Dosimetría de radiación

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 en las energías más bajas, causada por la dispersión de Compton , dos picos de escape más pequeños en las energías 0.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creación de pares de electrones-positrones cuando uno o ambos fotones de aniquilación escapan, 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.

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 en las energías más bajas, causada por la dispersión de Compton , dos picos de escape más pequeños en las energías 0.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creación de pares de electrones-positrones cuando uno o ambos fotones de aniquilación escapan, 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 toda su energía ( _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 fracción grande (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 experimentan 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.

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.

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 a base de germanio , como el detector HPGe . Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan con mayor frecuencia cuando se requiere una muy buena resolución energética, 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 media 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 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.

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.

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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 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.

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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 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.

Espectrómetro de rayos gamma – Espectroscopio de rayos gamma

El espectroscopio gamma 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 y la alta precisión y tasas de conteo posibles. Estos últimos atributos son consecuencia de la duración extremadamente corta de los destellos de luz, desde aproximadamente 10 ^-9 ( centelleadores orgánicos ) hasta 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. Los pulsos se cuentan y se clasifican por su altura, produciendo una gráfica xy del brillo del destello del centelleador frente al número de destellos, que se aproxima al espectro de energía de la radiación incidente, con algunos artefactos adicionales. Un rayo gamma monoenergético produce un foto pico en su energía. El detector de centelleoTambién muestra una respuesta en las energías más bajas, causada por la dispersión de Compton, dos picos de escape más pequeños en las energías 0.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creación de pares de electrones-positrones cuando uno o ambos fotones de aniquilación escapan, 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.

Los espectrómetros basados ​​en centelleo tienen la ventaja de disponibilidad en gran tamaño y alta densidad, lo que puede dar como resultado altas probabilidades de interacción para los rayos gamma. Por otro lado, sus centelleadores de resolución energética son pobres, en comparación con los detectores de germanio de alta pureza. Los detectores de germanio son una mejor opción para la separación de energías gamma estrechamente espaciadas. La resolución energética típica de un buen sistema de germanio es de unas décimas de porcentaje en comparación con el 5-10% para el yoduro de sodio.

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 en las energías más bajas, causada por la dispersión de Compton , dos picos de escape más pequeños en las energías 0.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creación de pares de electrones-positrones cuando uno o ambos fotones de aniquilación escapan, 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.

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 a base de germanio , como el detector HPGe . Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan con mayor frecuencia cuando se requiere una muy buena resolución energética, 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 media 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 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 en las energías más bajas, causada por la dispersión de Compton , dos picos de escape más pequeños en las energías 0.511 y 1.022 MeV debajo del fotopico para la creación de pares de electrones-positrones cuando uno o ambos fotones de aniquilación escapan, 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 detector de semiconductores es un detector de radiación que se basa en un semiconductor , como el silicio o el germanio, para medir el efecto de partículas o fotones cargados incidentes. En general, los semiconductores son materiales, inorgánicos u orgánicos, que tienen la capacidad de controlar su conducción dependiendo de la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes. El nombre semiconductor proviene del hecho de que estos materiales tienen una conductividad eléctrica entre la de un metal, como cobre, oro, etc. y un aislante, como el vidrio. Tienen una brecha de energía inferior a 4eV (aproximadamente 1eV). En física de estado sólido, esta brecha de energía o brecha de banda es un rango de energía entrebanda de valencia y banda de conducción donde los estados electrónicos están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en un semiconductor deben obtener energía (por ejemplo, de la radiación ionizante ) para atravesar el intervalo de banda y alcanzar la banda de conducción.

Los detectores de semiconductores son muy similares en operación a los paneles fotovoltaicos que generan corriente eléctrica. De manera similar, se puede inducir una corriente por radiación ionizante. Cuando la radiación ionizante ingresa al semiconductor, interactúa con el material semiconductor. Puede excitar a un electrón fuera de su nivel de energía y, en consecuencia, dejar un agujero. Este proceso se conoce como generación de pares electrón-agujero . En los detectores de semiconductores, los portadores de información fundamentales son estos pares de agujeros de electrones, que se producen a lo largo del camino tomado por la partícula cargada (primaria o secundaria) a través del detector. Al recopilar pares de electrones, la señal de detección se forma y registra.

