Detectores de ionización gaseosa
Los detectores de ionización gaseosa se usan ampliamente en plantas de energía nuclear, en su mayor parte, para medir partículas alfa y beta , neutrones y rayos gamma . Los detectores operan en las regiones de ionización, proporcionales y Geiger-Mueller con una disposición más sensible al tipo de radiación que se mide. Los detectores de neutrones utilizan cámaras de ionización o contadores proporcionales de diseño apropiado. Las cámaras de iones compensados, loscontadoresBF 3 , los contadores de fisión y los contadores de retroceso de protones son ejemplos de detectores de neutrones.
Ventajas y desventajas dependiendo del voltaje del detector
La relación entre el voltaje aplicado y la altura del pulso en un detector es muy compleja. La altura del pulso y el número de pares de iones recogidos están directamente relacionados. Como se escribió, los voltajes pueden variar ampliamente según la geometría del detector y el tipo de gas y la presión. La figura indica esquemáticamente las diferentes regiones de voltaje para los rayos alfa, beta y gamma. Hay seis regiones operativas principales, donde tres (ionización, proporcional y región de Geiger-Mueller) son útiles para detectar la radiación ionizante. Estas requisitos se muestran a continuación. La curva alfa es más alta que la curva beta y gamma desde la región de recombinación a parte de la región de proporcionalidad limitada debido al mayor número de pares de iones producidos por la reacción inicial de la radiación incidente.
- Región de ionización . En la región de ionización, un aumento en el voltaje no causa un aumento sustancial en el número de pares de iones recogidos. El número de pares de iones recogidos por los electrodos es igual al número de pares de iones producidos por la radiación incidente, y depende del tipo y la energía de las partículas o rayos en la radiación incidente. Por lo tanto, en esta región la curva es plana. El voltaje debe ser mayor que el punto donde los pares de iones disociados pueden recombinarse. Por otro lado, el voltaje no es lo suficientemente alto como para producir amplificación de gas (ionización secundaria). Los detectores en la región de ionización funcionan a una intensidad de campo eléctrico baja, seleccionada de tal manera que no se produzca la multiplicación de gases . Su corriente es independiente del voltaje aplicado, y sonson preferibles para altas tasas de dosis de radiación porque no tienen «tiempo muerto», un fenómeno que afecta la precisión del tubo Geiger-Mueller a altas tasas de dosis.
- Región proporcional . En la región proporcional, la carga recolectada aumenta con un aumento adicional en el voltaje del detector, mientras que el número de pares de iones primarios permanece sin cambios. Al aumentar el voltaje, los electrones primarios tienen suficiente aceleración y energía para que puedan ionizar átomos adicionales del medio. Estos iones secundarios formados también se aceleran causando un efecto conocido como avalanchas de Townsend , que crea un solo pulso eléctrico grande. Aunque hay una gran cantidad de iones secundarios (aproximadamente 10 3 – 10 5 ) para cada evento primario, la cámara siempre funciona de manera tal que la cantidad de iones secundarios es proporcionala la cantidad de eventos primarios. Es muy importante, porque la ionización primaria depende del tipo y la energía de las partículas o rayos en el campo de radiación interceptado. El número de pares de iones recogidos dividido por el número de pares de iones producidos por la ionización primaria proporciona el factor de amplificación de gas (denotado por A). La amplificación de gas que ocurre en esta región puede aumentar la cantidad total de ionización a un valor medible. El proceso de amplificación de carga mejora enormemente la relación señal / ruido del detector y reduce la subsiguiente amplificación electrónica requerida. Cuando los instrumentos se operan en la región proporcional, el voltaje debe mantenerse constante.Si un voltaje permanece constante, el factor de amplificación de gas tampoco cambia. Los instrumentos de detección de contador proporcional son muy sensibles a los bajos niveles de radiación. Además, los contadores proporcionales son capaces de identificar partículas y medir la energía (espectroscopía). Se pueden distinguir diferentes energías de radiación y diferentes tipos de radiación analizando la altura del pulso, ya que difieren significativamente en la ionización primaria.
- Región Geiger-Mueller . En la región de Geiger-Mueller, el voltaje y, por lo tanto, el campo eléctrico es tan fuerte que pueden ocurrir avalanchas secundarias. Estas avalanchas pueden ser activadas y propagadas por fotones emitidos por átomos excitados en la avalancha original. Como estos fotones no se ven afectados por el campo eléctrico, pueden interactuar lejos (por ejemplo, lateralmente al eje) de la avalancha primaria, todo el tubo Geiger participa en el proceso. Una señal fuerte (el factor de amplificación puede alcanzar aproximadamente 10 10) es producida por estas avalanchas con forma y altura independientemente de la ionización primaria y la energía del fotón detectado. Los detectores, que funcionan en la región de Geiger-Mueller, son capaces de detectar rayos gamma, y también de todo tipo de partículas cargadas, que pueden ingresar al detector. Estos detectores se conocen como contadores Geiger . La principal ventaja de estos instrumentos es que generalmente no requieren ningún amplificador de señal. Dado que los iones positivos no se alejan de la región de avalanchas, una nube de iones cargada positivamente perturba el campo eléctrico y termina el proceso de avalancha. En la práctica, la terminación de la avalancha se mejora mediante el uso de » enfriamiento ««Técnicas. A diferencia de los contadores proporcionales, los contadores Geiger no pueden distinguir la energía o incluso la partícula de radiación incidente, ya que la señal de salida es independiente de la cantidad y el tipo de ionización original.
Contadores de centelleo
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 reaccione 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, se pueden usar 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 de rayos 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 de 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.
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