detectores TL 2 checar

8/7/2019 detectores TL 2 checar

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Proteccin Radiolgica

Principios de Deteccin de la Radiacin

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PRINCIPIOS DE DETECCIN DE LA RADIACION

INTRODUCCION

Los detectores de radiaciones ionizantes pueden clasificarse en detectores inmediatos oretardados , segn que la informacin suministrada al observador sea instantnea o diferida

con respecto al momento en que se procede a la deteccin. Tambin, pueden clasificarse endetectores por ionizacin o por excitacin , segn el tipo de fenmeno fsico involucrado enel proceso de conversin de la energa del campo en una seal inteligible.

El cuadro a continuacin muestra los detectores mas utilizados de acuerdo a la clasificacinmencionada.

Inmediatos Retardados

Por ionizacin Por excitacin Por ionizacin Por excitacin

TIPO DEDETECTOR gaeosos ysemiconductores de centelleo de pelculafotogrfica termo-luminiscentes

DETECTORES GASEOSOS

Los detectores gaseosos estn bsicamente constituidos por un recinto conteniendo un gas,sometido a un campo elctrico producido por una diferencia de potencial aplicada entre doselectrodos (uno de los cuales cumple, en general, la funcin de contener ese gas).

Cuando dicho dispositivo se expone a un campo de radiacin, la interaccin de las partculasionizantes con el gas que llena el recinto o con el material de sus paredes hace que se generen

pares de iones (uno de carga elctrica positiva y otro de carga elctrica negativa). Estos iones, enpresencia del campo elctrico, se aceleran en direccin a los electrodos polarizadoselctricamente con signo contrario.

V

I

ANODO

CATODO

ION -

ION +V BATERIA

Figura 1 - Esquema bsico del detector gaseoso


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Despus de haber recorrido la distancia que los separa de los respectivos electrodos, las cargaselctricas circulan por el circuito exterior de polarizacin, configurando la seal elctricacorrespondiente (ver figura 1).

Cmaras de Ionizacin

Si la diferencia de potencial aplicada a los electrodos de un detector gaseoso es nula, tambin sernula la intensidad de campo elctrico en el interior del recinto, con lo que los iones producidospor la interaccin de las partculas ionizantes se encontrarn sometidos slo a la atraccin mutuadebida al distinto signo de sus cargas, recombinndose para volver a constituir tomos o molculasneutras (ver figura 2). Cuando la diferencia de potencial deja de ser nula, el campo elctricoexistente atrae a los iones hacia los electrodos correspondientes con una fuerza proporcional a laintensidad de campo elctrico y a la carga elctrica de un ion.

Sin embargo, pese a la existencia de la fuerza de atraccin producida por el campo elctrico,algunos iones se recombinan durante su migracin hacia los electrodos, en relacin inversa conla diferencia de potencial aplicada (al aumentar sta, aumenta la intensidad de campo elctricoy, consiguientemente, aumenta la fuerza que acta sobre los iones, con lo que se les imprimemayor velocidad y disminuye el tiempo de trnsito hacia los electrodos correspondientes,disminuyendo la probabilidad de recombinacin).

Cuando un detector gaseoso se polariza de manera tal que todos los iones primarios generadosen su interior (excepto los recombinados) son recolectados por sus electrodos, se dice que operaen la zona de cmara de ionizacin. Esta condicin de operacin del detector gaseoso seextiende dentro de un cierto rango de valores de tensin de polarizacin del detector (ver fig.2).

Las corrientes generadas en las cmaras de ionizacin suelen ser de muy bajo valor, del orden de

10-12

amperes, lo que impone precauciones especiales para su medicin.

Debido a la muy pequea cantidad de cargas elctricas puestas en juego por cada interaccin departculas ionizantes del campo de radiacin con la cmara de ionizacin, la amplitud de loscorrespondientes impulsos elctricos resulta muy pequea; por esta razn, no resulta prcticoutilizar este tipo de detectores para el contaje de eventos.

Las cmaras de ionizacin se emplean fundamentalmente para la determinacin de la intensidadde campos de radiacin; en efecto, la intensidad media de corriente a travs de una cmara deionizacin resulta directamente proporcional a la tasa de fluencia de las partculas y a la energa

de las mismas, ya que al incrementarse cualquiera de ellas, aumenta el nmero de ionesgenerados y, consecuentemente, la intensidad media de corriente.

Contadores proporcionales

Cuando la tensin aplicada a los electrodos de un detector gaseoso es suficiente como para quelleguen a tales electrodos todos los iones producidos por la partcula ionizante (excepto aquellafraccin que se recombina), la amplitud del impulso de corriente producido se mantiene


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constante, aunque vare dicha tensin. Si la tensin aumenta lo suficiente, a partir de un ciertovalor aumenta la amplitud del impulso (aunque el nmero de iones primarios directamenteproducidos por las partculas ionizantes a detectar no haya variado).

Ello se debe a que los iones primarios adquieren, en su camino hacia los correspondienteselectrodos, energa cintica suficiente como para ionizar por choque a otros tomos neutros,liberndose cargas que pasan a engrosar la corriente inicial. Los nuevos electrones libres son, asu vez, capaces de producir otros iones, formndose as una cascada de cargas que aumenta laamplitud del impulso elctrico en el circuito exterior.

ZONA DECAMARA DEIONIZACION

ZONA DECONTADORPROPORCIONAL

TENSION (V)

AMPLITUDDELIMPUL

SO

CARGARECOLECTA

DA

E3 > E2E2

E1 < E2

Figura 2 - Amplitud del impulso o carga colectada en funcin

de la tensin aplicada (1)

A los detectores gaseosos polarizados en esa zona de funcionamiento (ver figura 2) se losdenomina contadores proporcionales. En estas condiciones, la amplitud de los impulsosobtenidos guarda proporcionalidad tanto con la energa transferida por la partcula ionizanteincidente que interacta con el detector como con la tensin de polarizacin de los electrodos.En estos detectores, para igualdad de energa de la partcula ionizante, la amplitud del impulsoelctrico obtenido es mayor que el de las cmaras de ionizacin, por lo que se los puede emplearen el contaje de eventos.

A su vez como la amplitud de los impulsos en la zona de contador proporcional guardaproporcionalidad con la energa de las partculas ionizantes, es frecuente su utilizacin enespectrometra. Para ello es necesario que el detector posibilite el contaje de las partculas queinteraccionan con el detector y su clasificacin en funcin de la energa.

La aplicacin ms frecuente de este tipo de detectores en proteccin radiolgica es el monitorajede contaminaciones superficiales con radionucledos emisores alfa o beta. Dado que laspartculas alfa y beta poseen baja capacidad de penetracin en un medio material denso, esnecesario contar con una ventana de espesor apropiado y de material liviano para que talespartculas puedan interaccionar con el gas del detector. El espesor de ventana suele especificarse

en unidades de masa (de la ventana) por unidad de superficie de la misma (mg cm- 2

).


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Contadores Geiger-Mller

Si se contina aumentando la diferencia de potencial entre electrodos de un detector gaseosoms all de los valores que corresponden al rango de funcionamiento como contadorproporcional, el factor de multiplicacin de iones deja de ser lineal con la tensin aplicada. Ellose debe a que al ser la masa de los iones positivos mucho mayor que la de los electrones, estosse desplazan a menor velocidad que aquellos, llegando a constituir una carga espacial quealtera la forma del campo elctrico dentro del detector y, por ende, la linealidad. Si se aumentaan ms la diferencia de potencial, el efecto de la carga espacial resulta dominante frente a ladiferencia de potencial exterior.

Cuando se llega a esta situacin, cesa de aumentar la multiplicacin y la amplitud del impulsoresulta mxima. Esta regin de operacin del detector gaseoso recibe el nombre de Geiger -Mller (ver figura 3).

