Qué es la detección de radiación beta – Detector de partículas beta – Definición

La detección de la radiación beta es muy específica, porque las partículas beta son más penetrantes que las partículas alfa. Por otro lado, una delgada placa de aluminio puede detenerlos. Detección de radiación beta – Detector de partículas beta
Contador Geiger - Radiación Beta
Uso en laboratorio de un contador Geiger con sonda de ventana final para medir la radiación beta Fuente: wikipedia.org Licencia: Dominio público

La detección de la radiación beta es muy específica, porque las partículas beta son más penetrantes que las partículas alfa. Por otro lado, una delgada placa de aluminio puede detenerlos.

Para describir los principios de detección de la radiación beta, debemos comprender la interacción de la radiación con la materia . Cada tipo de partícula interactúa de manera diferente, por lo tanto, debemos describir la interacción de las partículas beta (radiación como un flujo de estas partículas) por separado.

Interacción de partículas beta con materia

La radiación beta consiste en electrones libres o positrones a velocidades relativistas. Las partículas beta (electrones) son mucho más pequeñas que las partículas alfa. Llevan una sola carga negativa. Son más penetrantes que las partículas alfa, pero una placa delgada de aluminio puede detenerlas. Pueden viajar varios metros en el aire pero depositan menos energía en cualquier punto a lo largo de sus caminos que las partículas alfa. De manera similar a las partículas cargadas pesadas, las partículas beta transfieren energía mediante:

  • Excitación. La partícula cargada puede transferir energía al átomo, elevando los electrones a niveles de energía más altos.
  • Ionización La ionización puede ocurrir cuando la partícula cargada tiene suficiente energía para eliminar un electrón. Esto da como resultado una creación de pares de iones en la materia circundante.

Además de estas interacciones, las partículas beta también pierden energía por el proceso radiactivo conocido como bremsstrahlung . Según la teoría clásica, cuando una partícula cargada se acelera o desacelera, debe irradiar energía y la radiación de desaceleración se conoce como bremsstrahlung («radiación de frenado») .

Resumen de tipos de interacciones:

La naturaleza de la interacción de una radiación beta con la materia es diferente de la radiación alfa , a pesar de que las partículas beta también son partículas cargadas. En comparación con las partículas alfa, las partículas beta tienen una masa mucho menor y alcanzan principalmente energías relativistas . Su masa es igual a la masa de los electrones orbitales con los que están interactuando y, a diferencia de la partícula alfa, una fracción mucho mayor de su energía cinética se puede perder en una sola interacción. Dado que las partículas beta alcanzan principalmente energías relativistas, la fórmula Bethe no relativista no se puede utilizar. Para electrones de alta energía, Bethe también ha derivado una expresión similarpara describir la pérdida de energía específica debido a la excitación e ionización (las «pérdidas por colisión»).

Además, las partículas beta pueden interactuar mediante la interacción electrón-nuclear (dispersión elástica de los núcleos), lo que puede cambiar significativamente la dirección de la partícula beta . Por lo tanto, su camino no es tan sencillo. Las partículas beta siguen un camino muy en zig-zag a través del material absorbente, este camino resultante de partículas es más largo que la penetración lineal (rango) en el material.

Detectores de radiación beta

Los detectores también se pueden clasificar de acuerdo con materiales y métodos sensibles que se pueden utilizar para realizar una medición:

Detección de radiación beta usando cámara de ionización

cámara de ionización - principio básicoPara que  las partículas alfa  y  beta  sean detectadas por las cámaras de ionización, deben estar provistas de una ventana delgada. Esta «ventana final» debe ser lo suficientemente delgada para que las partículas alfa y beta puedan penetrar. Sin embargo, una ventana de casi cualquier espesor evitará que una partícula alfa ingrese a la cámara. La ventana generalmente está hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1.5 – 2.0 mg / cm 2 .

La cámara de ionización puede usarse, por ejemplo, para medir el tritio en el aire. Estos dispositivos se conocen como monitores de tritio en el aire. El tritio  es un isótopo radiactivo, pero emite una forma muy débil de radiación, una partícula beta de baja energía   que es similar a un electrón. Es un emisor beta puro (es decir, un emisor beta sin una radiación gamma que lo acompañe  ). La energía cinética del electrón varía, con un promedio de 5,7 keV, mientras que el antineutrino electrónico casi indetectable se lleva la energía restante. . Una energía de electrones tan baja causa que el electrón no pueda penetrar en la piel o incluso no viajar muy lejos en el aire. Las partículas beta del tritio pueden penetrar solo alrededor de 6.0 mm de aire. Es prácticamente imposible diseñar un detector cuyas paredes puedan penetrar estas partículas beta. En cambio, el monitor de tritio en el aire bombea el aire contaminado con tritio a través de una cámara de ionización, de modo que toda la energía de las partículas beta se puede convertir útilmente para producir pares de iones dentro de la cámara.

Detección de radiación beta 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 estos fines, se utilizan diferentes centelleadores.

  • 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).

Detección de radiación beta utilizando semiconductores – Detectores de tiras de silicio

detector de tiras de silicio - semiconductores
Detector de tiras de silicona Fuente: micronsemiconductor.co.uk

Los detectores a base de silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas. Un detector de tiras de silicio es una disposición de implantes en forma de tiras que actúan como electrodos de recogida de carga.

Detectores de tiras de silicona 5 x 5 cm 2en el área son bastante comunes y se utilizan en serie (al igual que los planos de MWPC) para determinar las trayectorias de partículas cargadas a precisiones de posición del orden de varios μm en la dirección transversal. Colocados en una oblea de silicio completamente empobrecida y dopada, estos implantes forman una matriz unidimensional de diodos. Al conectar cada una de las tiras metalizadas a un amplificador sensible a la carga, se construye un detector sensible a la posición. Se pueden lograr mediciones de posición bidimensionales aplicando una tira adicional como dopaje en la parte posterior de la oblea mediante el uso de una tecnología de doble cara. Dichos dispositivos se pueden usar para medir pequeños parámetros de impacto y, por lo tanto, determinar si alguna partícula cargada se originó a partir de una colisión primaria o si fue el producto de descomposición de una partícula primaria que viajó una pequeña distancia desde la interacción original y luego se descompuso.

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