Transcript Detectores

Detección y medición de
radiación
Jorge M. Escobar
[email protected]
Medicina Nuclear-Bioingeniería
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Introducción
•Debido al detrimento en la salud que ocasiona en
los humanos la exposición a la radiación ionizante,
ésta debe ser monitoreada
•A los instrumentos de medición se los clasifica en
monitores de vigilancia de área (monitores de área)
e instrumentos de dosimetría personal (dosímetros
individuales)
•Todos deben ser calibrados en términos de alguna
magnitud apropiada para poder ser usados en
Protección Radiológica
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Detectores
• Los instrumentos de radiación usados como
monitores de vigilancia son detectores de gas o
detectores de estado sólido
• Los detectores gasesoso dependiendo del gas y el
voltaje aplicado entre electrodos, pueden operar en
la región de cámara de ionización, proporcional o
Geiger Müller
• Los detectores de estado sólidos pueden ser de
cristales de escintilación o materiales
semiconductores
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Detectores gaseosos
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Detectores gaseosos
• Trabajan bajo el principio de gas multiplication o
gas amplification. Esta es la condición en la cual
los electrones libres nacidos de alguna ionización
pueden generar suficiente energía cinética, a partir
de un campo eléctrico aplicado y dentro de su
camino libre medio, para ionizar otras moléculas
del gas en el cual se encuentran inmersos. Así un
simple electrón puede iniciar una “avalancha” a
medida que los otros electrones libres se duplican
rápidamente en su camino hacia el ánodo.
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Detectores gaseosos
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Detectores gaseosos
• Son de geometría cilíndrica, con un delgado
alambre axial como ánodo y las paredes del
cilíndricas como el cátodo. Esta geometría permite
al gas envolver completamente al ánodo
• La pared externa es de material tejido equivalente
para cámaras de ionización y de cobre o bronce
para el resto de los detectores
• La ganancia esta dada por el número de electrones
que llegan al ánodo por electrón liberado por
ionización del gas. Depende de la geometría del
detector, del potencial aplicado, del gas (no
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electronegativo) y de su presión
Detectores gaseosos
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Detectores gaseosos
• Cámaras de ionización
– En la región de ionización el número de iones primarios
colectados es proporcional a la energía depositada por
el trayecto de la partícula en el volumen del detector
– Capas de build-up pueden ser usadas para mejorar la
detección cuando se miden radiación de alta energía, y
deben ser removidos cuando se miden fotones de baja
energía (10-100 KeV) y partículas beta
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Detectores gaseosos
• Contador proporcional
– Es una cámara de ionización amplificada con su
salida medida en términos del número y
amplitudes de pulsos individuales en lugar de
cargas colectadas.
– Son usados con o sin analizadores de pulsos.
Los primeros son usados en laboratorios de
microdosimetría, como el contador Rossi. Los
otros son usados como monitores.
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Detectores gaseosos
• Contador proporcional (ventajas)
– Longitud de pulsos muy cortas (aprox. 1 useg)
con tiempos muertos muy bajos y capacidad de
sensar altas tasas de radiación
– Capaces de discriminar radiación de fondo o
radiación gamma interaccionando en un campo
de gamma más neutrones
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Detectores gaseosos
• Geiger Müller
– En esta región las descargas se esparcen por todo el
volumen del detector y los pulsos generados se hacen
independientes de la ionización primaria o de las
partículas
– Los detectores de gas no pueden operar a una tensión
mayor a la del Geiger ya que producen una continua
descarga
– Debido a su gran amplificación son usados para niveles
muy bajos de irradiación
– Exhiben una fuerte dependencia energética para fotones
de baja energía por lo que no son adecuados para el uso
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de radiaciones pulsadas
Detectores gaseosos
• Geiger Müller
– No requieren prácticamente amplificación
– Son baratos y versátiles en su construcción y geometría
– Son muy usados en como monitores de radiación sobre
todo con campos de rayos gamma y X.
– En equipos con delgadas ventanas (aprox 1mg/cm2) son
usados como detectores b
– Tiempo muerto importante. Existen algoritmos para
corregirlo.
