INSTRUMENTACIN NUCLEAR Y SISTEMAS DE DETECCIN.Eficiencia y Resolucin de un detector de Germanio Hiperpuro.Juan Pablo Madrigal Cianci1 Esteban Seplveda Zuluaga2 jpmadrigalc@unal.edu.co1 jesepulvedaz@unal.edu.co2

Resumen: A continuacin se encuentra una recopilacin del experimento realizado para analizar y determinar la eficiencia y la resolucin de un detector de germanio hiperpuro; para esto se busca un voltaje de operacin y con base a dicho valor se obtiene el objetivo propuesto; adems a lo anterior se analiza una muestra de orina contaminada y se procede a buscar la fuente radioactiva en dicho liquido orgnico. Objetivo: Determinar la eficiencia y la resolucin de un equipo de germanio hiperpuro. Descubrir y analizar una muestra de orina contaminada con un isotopo radioactivo.

1. Marco terico:Si se pretendiera utilizar germanio o silicio del nivel de pureza que se emplea para la construccin de componentes electrnicos en la construccin de detectores semiconductores, sera imposible lograr zonas de carga espacial de espesor mayor que unos pocos milmetros. En consecuencia se recurri a la compensacin con litio, que permiti alcanzar zonas de carga espacial cuyo espesor puede llegar a 10 15 mm, con lo cual es posible construir detectores que permiten realizar espectrometra de radiacin gamma de alta energa. La principal desventaja de este tipo de detectores reside en que la distribucin de litio a temperatura ambiente resulta sumamente inestable, por lo que estos detectores se deben almacenar y operar a bajas temperaturas (normalmente la que corresponde a la de evaporacin de nitrgeno lquido a presin atmosfrica, 77 K).As se pueden obtener detectores con volmenes activos de deteccin comparables a los logrados mediante la difusin de litio en la red cristalina. Estos detectores reciben la denominacin de hiperpuros, ya sea de germanio o silicio, y han comenzado a ser ampliamente utilizados en espectrometra de radiacin fotnica de alta resolucin.Para la obtencin de semiconductores de muy alto grado de pureza debe recurrirse a tcnicas sofisticadas de purificacin. Aunque los costos son actualmente elevados la principal ventaja, frente a los compensados con litio, reside en que si bien deben ser operados a bajas temperaturas (a efectos de no permitir la elevacin de corriente a travs de los mismos) no se requiere su almacenamiento en esas condiciones ya que no existe el peligro de la redifusin del litio por efectos trmicos. No obstante el alto grado de pureza alcanzado, el semiconductor obtenido an tiende a ser del tipo P debido a residuos de impurezas aceptoras y a la existencia de centros aceptores por defectos de la red cristalina.

Imagen 1.1 Ilustracion de un detector de germanio hiperpuro.2. Procedimiento experimental:

Para la medicin se utiliz un detector de germanio hper puro (HPGe), conectado a un computador con Microsoft Windows 3.11. Para la obtencin de los espectros se utiliz el software MAESTRO.

Se procedi a tomar varias muestras, entre ellas una de orina procesada para determinar la dosis interna y otra de un dispositivo Marinelli que contena varios radioistopos.

Se procede a tomar la curva de calibracin por energa para los istopos tomados.

Se hace esto con el fin de determinar la fecha de ingesta de la dosis y as concluir si dicha esta representa un riesgo para la salud del individuo tratado; esto es, determinar si se encuentra en una dosis de ingesta permitida, de observacin o de accin inmediata (Mayor riesgo para La salud del individuo tratado).

3. Datos y grficos:Se tenan varias muestras. Se encontr que para las muestras tabuladas, el detector encontr:

De dicha tabla se puede obtener la grfica de calibracin por enega.

La calibracin por energa se rige por la curva:

Como se puede ver gracias al valor de la correlacin, el equipo de germanio Hper puro proporciona una relacin extremadamente confiable entre la energa y el canal. Para el montaje Marinelli con los siguientes elementos:

se encontr:

Tambin se puede ver que se tiene una correlacin extremadamente precisa.En cuanto a los datos procedentes de la muestra de orina, se tiene que:

Para el cual se encuentra una calibracin por energa de la forma:

El procedimiento usado en el laboratorio, fue obtener el espectro de cada fuente analizada, luego, posterior a esto, se midi la altura media del mayor pico de energa y se calcul la resolucin, este valor se calcul gracias a la ecuacin (1)Despus de los clculos de resolucin se pasa a hacer los clculos de eficiencia, los cuales con ayuda de la ecuacin (2) se calcula y se muestra los resultados en la anterior tabla. 4. Anlisis de datos.

Se procede entonces a encontrar las actividades tanto de la muestra de tiroides como de la de orina.

5. Fuentes de error.Se presume que los resultados obtenidos fueron buenos, aun as, pueden existir pequeos errores. Las causas ms propensas de stos son: Pequeos errores debidos a la resolucin del espectro, que, aunque los detectores de HPGe tienen una excelente resolucin, esta no es perfecta.

Errores en procedimientos matemticos, transcripcin de datos y de sistematizacin. Falta de repeticin del experimento con el fin de trabajar con promedios para as tener un resultado con mayor validez.

Para tratar de minimizar los errores se recomienda: Repeticin de las medidas para trabajar con los promedios. Se recomienda utilizar el mismo detector con un software ms reciente pues puede que existan pequeas correcciones o errores entre cada actualizacin.

Conclusiones

La taza de desintegracin por excrecin del 125I en orina es rpida en orina, por lo cual, se recomienda en primer lugar, hacer la medicin en tiroides, 2 pues, en general, sta medicin es ms exacta. En la eventualidad de que se llegara a ingerir algn radioistopo del yodo, o cualquiera en general, se recomienda empezar un monitoreo inmediatamente. De entrada se puede concluir que, como ha de esperarse, tiene mejor resolucin un detector de HPGe que uno de NaI, aunque este tiene sus fallas, como por ejemplo, que debe enfriarse a temperatura de nitrgeno lquido (77 k aproximadamente) lo cual extiende el tiempo para empezar a tomar los datos, (alrededor de 24 horas mientras enfra) tal como fue el caso de esta prctica. La correlacin de las grficas de calibracin de energa es 1, por lo cual se deduce que el funcionamiento del detector es ptimo Se ve entonces que cada elemento tiene su propia huella por lo cual es relativamente fcil determinar los elementos trazados en una espectrografa. En este tipo de dispositivos es importante el poder de resolucin del equipo pues dicha magnitud es la capacidad para distinguir entre dos espectros de energa similar; En el caso ideal, no se tendrn incertidumbres en las energas, pero todos los espectrgrafos tienen un ancho de banda caracterstico. Se puede notar que los picos pequeos del inicio del espectro representan la seccin eficaz compton. Es tambin importante notar que, aunque el sistema utiliza un software que sali al mercado en 1990, sigue funcionando correctamente. Cuando un pico presenta una energa mayor a 1,024MeV significa la posible produccin de pares del fotn gamma.

El detector de yoduro de sodio tiene gran aplicacin en medicina nuclear y en dosimetra, especialmente una de ellas es en la deteccin de yodo 131 en contaminacin radiolgica en reactores nucleares y centros de radiologa en general. Se debe buscar el voltaje de operacin del fotomultiplicador para poder calibrar el equipo debidamente.Referencias:[1]http://html.rincondelvago.com/detectores-de-radiacion.html [2] Individual monitoring for internal exposure of workers.