Los detectores de semiconductores se utilizan ampliamente en la protección contra la radiación , el ensayo de materiales radiactivos y la investigación física porque tienen algunas características únicas, se pueden fabricar de forma económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente. Estos detectores se emplean para medir la energía de la radiación y para la identificación de partículas. De los materiales semiconductores disponibles, el silicio se usa principalmente para detectores de partículas cargadas (especialmente para rastrear partículas cargadas) y detectores de rayos X blandos, mientras que el germanio se usa ampliamente para la espectroscopía de rayos gamma . Un semiconductor grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador pararadiactividad . Sin embargo, es difícil hacer cristales grandes con suficiente pureza. Los detectores de semiconductores tienen, por lo tanto, baja eficiencia, pero dan una medida muy precisa de la energía. Los detectores de semiconductores, especialmente los detectores basados ​​en germanio , se usan con mayor frecuencia cuando se requiere una muy buena resolución de energía. Para lograr la máxima eficiencia, los detectores deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C) . Por lo tanto, el inconveniente es que los detectores de semiconductores son mucho más caros que otros detectores y requieren un enfriamiento sofisticado para reducir las corrientes de fuga (ruido).

Principio de funcionamiento de detectores de semiconductores  

El funcionamiento de los detectores de semiconductores se resume en los siguientes puntos:

• La radiación ionizante ingresa al volumen sensible del detector e interactúa con el material semiconductor.
• La partícula que pasa a través del detector ioniza los átomos del semiconductor, produciendo los pares de electrones . El número de pares de electrones es proporcional a la energía de la radiación al semiconductor. Como resultado, se transfieren varios electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción, y se crea un número igual de agujeros en la banda de valencia.
• Bajo la influencia de un campo eléctrico, los electrones y los agujeros viajan a los electrodos, donde producen un pulso que se puede medir en un circuito externo,
• 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.

La energía requerida para producir pares de electrones es muy baja en comparación con la energía requerida para producir iones emparejados en un detector de ionización gaseosa . En los detectores de semiconductores, la variación estadística de la altura del pulso es menor y la resolución de la energía es mayor. Como los electrones viajan rápido, la resolución de tiempo también es muy buena. En comparación con los detectores de ionización gaseosa, la densidad de un detector de semiconductores es muy alta, y las partículas cargadas de alta energía pueden emitir su energía en un semiconductor de dimensiones relativamente pequeñas.

Detectores de semiconductores a base de silicio

Los detectores de semiconductores a base de silicio se usan principalmente para detectores de partículas cargadas (especialmente para rastrear partículas cargadas ) y detectores de rayos X blandos, mientras que el germanio se usa ampliamente para la espectroscopía de rayos gamma. Un semiconductor grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador de radiactividad . Sin embargo, es difícil hacer cristales grandes con suficiente pureza. Los detectores de semiconductores tienen, por lo tanto, baja eficiencia, pero dan una medida muy precisa de la energía. Los detectores basados ​​en silicio tienen un ruido suficientemente bajo incluso a temperatura ambiente. Esto es causado por la gran brecha de bandade silicio (Egap = 1.12 eV), que nos permite operar el detector a temperatura ambiente, pero se prefiere enfriar para reducir el ruido. El inconveniente es que los detectores de silicio son mucho más caros que las cámaras de niebla o cámaras de cables y requieren un enfriamiento sofisticado para reducir las corrientes de fuga (ruido). También sufren degradación con el tiempo por la radiación, sin embargo, esto se puede reducir en gran medida gracias al efecto Lázaro.

Aplicación de detectores de silicio

Dado que los detectores basados ​​en silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas, constituyen una parte sustancial del sistema de detección en el LHC en el CERN. La mayoría de los detectores de partículas de silicio funcionan, en principio, dopando tiras de silicio estrechas (generalmente de alrededor de 100 micrómetros de ancho) para convertirlas en diodos, que luego se polarizan inversamente. A medida que las partículas cargadas pasan a través de estas tiras, causan pequeñas corrientes de ionización que se pueden detectar y medir. Organizar miles de estos detectores alrededor de un punto de colisión en un acelerador de partículas puede proporcionar una imagen precisa de los caminos que toman las partículas. Por ejemplo, el Sistema de seguimiento interno (ITS) de un gran experimento de colisionador de iones (ALICE) contiene tres capas de detectores basados ​​en silicio:

• Detector de píxeles de silicio (SPD)
• Detector de deriva de silicio (SDD)
• Detector de tiras de silicio (SSD)

Detectores de tiras de silicio

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.

