{"id":16733,"date":"2020-03-10T10:26:40","date_gmt":"2020-03-10T10:26:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/que-es-la-espectroscopia-gamma-definicion\/"},"modified":"2020-07-01T05:43:41","modified_gmt":"2020-07-01T05:43:41","slug":"que-es-la-espectroscopia-gamma-definicion","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/es\/que-es-la-espectroscopia-gamma-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la espectroscop\u00eda gamma? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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La espectroscop\u00eda gamma es el estudio de los espectros de energ\u00eda de las fuentes de rayos gamma, como en la industria nuclear y la investigaci\u00f3n geoqu\u00edmica.\u00a0El espectro gamma es caracter\u00edstico de los nucleidos emisores de gamma contenidos en la fuente.\u00a0Dosimetr\u00eda de radiaci\u00f3n<\/div>\n<\/div>\n
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En general, la\u00a0espectroscop\u00eda<\/strong>\u00a0es la ciencia del estudio de la interacci\u00f3n entre la materia y la energ\u00eda radiada, mientras que la\u00a0espectrometr\u00eda<\/strong>\u00a0es el m\u00e9todo utilizado para adquirir una medici\u00f3n cuantitativa del espectro.\u00a0La espectroscopia<\/strong>\u00a0(scopy significa\u00a0observaci\u00f3n<\/em>\u00a0) no genera ning\u00fan resultado.\u00a0Es el enfoque te\u00f3rico de la ciencia.\u00a0La espectrometr\u00eda<\/strong>\u00a0(metry significa\u00a0medici\u00f3n<\/em>\u00a0) es la aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica donde se generan los resultados.\u00a0Es la medici\u00f3n de la intensidad de la radiaci\u00f3n utilizando un dispositivo electr\u00f3nico.\u00a0A menudo, estos t\u00e9rminos se usan indistintamente, pero cada espectrometr\u00eda no es espectroscop\u00eda (por ejemplo, espectrometr\u00eda de masas vs.espectroscop\u00eda de masas<\/del>)<\/p>\n

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Espectroscop\u00eda Gamma<\/h2>\n
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Fuente: wikipedia.org Licencia: Dominio p\u00fablico<\/figcaption><\/figure>\n

En general,\u00a0la espectroscop\u00eda gamma<\/strong>\u00a0es el estudio de los espectros de energ\u00eda de las fuentes de rayos gamma, como en la industria nuclear, la investigaci\u00f3n geoqu\u00edmica y la astrof\u00edsica.\u00a0Los espectroscopios, o espectr\u00f3metros, son dispositivos sofisticados dise\u00f1ados para medir la distribuci\u00f3n de potencia espectral de una fuente.\u00a0La radiaci\u00f3n incidente genera una se\u00f1al que permite determinar la energ\u00eda de la part\u00edcula incidente.<\/p>\n

La mayor\u00eda de\u00a0las fuentes radiactivas<\/a>\u00a0producen\u00a0rayos gamma<\/a>\u00a0, que son de diversas energ\u00edas e intensidades.\u00a0Los rayos gamma\u00a0acompa\u00f1an<\/strong>\u00a0frecuentemente\u00a0\u00a0la emisi\u00f3n<\/strong>\u00a0\u00a0de\u00a0\u00a0radiaci\u00f3n\u00a0<\/a>alfa\u00a0<\/a>\u00a0y\u00a0\u00a0beta<\/a>\u00a0.\u00a0Cuando estas emisiones se detectan y analizan con un sistema de espectroscopia,\u00a0se puede producir un\u00a0espectro de energ\u00eda de rayos gamma<\/strong>\u00a0.\u00a0Rayos gamma<\/strong>\u00a0de\u00a0la desintegraci\u00f3n radiactiva<\/a>est\u00e1n en el rango de energ\u00eda de unos pocos keV a ~ 8 MeV, correspondiente a los niveles de energ\u00eda t\u00edpicos en n\u00facleos con vidas razonablemente largas.\u00a0Como se escribi\u00f3, se producen por la descomposici\u00f3n de los n\u00facleos a medida que pasan de un estado de alta energ\u00eda a un estado m\u00e1s bajo.\u00a0Un an\u00e1lisis detallado de este espectro se usa t\u00edpicamente para determinar la\u00a0identidad<\/strong>\u00a0y la\u00a0cantidad<\/strong>\u00a0de emisores gamma presentes en una muestra, y es una herramienta vital en el ensayo radiom\u00e9trico.\u00a0El espectro gamma es caracter\u00edstico de los nucleidos emisores de gamma contenidos en la fuente.<\/p>\n