La principal caracterstica de un contador Geiger-Mller es que la amplitud de la seal elctricaes independiente de la energa y naturaleza de la partcula, resultando la de mayor amplitudobtenible con la configuracin del detector gaseoso utilizado.

ZONA DECAMARA DE

IONIZACION

ZONA DECONTADOR

PROPORCIONAL

ZONA DEGEIGERMLLER

ZONA DEDESCARGA

ZONA DEPROPORCIONALIDAD

LIMITADA

TENSION (V)AMPLITUDDELIMPULSO

E3 > E2E2

E1 < E2

Figura 3 -Amplitud del impulso o carga colectada en funcin

de la tensin aplicada (2)Si se contina aumentando la diferencia de potencial entre electrodos, se produce una descargaen el gas por efecto de la alta intensidad del campo elctrico. Esta zona no es de inters desde elpunto de vista de la deteccin de la radiacin; adems, en general, provoca la destruccin deldetector (ver figura 3).

En la figura 3 se grfica la amplitud del impulso elctrico obtenido cada vez que una partculaionizante de energa E interacta con el detector, en funcin de la tensin de polarizacin


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aplicada. Como puede apreciarse, cuando la energa de la partcula vara, vara tambin laamplitud del impulso elctrico producido, tanto en la zona de cmara de ionizacin como en lade contador proporcional. Esto se debe a que en funcin de la energa de la partcula, varatambin la cantidad de partes de iones primarios producidos por la interaccin de la misma.

En la zona de Geiger-Mller, la amplitud del impulso se mantiene constante e independiente dela energa de la partcula, ya que en esta regin de trabajo del detector gaseoso la amplitud de los

impulsos (para cualquier valor de la energa de la partcula incidente), alcanza el valor mximoobtenible con esa configuracin del detector.

Tiempo muerto de un contador Geiger-Mller

Luego de producida la interaccin de una partcula ionizante con el contador, se produce en suinterior una avalancha de partculas cargadas que da lugar a la aparicin de una carga espacial.Debido a la alta concentracin de iones positivos en las proximidades del nodo, esta carga

espacial distorsiona el campo elctrico interior del detector e impide la aparicin de nuevasavalanchas debidas a posteriores interacciones.

Esta situacin se prolonga hasta tanto se hayan recolectado los iones positivos y fija el tiempodurante el cual, despus de una primera interaccin, el detector queda inhabilitado pararesponder a posteriores interacciones. No obstante, antes de que todos los iones positivos hayanalcanzado el ctodo, puede detectarse una segunda partcula, aunque dando lugar a un impulsoms pequeo por no haberse restablecido todava en su totalidad la magnitud del campoelctrico en las proximidades del nodo. El tiempo necesario despus de un impulso de mximaamplitud hasta otro de amplitud detectable se denomina tiempo muerto , y el requerido paraque el contador pueda entregar otro impulso de amplitud mxima se denomina tiempo derecuperacin (ver figura 4).

AMPLITUD

TIEMPO

tm tr

TIEMPOMUERTO

TIEMPO DERESTITUCION

Figura 4 - Tiempo muerto y de restitucin


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En los contadores Geiger-Mller, los tiempos muertos y de recuperacin son del orden de los100 a 200 microsegundos. Estos tiempos dependen, para cada contador, de sus caractersticaspropias (p.e., condiciones exteriores, tensin aplicada, capacidad).

Debido a la existencia del tiempo muerto, el detector y su electrnica asociada contarn menosimpulsos que los que resultaran si dicho tiempo fuera nulo. Si dos partculas ionizantesinteractan con el contador separadas por un tiempo inferior a su tiempo muerto, la segunda noser detectada.

El error en el contaje debido al tiempo muerto es proporcional a la tasa de fluencia de partculasionizantes que llegan al detector. Cuando sta aumenta, tambin aumenta la probabilidad de quedos partculas lleguen al detector separadas un tiempo menor que el tiempo muerto.

La expresin aproximada que permite la correccin de la tasa de contaje por tiempo muerto es la

siguiente:

NN

N tRL

L m1

donde,NR: tasa real de contaje de partculas que llegan al detector.NL: tasa de contaje medidatm : tiempo muerto del conjunto detector - electrnica asociada

Curva caracterstica de un contador Geiger-Mller

Si la tasa de fluencia de partculas que inciden en un contador Geiger-Mller se mantiene

constante y se vara la tensin aplicada al detector, el nmero de impulsos registrados en launidad de tiempo vara segn se indica en la figura 5.

TENSION (V)

TASADECONTAJE

V1 V2

PLATEAU

Figura 5 - Tasa de contaje en funcin de la tensin

en un contador Geiger-Mller


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Al intervalo de tensin durante el cual el contaje se mantiene aproximadamente constante se losuele denominar plateau . En un buen contador Geiger-Mller, su extensin es un porcentajeimportante de la tensin de operacin del mismo (por ejemplo, un 25%). En el valor de tensin

en el cual comienza la zona plana influyen las caractersticas del contador y la sensibilidad delsistema electrnico de registro (este ltimo fija la amplitud mnima de los impulsos que podrnser registrados).

A medida que se eleva la tensin aplicada al detector, crece la amplitud de los impulsos porhacerse las avalanchas ms intensas, aumentando por consiguiente la probabilidad de que el gas de

apagado no llegue a neutralizar todos los iones positivos formados. En estas condiciones, algunode ellos puede alcanzar el ctodo y arrancar un nuevo electrn, lo que puede generar una nuevaavalancha y producir un nuevo impulso elctrico. Esto hace que ms all del valor indicado comoV2 en la figura 5, la grfica deje de ser plana y eleve apreciablemente su pendiente.

Cuando se emplean contadores Geiger-Mller y se dispone de fuentes de tensin relativamente

estabilizadas, conviene operarlos a tensiones de polarizacin prximas a la parte inicial delplateau, ya que as las descargas son menos intensas y es menor el nmero de molculas del gasde apagado que se disocian en cada descarga, alargndose correspondientemente la vida til delos detectores.

En caso de no disponerse de fuentes de alimentacin suficientemente estables, es recomendablepolarizar el contador a valores de tensin del orden de la mitad del plateau

VV V

pol

1 2

2

La zona de plateau de un contador Geiger-Mller no resulta totalmente horizontal, sino quepresenta una cierta pendiente (como puede apreciarse en la figura 5). La calidad del contadorser tanto mayor cuanto ms amplia resulte la regin de plateau y menor su pendiente.

Cuando un contador Geiger-Mller envejece, la forma de su curva caracterstica se altera,reducindose el plateau y aumentando su pendiente, debido bsicamente a la degradacin delproceso de apagado.

Eficiencia de los contadores Geiger-Mller

En general, estos contadores se prevn para la deteccin de radiacin beta o fotnica. Dado elgran poder de penetracin de los fotones, las paredes del tubo pueden ser de vidrio o metal

relativamente gruesas, no as en el caso de las partculas beta (pues son rpidamente frenadas enun material denso). Para que el detector resulte sensible a estas partculas, es necesario quedisponga de una ventana fina que permita el ingreso de las partculas beta.Para que tenga lugar la deteccin de un fotn X y gamma, debe por lo menos liberarse unelectrn secundario, lo cual puede realizarse por interaccin tanto con el gas de llenado comocon el material de las paredes (ctodo) o del nodo. El electrn liberado debe a su vez, alcanzarel volumen sensible del contador (volumen delimitado por el campo elctrico, donde tiene lugarla multiplicacin de iones) e iniciar una avalancha. La eficiencia intrnseca (relacin entre el


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nmero de las partculas contadas y de la que llegan al detector) de un contador Geiger-Mllerpara radiacin fotnica en general no pasa del 1 o 2%.

En el caso de la radiacin beta, dado su elevado poder de ionizacin, si el espesor de la ventana

es suficientemente delgado, el valor de la eficiencia intrnseca del detector puede llegar hasta el90%.

