de partículas beta de baja energía (<10 MeV).
• Rayos Gamma . Los materiales High-Z son los más adecuados como centelleadores para la detección de rayos gamma. El material de centelleo más utilizado es NaI (Tl) (yoduro de sodio dopado con talio). El yodo proporciona la mayor parte del poder de detención en el yoduro de sodio (ya que tiene un alto Z = 53). Estos centelleadores cristalinos se caracterizan por una alta densidad, un alto número atómico y tiempos de caída de pulso de aproximadamente 1 microsegundo (~ 10 ^-6segundo). El centelleo en cristales inorgánicos es típicamente más lento que en los orgánicos. Exhiben una alta eficiencia para la detección de rayos gamma y son capaces de manejar altas tasas de conteo. Los cristales inorgánicos se pueden cortar a tamaños pequeños y disponer en una configuración de matriz para proporcionar sensibilidad de posición. Esta característica es ampliamente utilizada en imágenes médicas para detectar rayos X o rayos gamma. Los centelleadores inorgánicos son mejores para detectar rayos gamma y rayos X. Esto se debe a su alta densidad y número atómico que da una alta densidad de electrones.
• Neutrones . Como los neutrones son partículas eléctricamente neutras, están sujetos principalmente a fuertes fuerzas nucleares pero no a fuerzas eléctricas. Por lo tanto, los neutrones no son directamente ionizantes y generalmente tienen que convertirse en partículas cargadas antes de que puedan detectarse. En general, cada tipo de detector de neutrones debe estar equipado con un convertidor (para convertir la radiación de neutrones en radiación detectable común) y uno de los detectores de radiación convencionales (detector de centelleo, detector gaseoso, detector de semiconductores, etc.).  Los neutrones rápidos (> 0.5 MeV) dependen principalmente del protón de retroceso en las reacciones (n, p). Materiales ricos en hidrógeno, por ejemplo centelleadores de plástico., por lo tanto, son los más adecuados para su detección. Los neutrones térmicos dependen de reacciones nucleares, como las reacciones (n, γ) o (n, α), para producir ionización. Por lo tanto, materiales como LiI (Eu) o silicatos de vidrio son particularmente adecuados para la detección de neutrones térmicos.

Un contador de centelleo o detector de centelleo es un detector de radiación que utiliza el efecto conocido como centelleo . El centelleo es un destello de luz producido en un material transparente por el paso de una partícula (un electrón, una partícula alfa, un ion o un fotón de alta energía). El centelleo ocurre en el centelleador, que es una parte clave de un detector de centelleo. En general, un detector de centelleo consiste en:

• Scintillator . Un centelleador genera fotones en respuesta a la radiación incidente.
• Fotodetector . Un fotodetector sensible (generalmente un tubo fotomultiplicador (PMT), una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD) o un fotodiodo), que convierte la luz en una señal eléctrica y electrónica para procesar esta señal.

Detección de neutrones usando el contador de centelleo

Los contadores de centelleo se utilizan para medir la radiación en una variedad de aplicaciones que incluyen medidores de medición de radiación de mano, monitoreo personal y ambiental de contaminación radiactiva , imágenes médicas, ensayos radiométricos, seguridad nuclear y seguridad de plantas nucleares. Son ampliamente utilizados porque pueden fabricarse de manera económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente.

Los contadores de centelleo se pueden usar para detectar la radiación alfa , beta y gamma . Se pueden usar también para la detección de neutrones . Para este propósito, se utilizan diferentes centelleadores:

• Neutrones . Como los neutrones son partículas eléctricamente neutras, están sujetos principalmente a fuertes fuerzas nucleares pero no a fuerzas eléctricas. Por lo tanto, los neutrones no son directamente ionizantes y generalmente tienen que convertirse en partículas cargadas antes de que puedan detectarse. En general, cada tipo de detector de neutrones debe estar equipado con un convertidor (para convertir la radiación de neutrones en radiación detectable común) y uno de los detectores de radiación convencionales (detector de centelleo, detector gaseoso, detector de semiconductores, etc.).  Los neutrones rápidos (> 0.5 MeV) se basan principalmente en el protón de retroceso en las reacciones (n, p). Materiales ricos en hidrógeno, por ejemplo centelleadores de plástico., por lo tanto, son los más adecuados para su detección. Los neutrones térmicos dependen de reacciones nucleares, como las reacciones (n, γ) o (n, α), para producir ionización. Por lo tanto, materiales como LiI (Eu) o silicatos de vidrio son particularmente adecuados para la detección de neutrones térmicos.