Espectroscop\u00eda de rayos X<\/h2>\n

La espectroscop\u00eda de rayos X es un t\u00e9rmino general para varias t\u00e9cnicas espectrosc\u00f3picas para la caracterizaci\u00f3n de materiales mediante el uso de la excitaci\u00f3n por rayos X.\u00a0Cuando un electr\u00f3n de la capa interna de un \u00e1tomo es excitado por la energ\u00eda de un fot\u00f3n, se mueve a un nivel de energ\u00eda m\u00e1s alto.\u00a0Dado que el proceso deja una\u00a0\u00a0vacante<\/strong>\u00a0\u00a0en el nivel de energ\u00eda de los electrones del cual proviene el electr\u00f3n, los electrones externos del \u00e1tomo\u00a0\u00a0caen en cascada<\/strong>\u00a0\u00a0para llenar los niveles at\u00f3micos m\u00e1s bajos, y uno o m\u00e1s\u00a0\u00a0rayos X caracter\u00edsticos<\/strong><\/a>\u00a0son generalmente emitidos\u00a0Como resultado, aparecen picos de intensidad bruscos en el espectro a longitudes de onda que son caracter\u00edsticas del material del que est\u00e1 hecho el objetivo an\u00f3dico.\u00a0Las frecuencias de los rayos X caracter\u00edsticos se pueden predecir a partir del modelo de Bohr.\u00a0El an\u00e1lisis del espectro de emisi\u00f3n de rayos X produce resultados cualitativos sobre la composici\u00f3n elemental de la muestra.<\/p>\n

Espectr\u00f3metro de rayos gamma – Espectroscopio de rayos gamma<\/h2>\n

Como se escribi\u00f3, el estudio y an\u00e1lisis de los espectros de rayos gamma para uso cient\u00edfico y t\u00e9cnico se llama espectroscop\u00eda gamma, y \u200b\u200blos espectr\u00f3metros de rayos gamma son los instrumentos que observan y recopilan dichos datos.\u00a0Un espectr\u00f3metro de rayos gamma (GRS) es un dispositivo sofisticado para medir la distribuci\u00f3n de energ\u00eda de la radiaci\u00f3n gamma.\u00a0Para la medici\u00f3n de rayos gamma por encima de varios cientos de keV, hay dos categor\u00edas de detectores de gran importancia,\u00a0centelleadores inorg\u00e1nicos como NaI (Tl)<\/strong><\/a>\u00a0y\u00a0detectores de semiconductores.<\/strong>. En los art\u00edculos anteriores, describimos la espectroscop\u00eda 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 tama\u00f1o y alta densidad) y las altas tasas de precisi\u00f3n y conteo que son posibles. Debido al alto n\u00famero at\u00f3mico de yodo, una gran cantidad de todas las interacciones dar\u00e1 como resultado la absorci\u00f3n completa de la energ\u00eda de los rayos gamma, por lo que la fracci\u00f3n de la foto ser\u00e1 alta.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"Detector<\/a>
Detector HPGe con criostato LN2 Fuente: canberra.com<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Pero si\u00a0se requiere\u00a0una\u00a0<\/span>resoluci\u00f3n energ\u00e9tica perfecta<\/span><\/strong>\u00a0, tenemos que usar\u00a0<\/span>un detector basado en germanio<\/span><\/strong>\u00a0, como el\u00a0<\/span>detector HPGe<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Los detectores de semiconductores basados \u200b\u200ben germanio se usan m\u00e1s com\u00fanmente cuando se requiere una muy buena resoluci\u00f3n de energ\u00eda, especialmente para\u00a0<\/span>la espectroscop\u00eda gamma<\/span><\/strong>\u00a0, as\u00ed como\u00a0<\/span>la espectroscop\u00eda de rayos X<\/span><\/strong>.\u00a0En la espectroscop\u00eda gamma, se prefiere el germanio debido a que su n\u00famero at\u00f3mico es mucho m\u00e1s alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacci\u00f3n con los rayos gamma.\u00a0Adem\u00e1s, el germanio tiene una energ\u00eda promedio m\u00e1s baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio.\u00a0Esto tambi\u00e9n proporciona a este \u00faltimo una mejor resoluci\u00f3n en energ\u00eda.\u00a0El FWHM (ancho completo a la mitad como m\u00e1ximo) para los detectores de germanio es una funci\u00f3n de la energ\u00eda.\u00a0Para un fot\u00f3n de 1.3 MeV, el FWHM es 2.1 keV, que es muy bajo.<\/span><\/p>\n