Cuando se emplea un contador Geiger-Mller para medir intensidad de campo de radiacinfotnica a travs de la magnitud Exposicin, debe considerarse la variacin de la sensibilidad derespuesta (expresada en cuentas por unidad de exposicin) en funcin de la energa de laradiacin (ver figura 6).

ENERGIASENSIBILIDAD

CUENTAS/GRAY

ECUALIZADO

SIN ECUALIZAR

E1

Figura 6- Sensibilidad en funcin de la energa de la radiacin incidente

La variacin de sensibilidad con la energa de los fotones incidentes se origina en que:para bajas energas, influye la atenuacin que ejerce la pared del contador, la cual disminuyeal aumentar la energa hasta llegar a un valor E1 para el cual la sensibilidad es mxima;a partir de la energa E1 , la curva sigue la forma de variacin de la seccin eficazmicroscpica compuesta para efectos fotoelctrico, Compton y formacin de pares.

La variacin de sensibilidad con la energa representa un inconveniente cuando se desea medirexposicin en un campo de fotones multienergticos. En estos casos se recurre a la utilizacindel contadores Geiger-Mller ecualizados en energa. La ecualizacin consiste en revestir elcontador con blindajes de bajo nmero atmico (tal como aluminio o lucite), que aplanan la

curva de sensibilidad.

Fenmenos asociados a la generacin de iones en los detectores gaseosos

Los iones positivos y los tomos excitados generados en la interaccin de la radiacin con eldetector pueden provocar la emisin de nuevos electrones por el ctodo, generando asdescargas secundarias posteriores a la inicial.


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En el contador proporcional estos procesos son poco probables, pues es reducido el nmero detomos excitados y de iones positivos, por lo que las descargas secundarias pueden despreciarse;en las cmaras de ionizacin tal situacin no puede ocurrir, dado que la intensidad de campoelctrico en su interior es menor que la requerida para que se produzca multiplicacin de pares

de iones. En el contador Geiger-Mller, por el contrario, su nmero es tan grande que la emisinde un electrn retardado es altamente probable. An un nico electrn puede llegar a dispararuna descarga y el mecanismo se hace as auto-alimentado: si no se toman medidas adecuadas,una vez que se produce una descarga en un contador Geiger-Mller, se mantiene una sucesincontinua de impulsos.

Por otra parte, los tomos excitados retornan a su estado normal emitiendo fotones cuya longitudde onda se sita en el ultravioleta provocando, si son absorbidos por el ctodo, la emisin defoto-electrones.

Cuando los iones positivos se acercan al ctodo, se neutralizan con un electrn arrancado delmismo, liberndose una cantidad de energa igual a la de ionizacin del gas menos la necesariapara extraer ese electrn de la pared del ctodo. Cuando el valor de la energa liberada alcanza elnecesario para arrancar un nuevo electrn (funcin trabajo), el nuevo electrn liberado puedegenerar descargas secundarias.

Uno de los primeros mtodos para evitar las descargas automantenidas consisti en hacerfuncionar el contador con una elevada resistencia de polarizacin a fin de, luego de la descargainicial, retardar la aplicacin de la tensin (debido a la alta constante de tiempo resultante enesas condiciones). La desventaja era que se limitaba en exceso la mxima tasa de contaje.

Actualmente se trabaja con los contadores Geiger-Mller de auto-apagado (en ingls, self-quenching) que consiste en agregar al gas de contaje pequeas cantidades de vaporespoliatmicos.

Un gas de apagado debe reunir ciertas propiedades:Absorber la energa de los fotones ultravioleta emitidos por los tomos excitados del gas de

contaje antes de que incidan sobre el ctodo.

Tener menor energa de ionizacin que el gas de contaje, de manera tal que cuando un inpositivo choque con una molcula del gas de apagado, se neutralice arrancndole electrones.Cuando estos nuevos iones llegan al ctodo, por ser su energa de ionizacin baja, no liberanelectrones.

Perder la energa absorbida de los fotones ultravioleta por disociacin, antes del tiempo

necesario para reirradiarla.

No capturar electrones para que no se formen iones negativos, pues la movilidad de losmismos es mucho menor que la de los electrones libres (de orden de 103 veces) y, enconsecuencia, los iones negativos son recolectados con un retardo apreciable.

Dado que el proceso de apagado implica descomposicin qumica, el material se va degradandopaulatinamente durante el funcionamiento del detector. Por ello, la vida til de un contadorGeiger-Mller se especifica en nmero de cuentas (del orden de 109 a 1010 ).


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BIBLIOGRAFIA

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HARSHAW Gas Filled Nuclear Radiation Detectors The Harshaw Chemical Co, Ohio (1979)HARSHAW Scintillation Phosphors , The Harshaw Chemical Co., Ohio (1979)

DETECTORES DE ESTADO SOLIDO

CONCEPTOS BASICOS SOBRE SEMICONDUCTORES

Las energas de los electrones de un tomo aislado poseen, de acuerdo con los postulados de laMecnica Cuntica, valores discretos. Existe, en consecuencia, un nmero finito de niveles deenerga tales, que slo pueden ser ocupados por electrones cuyas energas sean iguales a las de

los niveles en cuestin (los que quedan definidos por cuatro nmeros cunticos). Adems, por elprincipio de exclusin de Pauli, dichos niveles son diferentes entre s. En el caso de los gases,los tomos estn tan alejados entre s que se los puede considerar aislados y aplicarles, enconsecuencia, los conceptos mencionados.

W

NIVEL DE REFERENCIA

E

W2

W1

bv

bc

BANDA PERMITIDA

BANDA PROHIBIDA

BANDA PERMITIDA

Figura 7-Banda de conduccin y banda de valencia


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En los slidos cristalinos, por el contrario, la distancia entre tomos es muy pequea (del orden

de algunos angstroms), por lo que su interaccin es considerable: los niveles energticos de los

electrones de las capas internas prcticamente no son afectados pero, en cambio los de las capas

externas se desdoblan, pues son compartidos por varios tomos.

Para un dado cristal, la distancia interatmica des constante y las bandas se pueden representarde la manera indicada en la figura 7.

Entre las bandas permitidas (bp) existen las denominadas bandas prohibidas (bph) o sea,niveles de energa que los electrones de los tomos del cristal no pueden ocupar.

Puede demostrarse que:el ancho de la banda (W2 - W1 ) depende slo del espaciado interatmico y no del nmero detomos que interactan;el nmero total de niveles en que se desdobla cada nivel original es igual al nmero detomos que interactan.

Los niveles ms altos se desdoblan antes que los ms bajos, pues los primeros son los de mayorenerga, que a su vez son los correspondientes a los electrones de las rbitas ms alejadas.

Una banda permitida (bp) puede estar totalmente llena, totalmente vaca o parcialmente llena.Un cristal a 0 K posee, en ausencia de cualquier agente excitador (tal como un campo elctrico,una radiacin ionizante, etc.) un conjunto de bandas totalmente llenas y otro de bandastotalmente vacas.

La banda llena de mayor energa se denomina banda de valencia (bv), pues sus niveles son losde los electrones de valencia. La primera banda vaca se denomina banda de conduccin (bc).Los electrones que pueden eventualmente ocuparla, bajo la accin de un campo elctrico,constituyen una corriente elctrica. La banda prohibida (bph) que separa la bv de la bc tiene unancho E que es la energa de activacin o sea, la mnima energa que un electrn necesita parasaltar de la banda de valencia a la de conduccin.

Conductores, semiconductores y aisladores

Sobre la base de los conceptos anteriores puede mencionarse la diferencia entre conductores,semiconductores y aisladores.

Un conductor es todo cristal en el cual la bv y la bc se superponen parcialmente, por lo que

los electrones que originalmente estaban en la bv pasan muy fcilmente a la bc con muypequea energa de activacin. En consecuencia, a temperatura ambiente son muchsimos loselectrones que estn en la bc, que a su vez se encuentra parcialmente llena, y as el cristalconduce muy fcilmente la corriente elctrica.