Los detectores de tiras de silicio de 5 x 5 cm ² de área son bastante comunes y se usan 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.

Los detectores de tiras de silicio constituyen una parte sustancial del sistema de detección en el LHC en el CERN. La mayoría de los detectores de partículas de silicio funcionan, en principio, al dopar tiras de silicio estrechas (generalmente de alrededor de 100 micrómetros de ancho) para convertirlas en diodos, que luego se polarizan inversamente. A medida que las partículas cargadas pasan a través de estas tiras, causan pequeñas corrientes de ionización que se pueden detectar y medir. Organizar miles de estos detectores alrededor de un punto de colisión en un acelerador de partículas puede proporcionar una imagen precisa de los caminos que toman las partículas.

Por ejemplo, el Sistema de seguimiento interno (ITS) de un gran experimento de colisionador de iones (ALICE) contiene tres capas de detectores basados ​​en silicio:

• Detector de píxeles de silicio (SPD)
• Detector de deriva de silicio (SDD)
• Detector de tiras de silicio (SSD)

Delta E – Detector E – Telescopio

En física experimental, los detectores ΔE-E , conocidos como telescopios , son dispositivos potentes para la identificación de partículas cargadas . Para proporcionar una identificación de partículas cargadas, se pueden utilizar telescopios que consisten en pares de detectores de barrera de superficie delgada y gruesa . Estos detectores deben colocarse en serie. La velocidad se deduce de la potencia de frenado medida en los detectores delgados ( detectores ΔE ). Existe una fuerte correlación entre la energía depositada en cada detector. Esta correlación depende de la masa (A), la carga (Z) y la energía cinética (E) de cada partícula. La masa se deduce del rango o de la pérdida total de energía cinética en el detector más grueso (E detector ).

Los telescopios pueden estar compuestos por varios detectores ( cámaras de ionización , detectores de silicio y centelleadores, por ejemplo) apilados para ralentizar las partículas cargadas incidentes, siendo el primer detector el más delgado y el último el más grueso. Los contadores de centelleo CsI pueden usarse, por ejemplo, como contadores E finales. Como ejemplo de telescopio, se puede usar un conjunto basado en dos detectores de silicio ΔE frontales (10 o 30 µm) y un contador de silicio E de 1500 µm de espesor para la detección de partículas cargadas de alta energía.

Detectores de semiconductores basados ​​en germanio

Los detectores de semiconductores a base de 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 menor 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. Un semiconductor de germanio grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador de radiactividad. Sin embargo, es difícil y costoso hacer cristales grandes con suficiente pureza. Si bien los detectores a base de silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, el germanio puede tener un espesor de centímetros agotado y sensible y, por lo tanto, puede usarse como un detector de absorción total para rayos gamma de hasta pocos MeV.

Por otro lado, para lograr la máxima eficiencia, los detectores deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C), porque a temperaturas ambiente el ruido causado por la excitación térmica es muy alto.

Dado que los detectores de germanio producen la resolución más alta comúnmente disponible en la actualidad, se utilizan para medir la radiación en una variedad de aplicaciones, incluido el monitoreo personal y ambiental de contaminación radiactiva, aplicaciones médicas, ensayos radiométricos, seguridad nuclear y seguridad de plantas nucleares.

Aplicación de detectores de germanio – espectroscopía 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 menor 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 máximo) para 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.

Se obtiene un detector de centelleo o un contador de centelleo cuando un centelleador está acoplado a un sensor de luz electrónico como:

• un tubo fotomultiplicador (PMT),
• una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD)
• fotodiodo

Todos estos dispositivos pueden usarse en contadores de centelleo y todos convierten la luz en una señal eléctrica y contienen componentes electrónicos para procesar esta señal. Un fotodiodo es un dispositivo semiconductor que convierte la luz en corriente eléctrica. Este es un dispositivo semiconductor que consiste en una capa delgada de silicio en la que se absorbe la luz y luego se crean portadores de carga libre (electrones y agujeros). Un fotodiodo convencional con mayor frecuencia se refiere a un diodo PIN. PIN significa que los lados dopados p y n están separados por una región i agotada. Los electrones y los agujeros se recogen en el ánodo y el cátodo del diodo. Esto da como resultado una fotocorriente que es la salida del diodo. Sin embargo, la carga no se amplifica, por lo que la amplitud de la señal de salida es pequeña. Esto hace que el fotodiodo sea sensible al ruido electrónico. Por otra parte,

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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.