Tabla de Contenidos
Principio de contador de centelleo Construcción y funcionamiento
Qué es el centelleo
El contador de centelleo es un dispositivo utilizado para detectar y medir la energía de la radiación.
El contador de centelleo en su forma más simple fue introducido por primera vez por Rutherford y su compañero de trabajo mientras estudiaba la luminancia excitada en ZnS por partículas Alfa. Una pantalla recubierta con sulfuro de zinc o platinocianuro de bario o tungstato de calcio cuando se expone a partículas alfa produce centelleos que se contaron con un microscopio de baja potencia.
El instrumento así concebido se llamaba Spintheriscope. El proceso de contar centelleos es un proceso tedioso. El ojo restringe el recuento a aproximadamente 100 por minuto.
La invención de los tubos fotomultiplicadores y una mejor comprensión de las propiedades luminiscentes de las sustancias orgánicas e inorgánicas han eliminado este inconveniente y el contador de centelleo ahora se usa ampliamente en el estudio de las radiaciones nucleares.
Principio del contador de centelleo
Un contador de centelleo simple fue introducido por primera vez por Karan y Barca en 1994. Los pulsos producidos se detectan en circuitos electrónicos convencionales después de una amplificación adecuada. Los pulsos producidos por partículas alfa fueron detectados por ZnS, fósforo con una eficiencia del 100%.
Más tarde, Kallman (1947) amplió su aplicación de detección de rayos β y γ mediante el uso de cristales transparentes de Antraceno y naftaleno como medios fluorescentes. Hofstadter descubrió que Nal tenía mejor eficiencia y mayor intensidad para el trabajo de conteo de rayos γ.
Construcción del contador de centelleo
El contador de centelleo completo consta de tres partes básicas:
- El material centelleante o fósforo produce un pequeño destello de luz cuando una partícula cargada lo golpea.
- El tubo fotomultiplicador detecta el destello de luz y produce un pulso eléctrico.
- Los amplificadores y circuitos electrónicos registran y cuentan los impulsos eléctricos del tubo fotomultiplicador.
El trabajo del microscopio en un simple centelleador se sustituye por un tubo fotomultiplicador. Este tubo tiene muchos dinodos de tarjeta de electrones a los que se aplican potenciales progresivamente más altos, como se muestra en la figura.
Los fotoelectrones se aceleran en el campo electrostático entre el cátodo y el primer dinodo, que tiene un potencial positivo con respecto al cátodo. Los electrones acelerados imparten suficiente energía a los electrones en el dinodo para expulsar algunos de ellos.
Puede haber hasta 10 electrones secundarios por cada electrón que golpea el dinodo. Este proceso de multiplicación continúa hasta que el último dinodo recibe una Avalancha de electrones que finalmente son recogidos por el ánodo.
La corriente de salida o pulso en el ánodo puede ser más de un millón de veces mayor que la corriente emitida originalmente por el cátodo.
Funcionamiento del Contador de centelleo
El diagrama de bloques del Contador de centelleo se muestra en la figura. S es una fuente que emite radiaciones ionizantes para producir destellos de luz de corta duración en el fósforo colocado delante del fotocátodo de un tubo fotomultiplicador.
El proceso de multiplicación tiene lugar para producir una Avalancha de electrones que finalmente son recogidos por el ánodo. Un gran pulso de varias decenas de milivoltios se produce en la salida.
El preamplificador amplifica estas señales y luego se alimentan al discriminador cuya función es eliminar pulsos de baja energía y luego se cuentan en el escalar. La alimentación de las distintas etapas es suministrada por la fuente de alimentación estabilizada.
La producción de un destello de centelleo por las partículas ionizantes entrantes y la generación posterior de un pulso eléctrico en un fotomultiplicador se dividen en cinco eventos distintos.
- La radiación incidente se absorbe primero en el material de fósforo y sus átomos o moléculas se excitan.
- Los átomos o moléculas excitados del material fluorescente del fósforo se descomponen y producen destellos de luz de corta duración.
- Los fotones emitidos se transmiten al fotocátodo del fotomultiplicador.
- Los fotoelectrones se producen debido a la absorción de fotones de luz.
- La multiplicación de electrones se lleva a cabo muy rápidamente y todas estas operaciones se llevan a cabo en aproximadamente 10-8 segundos.