Los semiconductores son cristales en los cuales la energa de activacin es aproximadamente1 eV.

Los aisladores son cristales en los cuales la energa de activacin es aproximadamente 6 eV.


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DETECTORES SEMICONDUCTORES

El principio de funcionamiento de los detectores semiconductores puede asemejarse al de lacmara de ionizacin, donde el medio ionizable, en vez de un gas, consiste en un semiconductor

(Ge o Si) de alta resistividad. La alta resistividad se alcanza mediante la formacin de zonas delmaterial exentas de portadores libres (zonas de carga espacial), las que se logran mediantemtodos que son caractersticos de los diversos semiconductores que a continuacin se detallan.

Las ventajas de los detectores semiconductores son:

La alta densidad del medio ionizado; esto implica una considerable eficiencia de deteccinpor unidad de volumen efectivo del detector.La energa necesaria para producir un par de portadores de carga en los semiconductores esaproximadamente 10 veces menor que en los gases, y 100 veces menor que en un centellador.Por lo tanto, para una misma energa impartida, la cantidad de portadores de cargaproducidos es mucho mayor en los semiconductores que en gases o centelladores, lo cual setraduce en menores fluctuaciones estadsticas, por lo que se tiene una mejor resolucin.La movilidad de los electrones y huecos es elevada y por otra parte, es reducido el volumenefectivo del medio detector; ello se traduce en un tiempo de recoleccin de cargas muy breve(del orden del nano segundo), en consecuencia es elevada la resolucin en tiempo.Pueden obtenerse fcilmente detectores muy delgados de manera que absorban una fraccinde la energa de las partculas incidentes, a fin de medir su ionizacin especfica (dE/dx).

A su vez, los inconvenientes tecnolgicos de los semiconductores son:

Su alta conductividad en comparacin con la de los gases, lo cual se traduce en ruido quetiende a enmascarar la medicin de partculas ionizantes de muy baja energa.

Los defectos en su estructura cristalina (es decir, las vacancias y dislocaciones) producenrecombinacin de los portadores y, por lo tanto, prdida de algunos de ellos, lo que restaeficiencia de deteccin.

DETECTORES TERMOLUMINISCENTES

Los detectores termoluminiscentes (TLD, en ingls) son detectores pasivos e integradores quepermiten realizar la determinacin de dosis y discriminar las componentes de distintos camposde radiacin. El fundamento de su uso est basado en el fenmeno de luminiscencia.

Descripcin del fenmeno

La luminiscencia es el proceso de emisin de radiacin ptica de un material por causas notrmicas, que presentan algunas sustancias dielctricas o semiconductoras en determinadascondiciones de excitacin. Los medios de excitacin, en el fenmeno general de laluminiscencia, son diversos, por ejemplo:

fotoluminiscencia producida por la interaccin de fotones pticos (ultravioletas, visible,infrarrojo)


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triboluminiscencia originada por movimientos mecnicosquimioluminiscencia debida a la entrega a la red de energa que surge de las reaccionesqumicaselectroluminiscencia originada por la energa transmitida por un campo elctrico.

En la luminiscencia se distinguen dos subclases: la fluorescencia y la fosforescencia. Sudistincin se realiza en general en funcin de su cintica de decremento, rpida para lafluorescencia con ocurrencia de la emisin en tiempos del orden de 10 ns. la excitacin luminiscente involucra la transferencia de energa a loselectrones y su desplazamiento aun nivel ms alto de energa. La transicin de electronesdirectamente de un estado metaestable (Trampa) al estado fundamental est prohibida.

La fosforescencia es fuertemente dependiente de la temperatura, el sistema vuelve al equilibriocon una entrega adicional de energa.La termoluminiscencia se puede interpretar como una fosforescencia acelerada por el aumentode la temperatura.

Modelo simplificado

En una red inorgnica cristalina perfecta los niveles electrnicos de energa atmicos sonensanchados dentro de una serie continua de bandas de energa permitidas separadas porregiones de energa prohibida . La banda llena superior se llama banda de valencia y estseparada por varios eV de la banda ms baja sin llenar llamada banda de conduccin. Lapoblacin electrnica de estas zonas y el ancho de las mismas determinan propiedadesfundamentales para los slidos.

La figura 6 muestra la situacin y como la radiacin ionizante excita un electrn fuera de la

banda de valencia a la banda de conduccin dejando una vacancia en la banda de valenciallamado agujero huecos. Los electrones y agujeros son libres para moverseindependientemente a travs de sus respectivas bandas y son llamados portadores de carga.

E

H

L

BANDA DECONDUCCION

BANDA DEVALENCIA

electrn

hueco

Figura 8 - Esquema simplificado del modelo de bandas de energa del proceso de

termoluminiscencia en una estructura cristalina


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Todos los cristales reales presentan defectos en su red cristalina, ellos juegan un papel

preponderante en el proceso termoluminiscente.

Sucintamente se pueden enumerar dos categoras de defectos en la red.

defectos intrnsecos (vacancias, ubicaciones intersticiales, etc): la temperatura de la reddetermina el nmero de defectos, que lleva a un alto grado de complejidad para lacaracterizacin del fenmeno termoluminiscente, de allla importancia de la historia trmicade la muestra consideradadefectos extrnsecos o de sustitucin de iones por impurezas: la sustitucin afecta laconcentracin de vacancias.

Proceso de luminiscencia

En un cristal real, la banda prohibida contiene un conjunto discreto de niveles metaestablesaceptores y donores. Estos niveles son generados por las imperfecciones intrnsecas del materialo mediante la presencia de impurezas llamadas activadores. En este caso, las radiacionesionizantes generan pares de agujeros o huecos (h) y electrones (e-) que se trasladan por lasbandas de valencia y conduccin. La mayora vuelve en forma inmediata al estado fundamental;este proceso puede estar acompaado o no por emisin de luz, (la gran mayora de lasrecombinaciones son no radiactivas), pero una fraccin es capturada en los niveles trampa E (oH). Segn la profundidad del nivel de energa de estas trampas, los portadores pueden liberarsecon alguna facilidad a temperatura ambiente o permanecer en ellas durante un tiempoconsiderable. Los electrones liberados pueden recombinarse con los huecos en centros deluminiscencia L, y el exceso de energa se irradia como fotones visibles cercanos al visible.Cuando se eleva la temperatura de la muestra, aumenta la probabilidad de escape yrecombinacin. Aqu se observa el fenmeno termoluminiscente.

Para cada nivel trampa (a partir de una cierta temperatura) ocurre una liberacin significativa deportadores de carga. Ello se refleja en la aparicin de picos en la intensidad TL emitida enfuncin de la temperatura de la muestra. Esta curva se la conoce como curva glow . En lamisma se incluyen todas las longitudes de onda emitidas por la muestra. Si se grafica laintensidad total de la luz entregada en funcin de la longitud de onda, se obtiene la curva deemisin espectral.

Curva de termoluminiscenciaglow

El proceso de liberacin que precede directamente a la observacin de la seal luminosa seindica en la figura 9a).


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PROBABILIDAD DE

ESCAPE

NUMERO DE

CARGAS

ATRAPADAS

INTENSIDAD DE

LUMINISCENCIA

TEMPERATURA

TEMPERATURA

TEMPERATURA

BA

Figura 9a) - Relacin entre probabilidad de escape,

poblacin de carga atrapada e intensidad luminiscente

Se muestra la probabilidad de escape en funcin de la temperatura del cristal. A baja temperaturaesta probabilidad es casi nula. Los portadores de carga no tienen suficiente energa cintica paraescapar del pozo de potencial de los centros trampa. A medida que se incrementa la temperatura,la probabilidad de liberacin tambin aumenta y una fraccin de los portadores de carga llega alos centros de recombinacin. La intensidad luminosa llega a un mximo y luego disminuyedebido al decremento en la poblacin de cargas atrapadas.