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Detectores gaseosos
• Geiger Müller. Tiempo muerto
m
n
1  m
m es el count rate observado
n es el count rate real
 es el tiempo muerto
El  puede ser encontrado usando métodos como el descripto
por Knoll.
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Detectores gaseosos
n
m
1  m
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Detectores gaseosos
• Detectores de área para neutrones
– Trabajan en la región proporcional de forma que los
fotones de fondo pueden ser discriminados
– Usualmente tienen un recubrimiento interior de un
compuesto borado o está relleno su interior con un gas
borado como el FB3
– Los neutrones térmicos interactúan con los núcleos de
Boro causando una reacción (n,a) y las partículas alfa
son fácilmente detectables por sus interacciones
ionizantes
– Para detectar neutrones rápidos, el detector es cubierto
por un material hidrogenado.
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Detectores gaseosos
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Detectores de centelleo
• Algunas sustancias transparentes, que incluyen
sólidos, líquidos y gases pueden escintilar (emitir
fashes de luz visible) como resultado con la acción
de la radiación ionizante.
• A través de la aplicación de detectores sensibles a
la luz tales como tubos PM, la luz emitida puede
ser convertida en señal eléctrica.
• El fotoelectrón es amplificado por 107 veces al
pasar a través de una serie de dínodos en el tubo
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Principio de detectores de centelleo
1) La radiación incidente
interactúa con el
material
2) Los átomos son llevados
a estados excitados
3) Los estados excitados
emiten luz visible:
fluorescencia
4) La luz impacta en la
superficie fotosensible
5) Liberación de
fotoelectrón
6) Amplificados por los
dínodos
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Detectores de centelleo
• Para aplicaciones dosimétricas donde los
tejidos blandos son los materiales dosis
relevantes, materiales plásticos como el
NE102, materiales líquidos como el NE213
y cristales orgánicos como el Antraceno son
muy utilizados
• Entre los materiales inórganicos los más
usados son el NaI(Tl) y el CsI(Tl)
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Detectores de centelleo
• Son muy usados en Medicina Nuclear
• Tienen muy buena resolución temporal por lo que
pueden ser usados para mediciones de
coincidencia como PET.
• Pueden ser de casi cualquier forma y tamaño
deseado.
• Los escintiladores, como el INa, han sido muy
usados en aplicaciones de espectrometría de rayos
X y gamma. Actualmente son reemplazados en
muchos casos por semiconductores Si(Li) y
Ge(Li) que poseen mejor resolución energética. 21
Detectores semiconductores
• Son dispositivos que convierten la ionización
producida en un cristal directamente en un pulso
eléctrico, el cuál es amplificado, analizado y
registrado en una escala
• Esencialmente es un bloque de material con electrodos
adjuntados a las caras opuestas sometido a un voltaje
• La ionización dentro de bloque produce una cantidad
de pares iónicos equivalentes a los de una cámara de
ionización
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Detectores semiconductores
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Detectores semiconductores
• Los materiales usados el Si y el Ge, los cuales son
no conductores en estado normal, pero que
permiten a los iones producidos por radiación
emigrar a los electrodos colectores y producir
pulsos eléctricos
• Los semiconductores tienen una gran resolución si
uno está interesado en detectar picos
monoenergéticos y espectros de rayos x
• Son los que mejor relación tamaño/sensibilidad
tienen
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Detectores semiconductores
• La sensibilidad de estos detectores es 104
veces mayor que sus iguales gaseosos
debido a que la energía promedio requerida
para generar un par iónico es bastante menor
y además por poseer los materiales sólidos
un d mayor que el aire.
• Estas propiedades permiten la
miniaturización de los instrumentos monitores
de radiación de estado sólido
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Detectores semiconductores
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Características de monitores de
vigilancia
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Indicador visual de baja batería
Autozeroing, autorango y luz de fondo
Memoria y respuesta variable en el tiempo
Operación en tasa o tasa integrada
Display analógico o digital (exposición o dosis)
Audio indicación de la radiación
Nivel de radiación ajustable
Visual indicación LED de radiación
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