DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN II

Transcripción

1 DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN II FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN. INTERACCIÓN RADIACIÓN MATERIA. INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA. INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS CARGADAS CON LA MATERIA. INTERACCIÓN DE NEUTRONES CON LA MATERIA. DETECTORES DE RADIACIÓN. DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN.

2 LOS EFECTOS DE LA INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN EN LA MATERIA PERMITEN OBTENER INFORMACIÓN ACERCA DE LA RADIACIÓN INCIDENTE. LOS DETECTORES SON DISPOSITIVOS BASADOS EN ESTOS EFECTOS QUE MIDEN LA RADIACIÓN Y SUS EFECTOS EN LOS MEDIOS.

3 Un detector de radiación es un dispositivo capaz de proporcionar una señal analizable cuando es alcanzado por la radiación. Está constituido por dos partes: Volumen de detección: región del material sensible a la radiación. Electrómetro: electrónica que procesa y muestra la información obtenida.

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5 CLASIFICACIÓN. Según el tiempo en que se obtiene la información Inmediatos. Diferidos. Según el fenómeno físico: Por ionización. Por excitación de niveles atómicos o moleculares.

6 TIPOS. INMEDIATOS DIFERIDOS IONIZACIÓN EXCITACIÓN GASEOSO ESTADO SÓLIDO CENTELLEO PELÍCULA RADIOG LUMINISCENTE

7 CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES SENSIBILIDAD Cantidad de radiación más pequeña que es capaz de detectar. Está relacionada con: El volumen de detección. La tensión a la que se somete el volumen de detección.

8 CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES EFICIENCIA ε = Nº partículas detectadas Nº partículas emitidas por la fuente ε = ε int ε geom Eficiencia intrínseca ε i = Nº eventos registrados Nº eventos incidentes en el detector Eficiencia geométrica Fracción de eventos que inciden en el detector

9 CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES RESPUESTA DEL DETECTOR El número de ionizaciones producidas en el detector es proporcional a la energía entregada por la radiación incidente en el volumen del dispositivo. MUCHOS DETECTORES SON CAPACES DE DAR INFORMACIÓN ACERCA DE LA ENERGÍA DE LA RADIACIÓN

10 CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES RESOLUCIÓN DE ENERGÍA Capacidad de distinguir entre dos radiaciones de energía muy próxima. La resolución viene dada por la anchura a mitad de altura (FWHM) de la señal.

11 CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES RESOLUCION RELATIVA

12 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA

13 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA Gas de relleno: Aire a presión atmosférica. Gases nobles como argon. La carga se colecta aplicando una diferencia de potencial. (Cátodo y ánodo). El circuito se conecta a un amperímetro. La intensidad será proporcional a la carga colectada. INFORMACIÓN SOBRE LA INTENSIDAD DE LA RADIACIÓN.

14 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA IONIZACIÓN SIMPLE AMPLIFICACIÓN DEL GAS

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16 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA ZONA I: RECOMBINACIÓN. Tensión: V. La carga no llega a los electrodos. Se recombina volviendo a dar átomos neutros. NO SE UTILIZA PARA LA MEDIDA DE LA RADIACIÓN.

17 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA ZONA II: SATURACIÓN. Tensión: V. No hay recombinación. No se multiplica la carga. G = 1 El tamaño del pulso depende de la ionización primaria y por tanto de la energía de la radiación. CÁMARAS DE IONIZACIÓN.

18 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA ZONA II: SATURACIÓN. CÁMARAS DE IONIZACIÓN. DISTINGUE ENTRE DISTINTOS TIPOS DE PARTÍCULAS Y ENERGÍAS. SE APLICAN MÁS A DETECCIÓN DE FOTONES Y PARTÍCULAS BETA. BAJA SENSIBILIDAD Y ALTA EXACTITUD. FRÁGILES Y SENSIBLES A LA HUMEDAD.

19 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA ZONA III: PROPORCIONAL. Tensión: V La carga adquiere energía suficiente para producir nuevas ionizaciones. EFECTO EN CASCADA. G = 10 4 Se conserva la dependencia con la energía de las radiaciones. Indicado en detección de partículas BETA Y ALFA. CONTADORES PROPORCIONALES.

20 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA ZONA IV: PROPORCIONALIDAD LIMITADA. Se producen efectos no lineales debido a los iones positivos generados en los procesos de ionización secundarios. Se pierde la proporcionalidad de la señal con la energía de la radiación incidente. NO TIENE DEMASIADO INTERÉS.

21 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA V: ZONA GEIGER Tensión: V. Por cada impulso recogido se forma una avalancha de cargas. G = Se pierde la dependencia con la energía de las radiaciones. Se usa para detectar radiación BETA Y GAMMA. DETECTORES GEIGER-MÜLLER.