Figura 9b) - Curva glow de un cristal con varios niveles trampa

La intensidad luminosa vs. curva de temperatura est controlada por la liberacin de losportadores de carga de las trampas y no por las propiedades de los centros de luminiscencia.

Si el cristal contiene ms de un tipo de trampa (vg. en LiF:Mg,Ti aproximadamente seidentifican 10 a 11 picos glow por encima de la temperatura ambiente) este proceso se repetir,dnde, en cada tipo de trampa la curva glow va a ser caracterizada por la temperatura de la

EMISION DE LUZ

TEMPERATURA


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mxima emisin de luz T, la profundidad de la trampa energa de activacin E y el factor de

frecuencia s que indica la probabilidad de escape del pozo de potencial (figura 9b)).

El detector termoluminiscente como dosmetro

Los dosmetros ms utilizados son LiF, CaF2 :Mn y Dy; CaSO4 (Dy); y Li2B4O7 entre otros. Sedescribirn brevemente las propiedades del LiF:Mg,Ti puesto que es el dosmetro msdifundido.

Existen varios dosmetros termoluminiscentes de LiF slo varan sus concentraciones isotpicas,

vg-TLD-700 99.993% de 7 Li o el caso de TLD-600 con 95.62% de 6 Li. El TLD-600 y el TLD-700 presentan similar respuesta frente a radiacin X y gamma as como una marcada diferenciapara neutrones, este par es una buena herramienta para la evaluacin en campos mixtos. Sepresenta en la figura 10 y figura 11 las curvas glow correspondientes a ambos detectores,sacadas en un equipo lector Harshaw3500 para irradiaciones en campos gamma.

Es aproximadamente tejido equivalente para radiacin X y con un mximo de sobrelectura de1.3 a 1.4 en 20 keV -30 keV. Es resistente al ataque qumico y levemente soluble en agua.Presenta como mnimo seis picos entre la temperatura ambiente normal y 300 C. Las alturasabsolutas y relativas de los picos de la curva glow dependen del LET de la radiacin.

La respuesta de dosis absorbida es lineal entre 3 Gy a 10 Gy dependiendo de la forma deldosmetro. A dosis absorbidas muy altas mayores a 104 Gy produce un dao por radiacinpermanente y una prdida irreversible de sensibilidad. Fading (prdida de la informacin) delorden de 5% al ao.

TEMPERATURA ( o C)

INTENSIDAD (nC)

Figura 10 - Curva glow de LiF (TLD-700)


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TEMPERATURA ( oC)

IINTENSIDAD (nC)

Figura 11 - Curva glow de LiF (TLD - 600)

CaF2 :Mn : Muy alta sensibilidad, lo hace til como dosmetro personal y ambiental. Tiene unslo pico a 280 C (20 C /min). Es insensible al dao por radiacin.

CaF2 :Dy es cinco veces ms sensible que CaF2 :Mn, presenta fluctuaciones importantes de lotea lote. Para disminuir el fading de realiza un procedimiento de recocido post irradiacin quehace que la sensibilidad decrezca en un factor 5.

CaSO4 :Dy :Es 30 a 50 veces ms sensible que el TLD-100(LiF natural). Permite mediciones enel orden de 10 mSv. Es menos sensible al tratamiento trmico. Presenta una respuesta no tejidoequivalente para gamma de baja energa. Optimas caractersticas defading.

Li2B4O7 : Presenta una excepcional equivalencia con el tejido. Tiene una curva glow simple y una

gran estabilidad a lo largo de varios tratamientos trmicos y no presenta dao por radiacin (2x104

Gy). Una de sus mayores desventajas es su sensibilidad a la luz, que es higroscpico y el fadingmuy pronunciado lo que exige un manipuleo cuidadoso y procedimientos de calibracin.

BeO : Presenta una fuerte supralinealidad, extremadamente sensible a la luz, fuerteautoabsorcin debido a la emisin UV, buen pico dosimtrico, alto fading y existencia de unaseal esprea piroelctrica (la expansin durante el calentamiento produce una intensapolarizacin que estimula la termoluminiscencia). Este dosmetro se utiliza menos con respectoa otros dosmetros aproximadamente tejido-equivalente.

Ventajas de los dosmetros termoluminiscentes

Son de pequeas dimensiones por lo que pueden ser utilizados en lugares muy reducidos(10 mg aproximadamente son suficientes para su uso en la mayora de los casos).Son utilizables en un amplio rango de dosis (10 Gy -100 kGy).El nmero atmico de la mayora de los detectores es similar al del tejido equivalente y esexactamente tejido equivalente para el caso de Li2 B 4 O 7 (Mn).


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La persistencia de la seal termoluminiscente por largos perodos permite la medicin en el

momento conveniente, luego de la irradiacin. Esto es de particular importancia en el caso

de dosimetra personal y ambiental.La eficiencia termoluminiscente es independiente de la tasa de dosis (dentro del 5%) desde

las bajas hasta altas tasas de dosis. La eficiencia termoluminiscente es el cociente entre laenerga media emitida como luz termoluminiscente y la energa media impartida al materialTL por el campo de radiacin.La eficiencia termoluminiscente es independiente de la temperatura de irradiacin (encondiciones normales de trabajo) (hecho que no sucede en otro tipo de dosmetro, por ej. los

dosmetros qumicos).Se pueden obtener precisiones mejores al 3% (eventualmente 1 2% en sistemasoptimizados) para dosis en el rango de 0.1 mGy a 10 Gy (suficiente en la mayora de lasaplicaciones de radioterapia, radiobiolgicas y de dosimetra personal).Los dosmetros termoluminiscentes son insensibles a la mayora de los agentes ambientales(humedad, luz, la mayora de los vapores de laboratorio, etc.).

La seal termoluminiscente es relativamente simple de evaluar y lleva a la automatizacindel mtodo.Pueden ser usados en varias formas para la medicin de la mayora de los tipos de radiacin,con la posibilidad de la discriminacin en campos mixtos tales como beta-gamma ( - ) oneutrn-gamma (n- ).Son dosmetros porttiles. Son ideales para el monitoraje de extremidades.Su lectura es rpida (< 30 s) y no requiere procesos de laboratorio.Pueden ser reusados docenas cientos de veces con slo pequeos cambios en su eficiencia.Disponibilidad de distintos tipos de dosmetros con diferentes sensibilidades a neutronestrmicos: TLD-700 (7LiF 99.993%), TLD-100(93% 7LiF y 7% 6LiF); TLD-600(96% 6LiF).

Desventajas de los dosmetros termoluminiscentes

No es un dosmetro absoluto, necesita su calibracin en un campo de referencia patrn, conel consiguiente incremento del error.Efectos de superficie. Varios mecanismos dependientes de la superficie pueden afectar lasensibilidad TL. Los ms importantes son los cambios en la transmisin luminosa debido acontaminacin, ralladuras y a la absorcin gaseosa que puede tambin alterar la eficienciaintrnseca o dar lugar a seales no inducidas por radiacin.Inhomogeneidad del batch.: La eficiencia TL as como su respuesta dependen en granmedida en la distribucin espacial de la concentracin de trampas. Como los defectos sondependientes de las impurezas en un nivel de partes por milln as como, en menor medida,de su historia radiante y trmica, es muy difcil fijar las propiedades de un material TL. Esto

conduce a efectos de lote o batch. Para obtener una ptima precisin se deben realizarcalibraciones individuales de cada dosmetro.Los dosmetros irradiados no mantienen permanentemente toda la informacin entregada,dando como resultado una prdida gradual de la seal latente termoluminiscente (FADING).Este hecho debe ser corregido conociendo cual es la prdida de informacin en funcin deltiempo o en su defecto adoptndose tratamientos trmicos previos a la evaluacin.Memoria de la radiacin e historia trmica: La sensibilidad puede tanto aumentar como

disminuir despus de recibir una dosis grande de radiacin. A veces es posible restituir la


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sensibilidad original luego de varios tratamientos trmicos, en su defecto los dosmetros

involucrados son descartados del batch.Prdida de la informacin: El mtodo de obtencin de la informacin es destructivo, si poralgn motivo (vg. mal funcionamiento del fototubo) la lectura no es recibida por el sistema,

la informacin de ese dosmetro se pierde.