Los pulsos eléctricos producidos por el tubo fotomultiplicador son proporcionales a la energía de los fotones incidentes. Por lo tanto, el contador de centelleo detecta la radiación y mide la energía de la radiación.
En la figura se muestra un espectro de rayos γ típico obtenido con la fuente Cs137.
Sabemos que los fotones γ de rayos interactúan con la materia principalmente de tres maneras:
- Efecto fotoeléctrico.
- Efecto Compton.
- Producción de pares (producción de pares positrón-electrón).
El efecto fotoeléctrico y el efecto Compton son los más importantes para los rayos γ que tienen una energía de hasta 2 MeV. Sin embargo, el efecto fotoeléctrico se utiliza realmente porque cuando el rayo γ incide en un material, se emite fotoelectrón.
La energía del fotoelectrón es igual a la energía del rayo γ absorbido. En el efecto fotoeléctrico, el rayo γ pierde toda su energía al electrón. Por lo tanto, los rayos γ de la misma energía producen fotoelectrones de la misma energía en un cristal centelleante. El pulso eléctrico producido en un tubo fotomultiplicador es proporcional a la energía de los rayos γ incidentes.
Un contador de centelleo junto con un analizador multicanal se conoce como espectrómetro de rayos γ. Este espectrómetro está calibrado utilizando rayos γ de energía conocida. El ancho del pico de energía total a media altura se denomina ancho total a media altura máxima (FWHM).
La resolución de energía del espectrómetro se define como la relación de FWHM a la energía de los rayos γ correspondiente al pico de energía total.
Que, resolución de energía del espectrómetro = Δ E / Ey
Típicamente, Δ E / Ey =20% a Ey = 100 k eV.
Cuando las energías de los rayos γ están muy cerca entre sí, el contador de centelleo no puede separarlas. en tales casos, se utiliza contador de semiconductores.
Tipos de Contador de Centelleo Utilizados
- Yoduro de Sodio.
- Sulfuro de cinc.
- Csl.
- Antraceno y Estilbeno.
- Centelleadores de plástico y líquidos.
- Gases.
Yoduro de sodio (activado por Talio)
Este es el centelleador más utilizado en el estudio de los rayos γ. En una comparación del contador GM, la eficiencia de la detección de rayos γ es muy grande. Tiene un inconveniente, es higroscópico y, por lo tanto, debe sellarse en una lata de aluminio con paredes reflectantes o difusoras.
Sulfuro de zinc
Se utiliza ampliamente para la detección de aquellas partículas que tienen rangos cortos. No se puede usar en capas gruesas porque se vuelve opaco rápidamente a su propia radiación.
Csl
Esto no es higroscópico y, por lo tanto, es preferible al yoduro de sodio.
Antraceno y Estilbeno
Estos son fósforos orgánicos que tienen un tiempo de descomposición más rápido que los fósforos inorgánicos. Para partículas pesadas, estas tienen una eficiencia muy pobre. Estos son útiles para la detección de partículas β. El antraceno da el mayor rendimiento de fotones, alrededor de 15 por cada 1000 eV.
Centelleadores plásticos y líquidos
En estos centelleadores, la energía de excitación se transfiere del disolvente al soluto. Esto reemite la radiación en un rango de longitud de onda para el que el disolvente es transparente. Estos se utilizan en telescopios de contador que se utilizan generalmente en física de alta energía.
Gases
Para el recuento de partículas cargadas pesadas en presencia de radiación γ, se utiliza xenón que emite radiación en la región ultravioleta.
La alta eficiencia de detección, el corto tiempo de resolución, la linealidad en respuesta en una amplia gama de energía de radiación incidente son algunas de las ventajas del contador de centelleo que hacen que este instrumento sea superior al G. M. convencional. contador.
La característica más destacada del contador de centelleo sobre el contador proporcional son sus pulsos de duración extremadamente corta y su mayor resolución.
Aplicaciones de contador de centelleo
- Es más eficiente para el conteo de rayos γ.
- Con su fósforo de gran tamaño y altamente transparente, muestra una eficiencia muy alta.
- Como la altura del pulso es proporcional a la energía de la radiación incidente, se utiliza para la investigación de la distribución de energía de las radiaciones nucleares.
- Es capaz de una velocidad de conteo rápida porque el tiempo muerto y el tiempo de resolución son del orden de 10-19 segundos en comparación con 10-5 segundos en el contador G. M.