Detectores HPGe
Detectores de germanio de alta pureza ( detectores de HPGe ) son la mejor solución para precisa gamma y espectroscopia de rayos x . En comparación con los detectores de silicio , el germanio es mucho más eficiente que el silicio para la detección de radiación debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y debido a la menor energía promedio necesaria para crear un par de agujeros de electrones , que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio Debido a su mayor número atómico, Ge tiene un coeficiente de atenuación lineal mucho más lager, lo que conduce a una ruta libre media más corta. Además, los detectores de silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, mientras que el germanio puede tener un agotamiento, espesor sensible de centímetros y, por lo tanto, puede usarse como detector de absorción total para rayos gamma de hasta pocos MeV.
Ventajas de los detectores HPGe
- Mayor número atómico. Se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción de rayos gamma.
- El germanio tiene una energía promedio más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio.
- Muy buena resolución energética . El FWHM 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.
- Los cristales grandes . 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.
Desventajas de los detectores HPGe
- Enfriamiento . El principal inconveniente de los detectores HPGe es que deben enfriarse a temperaturas de nitrógeno líquido. Debido a que el germanio tiene un intervalo de banda relativamente bajo , estos detectores deben enfriarse para reducir la generación térmica de portadores de carga a un nivel aceptable. De lo contrario, el ruido inducido por la corriente de fuga destruye la resolución energética del detector. Recuerde, la brecha de banda (una distancia entre la valencia y la banda de conducción ) es muy baja para germanio (Egap = 0.67 eV). El enfriamiento a la temperatura del nitrógeno líquido (-195.8 ° C; -320 ° F) reduce las excitaciones térmicas de los electrones de valencia, de modo que solo una interacción de rayos gamma puede dar a un electrón la energía necesaria para cruzar la brecha de banda y alcanzar la banda de conducción.
- Precio . La desventaja es que los detectores de germanio son mucho más caros que las cámaras de ionización o los contadores de centelleo .
Centelleadores de NaI (Tl)
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 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 .
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 -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.
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