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Una de las magnitudes a evaluar en radiaciones nucleares es la "intensidad" con que esta radiación incide en un cierto punto. Es decir la cantidad de eventos detectados por unidad de tiempo (partículas alfa o beta o fotones gamma o X, entre otros). A eso le llamamos "tasa de cuentas" y la representamos con la letra "R" (por nombre en inglés, "Rate")
Detector Geiger
Un dispositivo muy económico capaz de detectar estos eventos es el detector Geiger Müller. Consiste en un cilindro que contiene gas a baja presión con dos electrodos. Ese gas es aislante pero, cuando una partícula accede a él ioniza sus átomos muy rápidamente volviéndolo conductor. Si se lo alimenta con una fuente de tensión moderada (típicamente 500V), esta ionización provoca un pulso de corriente. Si contamos estos pulsos durante un tiempo determinado, el cociente entre el número de pulsos y el tiempo de medición nos dará la tasa de cuentas deseada.
Un tubo Geiger es capaz de detectar con distinto grado de eficiencia tanto, partículas cargadas, como fotones pero, las partículas alfa no son capaces de atravesar el material de vidrio y/o metálico de sus paredes. por ello, muchos detectores Geiger poseen una muy delgada ventana de mica que permiten el paso de partículas alfa. Como esta ventana es sumamente delicada, tales detectores, incluyen una tapa plástica extraíble para su protección.
En nuestro caso el detector es un tubo Geiger Müller marca Phílips tipo 18504. Sus principales características son las siguientes:
Tipo de radiación detectada: alfa, beta, gama y X.
Tensión de operación recomendada: 500 V. (Plateau: entre 400 V y 600 V).
Ventana de mica: diámetro = 9 mm, espesor = 2 a 3 mg/cm2 (con tapa plástica extraíble de protección)
Tiempo muerto (a 500V): 90 microsegundos
Monitor de radioprotección
Monitor de radioprotección
Radiation Alert-Monitor 4 – Alfanuclear S. A.
Detecta radiaciones ionizantes mediante un tubo Geiger-Mueller (GM) con una ventanilla de mica delgada (1,5 a 2,0 mg/cm2.), por lo que es sensible a partículas α, β y a radiación γ y X. Es un instrumento de aguja con 2 escalas. Da una medida instantánea de la tasa de cuentas en cuentas / minuto o la tasa de exposición en mR/h (calibrada para Cs137).
Especificaciones:
- Sensibilidad de 1000 [cpm] (cuentas por minuto) por [mR/h] para Cesio-137.
- Exactitud de +/- 10% de plena escala para Cesio-137
- La amplitud máxima de medición es de 0,5 [mR/h] para la posición ×1 , 5 [mR/h] para la posición ×10 (la lectura se multiplica por diez) y 50 [mR/h] para la posición ×100 (la lectura se multiplica por cien).
Nuestro contador de pulsos está asociado al medidor de tiempo, con lo que se logra evitar el error adicional generado por el tiempo de reacción del operador. Su error en la medición de tiempo es muy pequeño (0,03%)
Detector de centelleo
Como dijimos, el detector Geiger es muy económico, pero es totalmente incapaz de discriminar las distintas energías y demás características de las emisiones detectadas. Cualquiera sea el evento que produzca la ionización y cualquiera sea su energía, el pulso de salida será siempre igual.
Un detector que nos permite evaluar la energía de la radiación incidente es el detector de centelleo el cual nos entrega un pulso eléctrico, por cada evento detectado, cuya altura en volts es proporcional a la energía absorbida por él.
En consecuencia, la esencia de la medición de energías es hacer un análisis de altura de pulso (PHA por sus iniciales en inglés) que podemos realizar mediante dos tipos de equipos (analizador monocanal y analizador multicanal).
Los centelladores pueden ser orgánicos o inorgánicos
Cuando en el material centellador incide radiación, los fotones que la componen sufren interacciones con el mismo, excitando sus átomos. Cuando el sistema vuelve al equilibrio, esos átomos entregan la energía almacenada en forma de radiación lumínica visible, la cual ya es capaz de excitar un fotodetector. Como fotodetector, se suele utilizar un tubo fotomultiplicador.
Esquema simplificado
Aspecto real
El fotomultiplicador consta de un fotocátodo, un ánodo, y varios dinodos multiplicadores (10 en nuestro caso). La polarización del tubo se realiza aplicando la alta tensión que provee la fuente entre el fotocátodo y el ánodo. Los dinodos se encuentran a potenciales intermedios respecto a ambos, lo cual se logra mediante un divisor resistivo.
Con ésta polarización aplicada, la luz que emite el centellador incide en el fotocátodo donde, por efecto fotoeléctrico, se liberan electrones. Dichos electrones son acelerados hacia el primer dinodo por el potencial aplicado. Al impactar con este se liberan electrones adicionales por emisión secundaria. Este proceso se repite en todos los dinodos, lográndose una multiplicación del orden de un millón de veces a lo largo del recorrido. La totalidad de estos electrones alcanzan el ánodo, conformando un pulso de corriente proporcional a la energía del fotón incidente.
En nuestro caso, usaremos centelladores de tipo inorgánico que consisten en un cristal de Ioduro de Sodio activado con Talio NaI(Ta) y un fotomultiplicador RCA 6655A o similar. Estos detectores son capaces de detectar solo radiaciones electromagnéticas (gamma y equis).
del Monocanal
del Monocanal
Cristal: 5,45 cm (largo) x 4,91 cm (diámetro)
Resolución espectral aproximada (Cs137): 11,5%
del Multicanal
del Multicanal
Cristal: 8,25 cm (largo) x 8,39 cm (diámetro)
Resolución espectral aproximada (Cs137): 8,5%
Fuente de alta tensión:
Es una fuente de tensión continua del orden de los 1000 V y muy baja corriente.
Debido a que su valor de tensión tiene suma importancia en el factor de multiplicación del fotomultiplicador, debe diseñarse para lograr una gran estabilidad temporal y un muy bajo ruido. Su ajuste preciso por parte del operador, puede ser una muy buena herramienta para poner en escala adecuada la medición.
Las características de nuestra fuente de alta tensión son las siguientes:
Tensión Continua estabilizada regulable en forma continua entre 600 y 1200V
Baja deriva térmica
Corriente de salida máxima de 1.5 mA
Ripple (ondulación) de salida menor que el 0.1 por ciento
Protección contra cortocircuito en la carga
El equipo de medición que se encarga de analizar todos los pulsos obtenidos mediante el detector de centelleo es un dispositivo específico que, entre otras cosas, permite construir "Espectros" de energía. Como sus características y modo de operación son muy particulares y diferentes para cada caso, se analizarán en la sección Espectrometría de las experiencias virtuales propiamente dichas.
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