¿Qué es el contador de centelleo NaI (Tl)? Definición

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.