DETECCIÓN DE LAS RADIACIONES

IONIZANTES.

Autor: Julio Arellano N.

Relator: Julio Arellano N.
 DETECCIÓN DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES.

Introducción.

Puesto que el hombre no puede sentir o

medir la presencia de las radiaciones
ionizantes en forma sensorial, es necesario
emplear instrumentos adecuados para su
detección.
 DETECCIÓN DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES.
Un sistema básico para lograr la detección de las
radiaciones ionizantes, esta constituido
fundamentalmente por dos bloques.
FIGURA Nº 1.

DETECTOR. ELECTRÓNICA
ASOCIADA

0000
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RADIACIONES IONIZANTES.

DETECTOR.
El detector hace las veces de un “transductor”, es
decir, un elemento capaz de transformar un tipo de
energía en otro más fácilmente procesable.

ELECTRÓNICA ASOCIADA.
Es el bloque encargado de procesar la información
generada por el detector y presentarla al operador.
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RADIACIONES IONIZANTES.

Interacción de las radiaciones ionizantes

con la materia.
Las radiaciones ionizantes ceden su energía a la
materia, mediante el fenómeno de “ionización”, es
decir, arrancando electrones desde los átomos que la
conforman, ver figura Nº 2.
Producción de pares iónicos.
Si el fenómeno de ionización se produce en un medio
gaseoso, la radiación ionizante generará “pares
iónicos”, los que se constituyen finalmente en los
responsables de hacer conductor al gas. La energía
necesaria para generar un par iónico es de 33 eV.
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RADIACIONES IONIZANTES.

Producción de pares electrón-hueco.

En el caso de un medio sólido (semiconductores), los
portadores de cargas eléctricas se denominan
“electrón-hueco”, y se necesita una energía promedio
para generar uno de ellos de 3 eV.
Emisión directa de centelleo.
Existen algunos sólidos, tales como, Sulfuro de Zinc,
Plata, etc., que poseen la particularidad de emitir un
“fotón luminoso”, toda vez que la radiación ionizante
cede energía a sus microcristales. Para generar un
fotón luminoso, se necesita en promedio 600 eV.
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RADIACIONES IONIZANTES.

Clasificación de los detectores.

Según el mecanismo físico involucrado en el proceso de
transducción, los detectores se clasifican en:
Detectores por ionización.
Agrupan básicamente a los detectores gaseosos y a los
semiconductores.
Detectores por excitación.
Se subclasifican a su vez, en inmediatos y retardados.
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RADIACIONES IONIZANTES.

Cámara de ionización.

DETECTORES POR Contador proporcional.

IONIZACIÓN. Contador Geiger Müller.

Semiconductores.
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RADIACIONES IONIZANTES.

Inmediatos. Detectores

DETECTORES POR de Centelleo.

EXCITACIÓN.

Retardados. Película.
Fotográfica.
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RADIACIONES IONIZANTES.

DETECTORES GASEOSOS.
Están constituidos por un recinto gaseoso, cuyo
interior se encuentra eléctricamente confinado por
dos electrodos (ánodo y cátodo), entre los cuales se
aplica una diferencia de potencial, ver figura Nº 3.
FIGURA Nº 3.
CIRCUITO BÁSICO DE UN DETECTOR GASEOSO.

Cátodo (-).
Anodo.
V
Batería.
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RADIACIONES IONIZANTES.
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DE UN
DETECTOR.
FIGURA Nº 4.
ZONAS DE TRABAJO DE UN DETECTOR GASEOSO, EN FUNCIÓN
DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL APLICADA ENTRE
ELECTRODOS.
Nº Iones.
Contador Geiger Múller.
Proporcional.
Cámara
de ioniz.

Diferencia de potencial entre electrodos (Volt).

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RADIACIONES IONIZANTES.
TIEMPO MUERTO DE UN DETECTOR.
Es el tiempo necesario, después de un impulso de
máxima amplitud hasta otro de amplitud
detectable, se denomina “tiempo muerto”, y el
tiempo requerido para que el detector pueda
entregar otro impulso de amplitud máxima, se
denomina “tiempo de recuperación”, ver figura Nº
5. En el caso de los G.M, estos tiempos son del
orden de los 200 seg.
En consecuencia, si dos partículas interaccionan
con el detector separadas por un tiempo inferior a
su tiempo muerto, la segunda no será detectada.
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RADIACIONES IONIZANTES.
CURVA CARACTERÍSTICA DE UN

CONTADOR GEIGER MÚLLER.