22 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA ZONA IV: PROPORCIONALIDAD LIMITADA. DETECTORES GEIGER-MÜLLER. ALTA SENSIBILIDAD: CAPACIDAD PARA DETECTAR PEQUEÑAS CANTIDADES DE RADIACIÓN. LENTOS: TARDAN EN RECUPERARSE ENTRE UN IMPULSO Y OTRO. NO IDENTIFICA EL TIPO DE RADIACIÓN QUE DETECTA. UTILIZA GASES NOBLES PARA AUMENTAR SU DURABILIDAD.

23 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR SÓLIDOS CRISTALINOS.

24 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR ENERGÍA DE LOS ELECTRONES DEL SÓLIDO CRISTALINO. Los niveles energéticos de los átomos aislados se ven alterados al interaccionar éstos entre sí al ser empaquetados en el cristal. La energía de los electrones se ve afectada por la presencia de todos los átomos.se FORMAN BANDAS DE ENERGÍA. Hay energías permitidas y energías prohibidas.

25 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR

26 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR

27 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR

28 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR Nº de electrones de la banda de conducción igual al nº de huecos de la banda de valencia.

29 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR Semiconductor tipo n Electrones en la banda de conducción mayoritarios. Genera un nivel de energía en la banda prohibida muy cerca de la banda de conducción.

30 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR Semiconductor tipo p Huecos en la banda de valencia mayoritarios. Se genera un nivel de energía muy proximo a la banda de valencia en la zona prohibida.

31 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR

32 DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO O SEMICONDUCTOR El paso de la radiacion ionizante por el cristal semiconductor, provoca el paso de electrones de la banda de valencia a la banda de conduccion (electrones libres). No se necesita de una diferencia de potencial para recoger la carga. Tienen una gran eficiencia de deteccion, ya que su densidad es muy alta. Se necesita muy baja energia para promocionar el electron a la banda de valencia, lo que hace que tengan una gran resolucion energetica.

33 DETECTORES DE TERMOLUMINISCENCIA Formado por elementos cristalinos con impurezas y defectos en la red cristalina. LA CANTIDAD DE LUZ EMITIDA SERÁ PROPORCIONAL A LA RADIACIÓN IONIZANTE ABSORBIDA.

34 DETECTORES DE TERMOLUMINISCENCIA Amplio margen de dosis detectables. USO EN DOSIMETRÍA AMBIENTAL Capacidad para acumular dosis en amplios periodos de tiempo. Respuesta lineal.

35 DETECTORES DE TERMOLUMINISCENCIA VENTAJAS: DESVENTAJAS: ELEVADA PRECISIÓN. LINEALIDAD. GRAN SENSIBILIDAD A BAJOS NIVELES DE RADIACIÓN. SON REUTILIZABLES. SON SENSIBLES A LA TEMPERATURA Y A LA LUZ. LA INFORMACIÓN DESAPARECE AL SER LEÍDOS.

36 DETECTORES DE PELÍCULA FOTOGRÁFICA Soporte de celuloide EMULSIÓN FOTOGRÁFICA (10-25 μm) BASE EMULSIÓN FOTOGRÁFICA Soporte de celuloide Emulsión fotográfica: granos de AgBr. Ag + + e - Ag(s). La plata sólida constituye la imagen latente. Poco precisos, poco lineales y poco eficientes. Se saturan después de recibir una cierta dosis.

37 DETECTORES DE CENTELLEO La fracción de energía que se convierte en luz depende de: Fotocátodo Material del cristal de centelleo. La naturaleza de la partícula incidente. La energía de la partícula incidente. NaI (Tl), CsI (Tl). Para neutrones materiales plásticos.

38 DETECTORES DE CENTELLEO

39 DETECTORES DE CENTELLEO Convierte la energía cinética de las partículas cargadas en luz con ALTA EFICIENCIA. La energía luminosa es proporcional a la energía impartida al centelleador. El material es transparente a la longitud de onda de la luz emitida. Las señales generadas son rápidas. Se pueden construir detectores de diferentes dimensiones.

40 DETECTORES DE NEUTRONES El volumen de detección es un gas F 3 B. Se produce carga a partir de reacciones nucleares: 10 B (n,α) 7 Li Neutrones lentos (térmicos): contadores proporcionales de trifluoruro de boro. Neutrones rápidos: se añade una capa de parafina o grafito para hacerlos más lentos.

41 DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN VIGILANCIA RADIOLÓGICA DEL LUGAR DE TRABAJO MONITORES DE TASA DE DOSIS MONITORES DE RADIACIÓN Deben estar calibrados en: Dosis equivalente ambiental, H*(d). Dosis equivalente direccional, H (d,w). MONITORES DE TASA DE CONTAMINACIÓN Miden niveles de radiación. Tasa de recuento (cps, cpm). Actividad superficial (Bq/cm2 )

42 DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN VIGILANCIA INDIVIDUAL DOSÍMETROS Dosímetros de TLD. Requieren de un proceso de lectura. Activos. Lectura inmediata de dosis y tasa de dosis.