Instrumentacin asociada

Las componentes esenciales de un equipo lector son: el sistema de calentamiento controlado y el

sistema detector de la luz emitida y su posterior conversin en una seal elctrica.

El material termoluminiscente es colocado en una plancheta o bandeja que es calentadanormalmente por efecto Joule (calentamiento resistivo). En algunos casos el calentamiento serealiza por gas caliente radiacin de radiofrecuencia. Para reducir la seal no inducida por laradiacin (tribo quimioluminiscencia) los TLD son calentados en una atmsfera inerte durantesu lectura, en general, de gas nitrgeno. La temperatura de la plancheta de calentamiento estcontrolada por una termocupla solidaria a la misma. La luz emitida por el TLD pasa a travs deun sistema ptico que consiste en una lente colectora y un filtro infrarrojo que focaliza la luz enel fotoctodo del fotomultiplicador. El fotomultiplicador debe ser elegido de forma tal quepresente su mxima eficiencia a las longitudes de onda (emitidas por la muestra) involucradasen la medicin.

Existen dos tcnicas bsicas para evaluar la seal de luz emitida por la muestra, la integracin de

carga y el contaje de fotones en forma individual. En esta ltima, el pulso del fotomultiplicador(debido a una interaccin simple del fotn TL con el fotoctodo) es nuevamente amplificada eintroducida a travs de un discriminador rpido (para eliminar los ruidos de pulsos dindicos)

antes de ser analizados por un analizador multicanal en el modo multiescala. En esta tcnica, lacurva glow se conforma con el nmero de fotones contados en funcin del tiempo.

Los parmetros importantes que deben ser tenidos en cuenta ante la lectura de un dosmetrotermoluminiscente son:

la alta tensin que alimenta al fototubola temperatura mxima a la que debe llegar la muestrala velocidad de calentamientoel tiempo de lectura o de integracin de la luz emitidael flujo de nitrgeno.

La eleccin del valor de estos parmetros depende del tipo de detector termoluminiscente autilizar.

BIBLIOGRAFIA

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DETECTORES DE CENTELLEO

CONCEPTOS BASICOS SOBRE CENTELLADORES

La deteccin de las radiaciones ionizantes a partir de los destellos luminosos que stas producenen ciertos materiales, es uno de los mtodos ms antiguos, pero contina siendo an muyutilizado en contaje y en espectrometra.

Cuando una partcula ionizante incide en un material, puede interactuar de acuerdo almecanismo que corresponda al tipo de partculas, a su energa y al material de que se trate,produciendo partculas cargadas que se mueven en su interior. En ciertos materiales,denominados centelladores, pequea fraccin de la energa cintica de las partculassecundarias es convertida en energa luminosa; el resto se transfiere al medio como calor o como

vibraciones de su red cristalina. La fraccin de la energa que se convierte en luz (definida como

eficiencia de centelleo) depende, para un dado centellador, de la naturaleza de la partcula y desu energa. En algunos casos, la eficiencia puede ser independiente de la energa de la partcula,permitiendo una proporcionalidad directa entre la intensidad del impulso luminoso y la energa.

Un material centellador ideal presenta las siguientes propiedades:

Convierte la energa cintica de las partculas cargadas en energa luminosa con altaeficiencia de centelleo.


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Tal conversin es lineal; la energa luminosa es proporcional a la energa impartida al

centellador en un amplio rango de energas.Es transparente a la longitud de onda que l mismo emite por desexcitacin.El tiempo de decaimiento de los impulsos luminosos es corto, de manera que las sealesgeneradas con rpidas.Posibilita construir detectores de dimensiones adecuadas a la aplicacin prevista.Su ndice de refraccin es muy parecido al del vidrio, lo que permite un acoplamiento pticoeficiente con el dispositivo trasductor, cuya funcin es transformar a su vez los impulsosluminosos en seales elctricas.

Ningn material cumple todas las propiedades enunciadas, por lo que la eleccin de uncentellador en particular resulta una solucin de compromiso segn la aplicacin de que se trate.

Los centelladores ms utilizados son inorgnicos u orgnicos, plsticos o lquidos.

Centelladores inorgnicos

Los centelladores inorgnicos son cristales que poseen, en general, mejor rendimiento luminosoy linealidad que los orgnicos, pero tienen menor velocidad de respuesta. El mecanismo decentelleo en estos materiales depende de los estados de energa determinados por su redcristalina.

BANDA DE CONDUCCION

BANDA PROHIBIDA

BANDA DE VALENCIA

ESTADOS EXITADOS

DEL ACTIVADOR

ESTADOS FUNDAMENTALDEL ACTIVADOR

Figura 12

En los materiales aisladores o semiconductores, los electrones slo pueden ocupar un nmerodiscreto de niveles de energa agrupados en bandas (ver figura 12).

La banda de valencia est ocupada por electrones firmemente ubicados en sus nivelesenergticos, mientras que la banda de conduccin est constituida por niveles de energaocupados por electrones que poseen suficiente energa como para migrar libremente por elcristal. Existe una banda de energa intermedia, la llamada banda prohibida, que en los cristalespuros no puede estar ocupada por niveles energticos correspondientes a electrones. Laabsorcin de energa en un cristal puede resultar en la elevacin de un electrn desde su


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ste centellador es frecuentemente empleado en la deteccin de neutrones trmicos. Por ello se

emplea el litio enriquecido en su istopo Li6

, que posee una seccin eficaz de 940 barns y la

deteccin se logra indirectamente a travs de la reaccin6

3 Li +1

0n3

1H +4

2

Sulfuro de cinc activado con plata - ZnS (Ag)Este centellador es uno de los de ms alta eficiencia de centelleo, comparable con la del INa(TI). Es un polvo policristalino, por lo que se lo utiliza en forma de finos revestimientos; dada suopacidad, slo se lo puede emplear en espesores no mayores de 25 mg/cm2, sobre soportestransparentes (como ser vidrio, celuloide o lucite). La principal aplicacin es la deteccin departculas cargadas (en particular, alfas e iones pesados).

Fluoruro de calcio activado con europio - CaF (Eu)Las caractersticas ms relevantes de este centellador consisten en que no es higroscpico y quees inerte, por lo que se lo utiliza en condiciones ambientales severas.

Existen otros materiales centelladores, tales como el fluoruro de cesio y el germanato debismuto, que si bien presentan algunas caractersticas atractivas, por ser baja su eficiencia decentelleo resultan de aplicacin poco frecuente.

Centelladores orgnicos

El proceso de fluorescencia en los centelladores orgnicos se genera a partir de transiciones enla estructura de los niveles de energa dentro de una misma molcula y, por lo tanto, esindependiente del estado fsico del material. En el caso del antraceno (uno de los centelladoresorgnicos ms utilizados), el fenmeno de fluorescencia puede observarse tanto en estado slidopolicristalino, como vapor o como lquido en solucin. Esto contrasta con el comportamiento delos centelladores inorgnicos, que para su fluorescencia requieren la existencia de una red

cristalina slida.

Slo una fraccin de la energa de la partcula incidente se convierte en luz. Si bien es deseableque esa porcin sea lo ms elevada posible para maximizar la eficiencia de centelleo, una partesignificativa de la energa empleada para excitar molculas del centellador se transforma encalor.