Si la tasa de fluencia de partículas que inciden en un
contador G.M se mantiene constante y sólo se varía
la tensión aplicada al detector, el Nº de impulsos
registrados en la unidad de tiempo variará según
se indica en la figura Nº 5, 6 del apunte
FIGURA Nº 5.
Punto óptimo de funcionamiento de un G.M.
Tasa de V1 V2
conteo.
Plateau.

VOLTAJE (Volt).
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RADIACIONES IONIZANTES.
DETERMINACIÓN PRÁCTICA DEL PLATEAU
DE UN G.M.
Al intervalo de voltaje durante el cual la tasa de
conteo se mantiene aproximadamente constante, se
le denomina “plateau” del detector, y resulta ser el
rango de tensión de operación más adecuado del
G.M en presencia de un campo de radiaciones
ionizantes.
Se recomienda considerar un valor de tensión
próximo a la media aritmética del rango definido.
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RADIACIONES IONIZANTES.

DETECTORES SEMICONDUCTORES.
El principio de funcionamiento de este tipo de
detectores, esta basado en la alta resistividad que
poseen algunos materiales tales como; Germanio
Silicio, entre otros.
COMPARACIÓN CON OTRO TIPO DE
DETECTORES PARA UN MISMO
PROPÓSITO.
a) La alta densidad del medio ionizado determina una
excelente eficiencia de detección por unidad de
volumen efectivo del detector.
b) Tiempo de recolección de cargas muy breve, lo que
se traduce en una elevada resolución en función
del tiempo.
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RADIACIONES IONIZANTES.
INCONVENIENTES DE LOS
SEMICONDUCTORES.
Alta conductividad en comparación con los
detectores gaseosos, lo que se traduce en ruido
que tiende a enmascarar la evaluación de
partículas ionizantes de muy baja energía.
DETECTORES POR EXCITACIÓN.
Este tipo de detectores esta conformado
principalmente por los de centelleo. Utilizan la
propiedad que poseen algunos materiales, los que
cada vez que la radiación ionizantes cede energía a
sus átomos, emiten un destello luminoso cuya
intensidad será proporcional a la energía que la
radiación ceda a éstos.
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RADIACIONES IONIZANTES.
DETECTOR DE CENTELLEO.
Este tipo de detectores transforma la energía de las
radiaciones ionizantes en un destello luminoso
(indetectable para el ojo humano).
Asociado al detector de centelleo se ubica un tubo
llamado “foto multiplicador”, ver figura Nº 6 (7 en
el apunte). En estas condiciones la radiación que
interactúa con el detector genera a la salida del
foto multiplicador un pulso de corriente
proporcional a la energía transferida por ésta al
medio.
La aplicación más frecuente de este tipo de
detectores, es en la espectrometría gamma,
permitiendo evaluar la actividad y energía de una
muestra, ver anexo Nº 1 adjunto.
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RADIACIONES IONIZANTES.
FIGURA Nº 6.
ESQUEMA DE UN DETECTOR DE CENTELLEO,
DETECTOR+FOTOMULTIPLICADOR.
DETECTOR. FOTOCÁTODO. TUBO FOTOMULTIPLICADOR
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RADIACIONES IONIZANTES.
DETECCIÓN DE NEUTRONES.
El neutrón no posee carga eléctrica y por tanto no
produce ionización directa, en consecuencia, es
necesario emplear métodos indirectos para su
evaluación.
DETECTOR DE TRIFLUORURO DE BORO
(BF3).
Este método consiste en emplear un detector dentro
del cual se ha introducido BF3 . En estas condiciones,
los neutrones producen la reacción nuclear que se
representa a continuación.
B-10 + 10 n Li-7 + 42 He.
Los productos de esta reacción (Li+alfa), poseen
suficiente energía para producir una fuerte
ionización del gas y en consecuencia detectar la
presencia del neutrón.
 DETECCIÓN DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES.
CONSIDERACIONES IMPORTANTES.
La eficiencia de un detector gaseoso es del orden de
0,5 % para radiación electromagnética. Esto se debe
a la pequeña probabilidad de interacción en un
medio de tan baja densidad.
En el caso de un detector sólido, la eficiencia para
radiación electromagnética es del orden de 50 %.
SUSTRACCIÓN DE RADIACIÓN DE
FONDO (BACKGROUND).
El background corresponde a fuentes alejadas y a
radiación cósmica o natural. Considerando que el
background es en general bajo, se debe realizar su
medición durante un intervalo largo de tiempo, para
que la desviación estándar (error), sea pequeña.. Si
la actividad de una muestra es comparable con el
background, la imprecisión en la resta es
considerablemente alta.
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RADIACIONES IONIZANTES.
ACTIVIDAD Y TASA DE CONTEO.
La actividad de una muestra representa el número
de núcleos que sufren desintegración en la unidad de
tiempo.
La tasa de conteo, representa el número de eventos
captados por un detector por unidad de tiempo, y es
siempre menor a la actividad de la muestra. Los
factores que influyen en la ocurrencia de este
fenómeno son:
EFICIENCIA DE UN DETECTOR.
No toda la radiación que incide en un detector
interactúa con él, de tal manera de ser detectada. La
eficiencia de detección Ed, es el cuociente entre el Nº
de partículas detectadas, y el Nº de partículas
provenientes de la fuente y que llegan al detector, es
decir:
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RADIACIONES IONIZANTES.

