Los detectores de centelleo son uno de los tipos de equipos de medición diseñados para detectar partículas elementales. Su característica es que la lectura se produce mediante el uso de sistemas sensibles a la luz. Por primera vez estos instrumentos se utilizaron en 1944 para medir la radiación de uranio. Existen varios tipos de detectores según el tipo de agente de trabajo.
Destino
Los detectores de centelleo se utilizan ampliamente para los siguientes fines:
- registro de la contaminación por radiación del medio ambiente;
- análisis de materiales radiactivos y otros estudios físicos y químicos;
- usar como elemento para lanzar sistemas detectores más complejos;
- estudio espectrométrico de sustancias;
- componente de señalización en los sistemas de protección radiológica (por ejemplo, equipos dosimétricos diseñados para avisar sobre la entrada de un buque en una zona de contaminación radiactiva).
Los contadores pueden producir registro de calidadradiación y medir su energía.
Disposición de detectores
La estructura básica de un detector de radiación de centelleo se muestra en la siguiente figura.
Los elementos principales del equipo son los siguientes:
- fotomultiplicador;
- centelleador diseñado para convertir la excitación de la red cristalina en luz visible y transmitirla al convertidor óptico;
- contacto óptico entre los dos primeros dispositivos;
- estabilizador de tensión;
- sistema electrónico de registro de impulsos eléctricos.
Tipos
Existe la siguiente clasificación de los principales tipos de detectores de centelleo según el tipo de sustancia que emite fluorescencia cuando se expone a la radiación:
- Medidores de halogenuros alcalinos inorgánicos. Se utilizan para registrar la radiación alfa, beta, gamma y de neutrones. En la industria se producen varios tipos de monocristales: yoduro de sodio, cesio, potasio y litio, sulfuro de zinc, tungstatos de metales alcalinotérreos. Se activan con impurezas especiales.
- Monocristales orgánicos y soluciones transparentes. El primer grupo incluye: antraceno, tolano, trans-estilbeno, naftaleno y otros compuestos, el segundo grupo incluye terfenilo, mezclas de antraceno con naftaleno, soluciones sólidas en plásticos. Se utilizan para mediciones de tiempo y para detectar neutrones rápidos. Los aditivos activadores en centelleadores orgánicos no soncontribuir.
- Medio gaseoso (He, Ar, Kr, Xe). Dichos detectores se utilizan principalmente para detectar fragmentos de fisión de núcleos pesados. La longitud de onda de la radiación está en el espectro ultravioleta, por lo que requieren fotodiodos apropiados.
Para los detectores de neutrones de centelleo con una energía cinética de hasta 100 keV, se utilizan cristales de sulfuro de zinc activados con un isótopo de boro con un número de masa de 10 y 6Li. Al registrar partículas alfa, se aplica sulfuro de zinc en una capa delgada sobre un sustrato transparente.
Entre los compuestos orgánicos, los plásticos de centelleo son los más utilizados. Son soluciones de sustancias luminiscentes en plásticos de alto peso molecular. Muy a menudo, los plásticos de centelleo se fabrican a base de poliestireno. Las placas delgadas se utilizan para registrar la radiación alfa y beta, y las placas gruesas se utilizan para los rayos gamma y X. Se fabrican en forma de cilindros transparentes pulidos. En comparación con otros tipos de centelleadores, los centelleadores de plástico tienen varias ventajas:
- parpadeo breve;
- resistencia al daño mecánico, humedad;
- constancia de las características a altas dosis de exposición a la radiación;
- bajo costo;
- fácil de hacer;
- alta eficiencia de registro.
Fotomultiplicadores
El principal componente funcional de este equipo es un fotomultiplicador. Es un sistema de electrodos montadosen un tubo de vidrio. Para protegerlo contra campos magnéticos externos, se coloca en una carcasa metálica hecha de un material con alta permeabilidad magnética. Esto protege la interferencia electromagnética.
En el fotomultiplicador, el destello de luz se convierte en un impulso eléctrico y la corriente eléctrica también se amplifica como resultado de la emisión secundaria de electrones. La cantidad de corriente depende del número de dinodos. El enfoque de los electrones se produce debido al campo electrostático, que depende de la forma de los electrodos y del potencial entre ellos. Las partículas cargadas eliminadas se aceleran en el espacio entre electrodos y, al caer sobre el siguiente dínodo, provocan otra emisión. Debido a esto, el número de electrones aumenta varias veces.
Detector de centelleo: cómo funciona
Los contadores funcionan así:
- La partícula cargada entra en la sustancia de trabajo del centelleador.
- Se produce ionización y excitación de moléculas de cristal, solución o gas.
- Las moléculas emiten fotones y después de millonésimas de segundo vuelven al equilibrio.
- En el fotomultiplicador, el destello de luz se "amplifica" y golpea el ánodo.
- El circuito del ánodo amplifica y mide la corriente eléctrica.
El principio de funcionamiento del detector de centelleo se basa en el fenómeno de la luminiscencia. La característica principal de estos dispositivos es la eficiencia de conversión: la relación entre la energía de un destello de luz y la energía perdida por una partícula en la sustancia activa del centelleador.
Pros y contras
Los beneficios de los detectores de radiación de centelleo incluyen:
- alta eficiencia de detección, especialmente para rayos gamma de onda corta de alta energía;
- buena resolución temporal, es decir, la capacidad de dar una imagen separada de dos objetos (llega a 10-10 s);
- medida simultánea de la energía de las partículas detectadas;
- posibilidad de fabricar mostradores de varias formas, simplicidad de solución técnica.
La desventaja de estos contadores es la baja sensibilidad a partículas con baja energía. Cuando se utilizan como parte de espectrómetros, el procesamiento de los datos obtenidos se vuelve mucho más complicado, ya que el espectro tiene una forma compleja.