DETECTORES DE CENTELLEO

Un detector de centelleo est constituido por el conjunto centellador-tubo fotomultiplicador,pticamente acoplados entre s. Dicho acoplamiento debe asegurar una eficiente transmisin de

la radiacin luminosa desde el centellador hacia el fotomultiplicador, a la vez que se debeasegurar que no ingrese luz proveniente del exterior (ver figura 13).


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CORTE ESQUEMATICO DE UN DETECTOR DE CENTELLEO

CRISTAL DETECTORDE CENTELLEO

TUBOFOTOMULTIPLICADOR

ZOCALOCONECTOR

PREAMPLIFICADOR

ALTA TENSION

SAL. SEAL

BLIDAJE ELECTRICO Y DE LUZSOPORTE DE CRISTAL Y CIERRE DE LUZ

VENTANADEENTRADA

DELARADIACION

Figura 13

Diversos centelladores son altamente higroscpicos, por lo que se los encapsulahermticamente. En este caso, una de las caras del encapsulado est constituida por una placa de

vidrio plano y transparente, que se acopla pticamente a la cara de vidrio plana delfotomultiplicador. Para impedir la existencia de una capa de aire entre ambas placas de vidrioque forme una sistema ptico en el que la luz pasa de un medio ms denso (vidrio) a uno menosdenso (aire) y ocasione fenmenos de reflexin total sobre la cara del fotomultiplicador, se suele

aplicar una delgada capa de aceite de siliconas de alta densidad y transparencia, con un ndice derefraccin muy similar al del vidrio.

A efectos de que no ingrese luz del exterior al conjunto centellador-fotomultiplicador, ste sueledisponerse en el interior de un recinto metlico, generalmente construido de aluminio, dedimensiones adecuadas, que a su vez cumple la funcin de aumentar la robustez mecnica delconjunto.

DETECTORES DE EMULSION FOTOGRAFICA

EMULSION FOTOGRAFICA - EFECTO DE LA RADIACION

El material sensible a la radiacin ionizante, denominado emulsin fotogrfica, est constituidode granos de bromuro de plata, BrAg , de dimensiones microscpicas y distribuidos en unmedio gelatinoso el cual est a su vez depositado como una capa de espesor muy delgado sobreun soporte traslcido, por ejemplo celuloide o vidrio.


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Los electrones liberados por la radiacin neutralizan al ion Ag+

transformndolo en plata

metlica, lo que constituye la formacin de la denominada imagen latente por pocos tomos de

plata de un grano (que tpicamente tiene del orden de 1010

Ag+).

La cantidad de granos de bromuro que han sufrido esta transformacin, as como el nmero deiones plata convertidos en cada grano, es funcin de la dosis absorbida.

Bsicamente se utilizan dos tipos de emulsiones en dosimetra:

Emulsiones para radiacin X y ; presentan un contenido de bromuro de plata de 30-40% enpeso. El tamao de grano es de 1-2 m de dimetro. Cada capa de emulsin es de 10-25 m,y el espesor msico medio es de 2-5 mg/cm. La emulsin se protege contra la abrasinmediante una delgada pelcula de gel.Emulsiones nucleares que tienen aproximadamente el 70-80 % en AgBr en peso,con undimetro de grano del orden de 0.3 m.Y el espesor msico medio es de 1 a 200 mg/cm para

=3.3 g/cm3.

PROCESAMIENTO

El procesamiento normalmente comprende tres pasos:

Revelado: Es un proceso qumico de reduccin que permite continuar la conversin de Ag + aAg

o. Manejando la cintica de la reaccin qumica en funcin del tiempo y temperatura de lasolucin reveladora, se logra reducir a plata metlica los granos de bromuro de plata, enforma selectiva, segn el nmero inicial de tomos Ago que formaban la imagen latente encada grano.

Bao de detencin del revelado: La reaccin se detiene al cabo de un tiempo de accinprefijado para una dada temperatura (solucin diluda de cido actico).Solucin de Tiosulfato de Sodio: Inmediatamente se somete la emulsin al denominadotratamiento de fijado. En este proceso se fijan los granos transformados a plata metlica y se

utiliza para disolver los granos que no fueron totalmente transformados en plata metlica.

Luego de un activo lavado con agua, para eliminar los compuestos qumicos residuales deambos procesos y secada la emulsin, se observan distintas tonalidades de grises(ennegrecimiento), segn la dosis absorbida.

MEDICION

La determinacin del efecto de la radiacin sobre la emulsin se basa en la medicin delennegrecimiento por medios densitomtricos, que consiste en la determinacin de la atenuacinluminosa causada por la emulsin. La magnitud medida, denominada densidad ptica se definecomo el logaritmo del cociente entre las intensidades de luz incidente y la transmitida.

DI

Ilog

0


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donde, Io es la intensidad de luz incidente medida en ausencia de la pelcula e I la transmitida a

travs de ella en una direccin perpendicular a su plano.

La curva de respuesta caracterstica de la densidad ptica en funcin de la dosis, es de forma

sigmoidea como se muestra en la figura 14. A dosis nula existe un ennegrecimiento de base(fog) que aumenta con el envejecimiento de la emulsin fotogrfica. Luego le sigue un intervalode dosis con muy baja sensibilidad, continuada por una zona de pendiente pronunciada pasandoa una zona de respuesta prcticamente lineal. Para dosis mayores se observa una disminucinde la densidad ptica por intervalo de dosis seguido de la zona final de saturacin a altas dosis.

Figura 14 - Densidad ptica en funcin de la dosis

El tamao y densidad de los granos de bromuro de plata as como proceso de reveladoempleado determinan el alcance de la respuesta de la emulsin.

Con fines de radioproteccin y para abarcar un amplio rango de dosis, inclusive porsobreexposicin potencial, se utilizan simultneamente dos emulsiones de distinta sensibilidad,ya sea depositadas a cada lado de un soporte o separadas cada una en su propio soporte. Laemulsin menos sensible o tambin denominada lenta, contina la respuesta a la dosis cuando larespuesta de la emulsin ms sensible o rpida entra en la zona de saturacin.

DEPENDENCIA ENERGETICA Y DOSIMETRIA

El nmero atmico efectivo de los componentes sensibles de la emulsin fotogrfica provocaque la respuesta tenga un aumento relativo importante a bajas energas de rayos X, por elpredominio del efecto fotoelctrico. En general el mximo de la respuesta relativa se encuentraen la regin de los 40 keV de energas efectivas, que es veinte veces superior a lacorrespondiente a la energa media de la radiacin gamma emitida por el cobalto 60.

El uso de detectores de este tipo, como se ver ms adelante, es principalmente para dosimetrapersonal, en cuyo caso la evaluacin dosimtrica se la refiere a la dosis en tejido muscular. Este


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tiene una composicin cuyo nmero atmico efectivo es sustancialmente menor a la de la

emulsin fotogrfica. En consecuencia la densidad ptica no se puede asociar directamente a ladosis en tejido, por lo que hay que efectuar correcciones por la dependencia energtica relativaentre emulsin y tejido.

El ennegrecimiento de la emulsin fotogrfica depende de la dosis absorbida por unidad defluencia del campo de radiacin incidente por lo cual no es posible discernir la energa de laradiacin.

El reconocimiento de la energa efectiva y la estimacin de la dosis se consigue relacionandolas densidades pticas bajo distintos filtros de radiacin (pequeas placas de materialabsorbente) que forman parte de la estructura del portadosmetro personal. Las relaciones dedensidades pticas medidas bajo los filtros, permiten determinar la energa y luego la dosis.Segn puede apreciarse en la figura 15.

0

2 5

5 0

7 5

1 0 0

1 2 5

0 ,5

1 ,0

0 ,2 5 0 ,5 0 0 ,7 5 1 ,0 0 1 ,2 5 1 ,5 0 1 ,7 50 , 2 3

0 , 4 05 0 K e V1 00 KeV

1 50 KeV200 KeV

1,25 MeV

1,2

5MeV

50KeV10

0K

eV

150K

eV

200

KeV

DENSIDADBAJO

FILTRO

DE0,5mm.