Número de partículas detectadas.

Ed = x 100 %
Número de partículas que llegan al detector.

ÁNGULO SÓLIDO.
Por razones geométricas, de tamaño y forma del
detector con respecto a la fuente radiactiva, no
todas las radiaciones emitidas por una fuente
llegan a éste. En la figura Nº 7 (8 en el apunte),
se explicita la incidencia de este fenómeno en una
medición.
 DETECCIÓN DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES.
FIGURA Nº 7.
ÁNGULO SÓLIDO DE UN DETECTOR.

D
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RADIACIONES IONIZANTES.
Se observa que el detector abarca un pequeño
ángulo con respecto a la fuente , y por tanto, las
radiaciones que llegan a éste son sólo una fracción
de la actividad de la fuente emisora.
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IONIZANTES.
ANEXO Nº 1.
DETECTORES POR EXCITACIÓN.

INMEDIATOS (CENTELLADORES ORGÁNICOS).

DETECTOR. CARACTERÍSTICAS. USO EN PROT. RAD.

SZn (ag). Se fabrican en estado sólido y líquido y Monitoreo de neutrones

de distintos tamaños. rápidos y térmicos y
espect. de baja energía.

INMEDIATOS (CENTELLADORES INORGÁNICOS).

Ina (Tl). Se fabrican de distintos tamaños en la fase sólida de Espectrometría para radiación
la materia. Necesitan una electrónica sofisticada. Gamma y X de 10 keV a 10 MeV.
Poseen una alta eficiencia y poca resolución.

RETARDADOS.

Emulsión Tamaño pequeño y bajo costo. Dosimetría de las R.I, en un

fotográfica. Amplio rango de dosis.

Termoluminiscentes. Tamaño pequeño y bajo costo. Dosimetría personal en un

amplio rango de dosis.
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IONIZANTES.
ANEXO Nº 2.
DETECTORES POR IONIZACIÓN Y SEMICONDUCTORES.
DETECTOR CARACTERÍSTICAS. USO EN PROT. RADIOL.

Cámara Se fabrican de distintos tamaños y rangos Evaluación de dosis

absorbida
de ionización. De dosis. Necesitan una electrónica. No y campos pulsados.
discrimina tipos de R.I.

Contador Se fabrican de distintos tamaños y rangos Espectrometría de energías

proporcional. de dosis. Electrónica sofisticada. Discriminan
en energía y tipos de R.I.

Geiger Múller. Tamaño pequeño y bajo costo. Generan un Medición de partículas alfa y
pulso eléctrico de 10 V, lo que se traduce en beta.
una electrónica simple y de bajo costo. No Baja eficiencia
discrimina tipos de R.I. Para radiación X y Gamma.

Germanio-Litio. Opera a temperatura criogénica (77º k), con Espectrometría de energía

nitrógeno líquido para disminuir el ruido y Análisis cuali-cuantitativo
de mustras.
y aumentar la velocidad de respuesta.
Sistema de conteo y electrónica asociada
muy sofisticada.
Posee una alta resolución.