DETECCIÓN Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN
El ser humano no puede percibir directamente las radiaciones ionizantes. Por ello ha ideado procedimientos y aparatos para detectar, medir, cuantificar y analizar las radiaciones ionizantes con la finalidad de poder prevenir sus efectos perjudiciales y poder sacar ventaja de sus múltiples aplicaciones.
Interacción de la radiación con la materia
Para detectar la radiación tendremos en cuenta las distintas formas de interacción de la radiación con la materia y sus efectos:
Producción de carga
Cuando la radiación ionizante atraviesa un gas, provoca la ionización de una parte de sus átomos, liberando de iones positivos y electrones negativos. Con ello, el gas, que inicialmente se comportaba como un aislante eléctrico, pasa a ser parcialmente conductor. Midiendo la corriente eléctrica que circula por él, en determinadas condiciones, puede deducirse la intensidad de la radiación que lo atraviesa.
Excitación de luminiscencia
En ciertos sólidos transparentes, la radiación provoca la excitación de una fracción de sus átomos, los cuales se desexcitan inmediatamente emitiendo fotones luminosos. La medida de la luz emitida permite medir y analizar la radiación ionizante que provocó la excitación.
Disociación de la materia
En otros casos, la cesión de energía por la interacción de la radiación puede dar lugar a disociación, proceso en el que se rompen enlaces químicos produciendo alteraciones en la constitución de la materia. Un ejemplo de este fenómeno es el ennegrecimiento de placas fotográficas. Midiendo después la intensidad de dicho ennegrecimiento se puede deducir la dosis de radiación que ha alcanzado a la película fotográfica.
El efecto final de la interacción de la radiación en muchos tipos de detectores es la aparición de carga eléctrica en el volumen activo del dispositivo. Esto es cierto solamente en detectores de ionización (cámaras de ionización, contadores proporcionales, contadores Geiger) o detectores de semiconductor. Sin embargo es igualmente útil en otros detectores en los que la producción de la carga eléctrica es indirecta, como en los detectores de centelleo. Al establecer un campo eléctrico suficientemente intenso al dispositivo podemos medir la corriente cuya intensidad estará relacionada con la intensidad de la radiación ionizante que la ha producido.
Detectores de centelleo
La interacción de la radiación ionizante en medios materiales, tiene como consecuencia una absorción parcial o total de su energía por el medio. Esta energía cedida da lugar principalmente a procesos de excitación e ionización, siendo también convertida en calor en la mayor parte de substancias. Ciertos compuestos cristalinos (materiales luminiscentes) tienen la propiedad de que una parte de la energía absorbida la reemiten en forma de luz visible o ultravioleta.
Esta propiedad permite una nueva variante en los sistemas de detección, los llamados detectores de centelleo, formados por una sustancia luminiscente y un dispositivo fotoeléctrico llamado fotomultiplicador que convierte los destellos luminosos en impulsos eléctricos y mide la luz emitida por la sustancia luminiscente. Este detector es capaz de funcionar como espectrómetro, con las ventajas adicionales de un alto rendimiento de detección y un tiempo de resolución corto.
Actualmente se utilizan numerosos materiales como detectores de centelleo: materiales orgánicos (el antraceno, los líquidos de centelleo o los centelleadores plásticos) y substancias inorgánicas fluorescentes (el sulfuro de cinc activado con plata, SZn(Ag) y el ioduro sódico activado con talio, NaI(Tl)).

Para la detección de la radiación gamma, el NaI(Tl) constituye el cristal inorgánico más utilizado, dada su gran transparencia en la banda de emisión luminiscente, su alta razón de conversión de energía a fotones y que un 80 % de su masa está constituida por iodo, lo que proporciona un excelente rendimiento de detección, del orden de un 60 % para radiación gamma de unos 0,5 MeV. Estos cristales son muy higroscópicos (absorbentes de humedad) y se manejan siempre encapsulados, con una ventana de vidrio transparente que deja salir la luz generada.
Características de los detectores de centelleo
Respuesta en tiempos muy rápida
Los detectores de centelleo se caracterizan por una respuesta en tiempos muy rápida, lo que los hace muy útiles cuando se trata de medir tasas de llegada de impulsos muy altas.
Buena linealidad en energías
Buena linealidad en energías, dentro de un amplio intervalo. Como la luz producida es función de la energía disipada por la radiación y el fotomultiplicador es también un dispositivo lineal, la combinación de ambas da lugar a un detector de respuesta lineal en energías.
Alta sensibilidad a la radiación
Buena sensibilidad a la radiación, mucho mayor que en los detectores de ionización gaseosa, debido a la mayor densidad de los materiales centelleadores.
Pobre resolución en energías
Pobre resolución en energías. El rendimiento luminoso en los centelleadores es bastante bajo, por lo que el número de fotones producidos, al cual se encuentra ligado el poder de resolución en energías, es pequeño. Por su parte, el principio de funcionamiento del fotomultiplicador, contribuye a esta falta de resolución.
Capacidad de discriminación
Capacidad de discriminación por forma de impulso. Algunos materiales centelleadores proporcionan impulsos de forma diferente en función del tipo de radiación incidente.
Fotomultiplicador
Dispositivo que convierte la luz emitida por un cristal luminiscente en pulso eléctrico
El fotomultiplicador es un componente esencial en los detectores de centelleo, permitiendo la conversión de señales luminosas en señales eléctricas medibles.
Fotomultiplicadores en un detector de centelleo de una gammacámara de medicina nuclear.
Funcionamiento del fotomultiplicador
Al incidir luz sobre el fotocátodo, se emiten fotoelectrones que son dirigidos hacia el primer dinodo donde cada uno de ellos produce por ionización secundaria un número variable de electrones. Este proceso de multiplicación se repite en cada dinodo, formándose una avalancha de electrones con un factor de multiplicación del orden de 100000 - 10000000 electrones por cada fotoelectrón inicialmente emitido.
Emisión de fotoelectrones
La luz incide sobre el fotocátodo y produce la emisión de electrones
Multiplicación en dinodos
Los electrones son acelerados hacia los dinodos donde se multiplican
Formación de avalancha
Se genera una avalancha de electrones con un factor de multiplicación de 100000 - 10000000
Por Pedro Ruiz Manzano (HCU Lozano Blesa) y Mª Cristina Vázquez Cimorra (CPA Salduie)
Made with