Cu

KERMAENAIRE(mGy)

M E T O D O D E C A L I B R A C IO N D E F I L M - D O S I M E T R O S

8 0

D E N S I D A D D E V E N T A N A

Figura 15 - Ejemplo: curvas para la calibracin de films


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Esto se logra, ya sea por medio de grficos que conectan las relaciones entre filtros con la

respuesta a dosis o de algoritmos matemticos.

Para calibrar el sistema fotogrfico de monitoraje se exponen films a distintas dosis en aire,

producidas por radiaciones de varias energas. La energa aparente de la radiacin puededeterminarse entre las densidades de zonas cubiertas y descubierta.

CARACTERISTICAS DE LA DOSIMETRIA FOTOGRAFICA

Posibles Ventajas:

Resolucin espacial: en la prctica est limitada por la capacidad del elemento utilizado paraanalizar el film.

Constancia de la lectura: luego de su correcto procesado la informacin de la densidad pticaest disponible cada vez que sea requerida.

Disponibilidad en el mercado. Buen control de calidad.Geometra: su forma delgada y plana permite su uso simple en mapeos de campo,especialmente para campos de electrones.Linealidad versus dosis: la densidad standard es proporcional a la dosis en un rango aceptable

de trabajo. El lmite mximo de uso esta relacionado con la saturacin y la reduccin de lapendiente de DO vs. Dosis.Discriminacin entre irradiaciones estticas y en movimiento.Discriminacin de energas mediante distintos filtros.

Posibles Desventajas:

Procesamiento qumico: la dosimetra por pelcula requiere un cuidadoso control del procesode revelado para obtener una adecuada reproducibilidad de la densidad ptica para una dadadosis en la pelcula. Variaciones en 1 C en el bao de revelado puede afectar la DO enalgunos porcientos.Dependencia energtica para rayos X: el alto Z de los granos de bromuro de plata queconstituyen del 30 al 80% de la masa de la emulsin da lugar a la manifestacin del efectofotoelctrico para rayos X por debajo de 300 keV. Entonces la respuesta por mGy en tejidoes altamente dependiente de h .Sensibilidad al ambiente externo: el fading (prdida de la informacin) de los granosrevelables es aumentado por combinaciones de temperatura y humedad alta. Se cree que elmecanismo principal del fading es la oxidacin de la imagen latente (especialmente de los

granos de la superficie) por el oxgeno atmosfrico, y su tasa se incrementa por el contenidoalto de agua en la emulsin y bajo PH.Funcin de respuesta doblemente valuada: la densidad ptica a grandes dosis presenta unmximo y luego decrece, debido a la reversin del proceso de formacin de granos revelables

(solarizacin). Para evitar esto se debe tener en claro cuales son los niveles de dosisesperados.


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DETECCION DE NEUTRONES

INTRODUCCION

Debido a la baja probabilidad de interaccin de los neutrones con un detector gaseoso (ya quecarecen de carga elctrica y no interactan con los campos elctricos de los tomos), se losdetecta indirectamente recurriendo a reacciones nucleares que generen partculas cargadas decierta energa (tales como protones o partculas alfa), que poseen alta capacidad de ionizacin yalta probabilidad de interactuar con el gas del detector.

NEUTRONES TERMICOS

Detectores de trifluoruro de boro

Una reaccin muy frecuentemente empleada para generar partculas alfa de alta energa a partirde neutrones trmicos es la reaccin (n; ) de interaccin entre el 10B y neutrones trmicos, yaque la seccin eficaz que presenta el

10B a estos neutrones es relativamente alta (3840 barns).

Disponiendo de detectores gaseosos (p.e., contadores proporcionales en los que el gas de contaje

es trifluoruro de boro), se logra que resulten sensibles a neutrones trmicos en base a la siguiente

reaccin:

105B +

10n

7Li +

42

Dado que las partculas alfa se generan en el interior del volumen gaseoso, se las detectafcilmente.

Este tipo de detectores resulta tambin sensible a radiacin fotnica. Cuando se deseamonitorear neutrones en campos mixtos (neutrn-gamma), los impulsos elctricos producidospor las partculas alfa son significativamente mayores que las debidas a los fotones, por lo quese pueden discriminar los impulsos por amplitud, y por ende, se puede discriminar el contajegamma del correspondiente a neutrones.

Detectores con ventana recubierta con boro-10

Una alternativa del uso de trifluoruro de boro (F3B) como gas de llenado de un contadorproporcional en la deteccin de neutrones, consiste en el recubrimiento superficial de la ventanade entrada con 10B en estado slido. Esta configuracin posee la ventaja de permitir el empleo degases de llenado ms eficientes (mayor nmero de iones generados por cada partcula ionizante)que el trifluoruro de boro. Debido a que el alcance de las partculas alfa provenientes de lareaccin (n; ) con el

10B es del orden de 1 mg/cm2, la eficiencia de estos contadores aumenta conel espesor del revestimiento hasta que este alcanza ese valor; si se lo hace mayor, las partculasalfa comienzan a ser detenidos por el recubrimiento sin llegar a interactuar con el gas de llenado(autoabsorcin).


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Como en el caso de los contadores que emplean F3B como gas de contaje, este tipo de

contadores resulta tambin sensible a radiacin fotnica, pero ambos tipos de partculas se

pueden discriminar empleando un sistema electrnico asociado con caractersticas similares al

del caso anterior.

Contadores de fisin

Otra reaccin frecuentemente utilizada, cuando se desea realizar contaje de neutrones mediantedetectores del tipo gaseoso, es la reaccin de fisin del uranio-233 o del plutonio-239 conneutrones trmicos, ya que su seccin eficaz de fisin para neutrones de baja energa esrelativamente alta. Debido a la alta energa de los productos de fisin (200 MeV), puedenobtenerse impulsos elctricos (debidos a neutrones) de amplitud significativamente mayor que ladebida a fotones o a las partculas alfa que dichos materiales emiten en su decaimiento.

En este caso se suele revestir la ventana de entrada con una fina capa de material fisionable. Deesta manera, los neutrones que interacten con ella darn lugar a fisiones que generarnproductos de fisin, que ionizarn el gas de llenado del detector.

Contadores de helio (3He)

El gas 3He es tambin ampliamente usado en detectores gaseosos para monitorear neutrones enbase a la siguiente reaccin:

32He +

10n

31H +

11p

La seccin eficaz para neutrones trmicos en esta reaccin es de 5330 barns (significativamente

mayor que la correspondiente al mismo tipo de neutrones con B10

).

El helio no posibilita la fabricacin de materiales slidos para revestir las paredes del contador,por lo que se lo emplea como gas de llenado.

DETECCION DE NEUTRONES RPIDOS

Para neutrones de energa mayor que la de los trmicos, la eficiencia de los detectores descriptos

resulta sumamente baja debido al decrecimiento de la seccin eficaz y, consecuentemente, de laprobabilidad de interaccin, por lo cual no pueden ser empleados para tal fin.

En este caso una solucin consiste en moderar los neutrones rpidos por colisiones elsticas enun medio hidrogenado, previo a su llegada al detector. Para ello se lo rodea de un cierto espeso rde material hidrogenado (por ejemplo, polietileno) con un espesor que guarde proporcionalidadcon la energa de los neutrones que se desea termalizar.


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Detectores de neutrones rpidos que emplean hidrgeno como gas de contaje

En las interacciones de colisin elstica de los neutrones rpidos con los ncleos de hidrgeno,se generan protones altamente energticos que, en su trayectoria, pierden energa por ionizacin

de los tomos vecinos. En base a este principio pueden construirse detectores gaseosos quefuncionan en la zona de contador proporcional y son sensibles a neutrones rpidos.

BIBLIOGRAFIA

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detectores TL 2 checar

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