Estructura del espectro gamma: el espectro de cobalto-60<\/span><\/strong><\/h3>\n

El an\u00e1lisis 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 acompa\u00f1antes de diferentes fuentes de radiaci\u00f3n.\u00a0Mostraremos\u00a0la estructura del espectro gamma en el ejemplo de\u00a0<\/span>cobalto-60<\/span><\/strong>\u00a0medido por el\u00a0<\/span>detector de centelleo NaI (Tl)<\/span><\/a>\u00a0y por el detector HPGe.\u00a0El detector HPGe permite la separaci\u00f3n de muchas l\u00edneas gamma estrechamente espaciadas, lo cual es muy beneficioso para medir fuentes radiactivas que emiten m\u00faltiples rayos gamma.<\/span><\/p>\n

\"esquema<\/p>\n

El cobalto-60<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0es un\u00a0<\/span>is\u00f3topo radiactivo<\/span><\/a>\u00a0artificial\u00a0de cobalto con una\u00a0<\/span>vida media<\/span><\/a>\u00a0de\u00a0<\/span>5.2747 a\u00f1os<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Se produce sint\u00e9ticamente por activaci\u00f3n de neutrones de cobalto-59 en\u00a0<\/span>reactores nucleares<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0El cobalto-60 es una fuente de calibraci\u00f3n com\u00fan que se encuentra en muchos laboratorios.\u00a0El espectro gamma tiene\u00a0<\/span>dos picos significativos<\/span><\/strong>\u00a0, uno a\u00a0<\/span>1173.2 keV<\/span><\/strong>\u00a0y otro a\u00a0<\/span>1332.5 keV<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Los buenos detectores de centelleo deben tener una resoluci\u00f3n adecuada para separar los dos picos.\u00a0Para los\u00a0<\/span>detectores HPGe<\/span><\/strong>\u00a0, estos picos est\u00e1n perfectamente separados.<\/span><\/p>\n

Como se puede ver en la figura, hay dos\u00a0<\/span>fotopicos de rayos gamma<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Ambos detectores tambi\u00e9n muestran una respuesta a las energ\u00edas m\u00e1s bajas, causada por la\u00a0<\/span>dispersi\u00f3n de Compton<\/span><\/strong><\/a>\u00a0, dos\u00a0<\/span>picos de escape<\/span><\/strong>\u00a0m\u00e1s peque\u00f1os\u00a0a las\u00a0<\/span>energ\u00edas<\/span><\/a>\u00a00.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creaci\u00f3n de\u00a0<\/span>pares electr\u00f3n-positr\u00f3n<\/span><\/a>\u00a0cuando escapan uno o ambos fotones de aniquilaci\u00f3n, y un\u00a0<\/span>pico de retrodispersi\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Se pueden medir energ\u00edas m\u00e1s altas cuando dos o m\u00e1s\u00a0<\/span>fotones<\/span><\/a>\u00a0golpean el detector casi simult\u00e1neamente, apareciendo como picos de suma con energ\u00edas de hasta el valor de dos o m\u00e1s picos de foto a\u00f1adidos.<\/span><\/p>\n

\"Espectro<\/a>
Figura: Leyenda: Comparaci\u00f3n de los espectros de NaI (Tl) y HPGe para cobalto-60.\u00a0Fuente: Radiois\u00f3topos y Metodolog\u00eda de Radiaci\u00f3n I, II.\u00a0Soo Hyun Byun, Notas de la conferencia.\u00a0Universidad McMaster, Canad\u00e1.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

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La estructura general del espectro de rayos gamma generalmente tiene las siguientes\u00a0<\/span>caracter\u00edsticas principales<\/span><\/strong>\u00a0:<\/span><\/p>\n