1.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 1
Unidad Operativa de Materiales
Instituto Peruano de Energía Nuclear
CURSO DE RADIOQUIMICA BASICA PARA DOCENTES
Tema: Detección de Radiaciones e Instrumentación
Expositor: Paula Olivera

2.
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Diapositiva 2
Unidad Operativa de Materiales
Conceptos previos necesarios

3.
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Diapositiva 3
Unidad Operativa de Materiales
TIPOS DE RADIACIONES
RADIACIONES IONIZANTES
Alta energía
RADIACIONES NO
IONIZANTES
Baja energía
Partículas
α++ alfa
β+ Beta positiva
β­ Beta negativa
n Neutrones
Ondas electromagnéticas
Rayos X
γ Rayos gamma
Ondas electromagnéticas
Ultravioleta
Visible
Infrarrojo
Láser
Microondas
Radiofrecuencia
Ultrasonido

4.
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Diapositiva 4
Unidad Operativa de Materiales
Características de las radiaciones
Tipo de
radiación
Energía
(MeV)
Alcance en Resultado de la interacción con Blindaje
Alfa 3­9 MeV Aire: 2­8 cm.
Agua: 20­40 µ
ELECTRONES ORBITALES
Ionización directa
NÚCLEOS
Radiación de frenado gamma
(Bremsstrahlung)
Hoja de papel
Guantes
Beta 0­3 MeV Aire: 0­10 m
Agua: 0­1mm
ELECTRONES ORBITALES
Ionización directa
NÚCLEOS
Radiación de frenado gamma
(Bremsstrahlung)
Dos capas
1­Material de
bajo Z
2­ Material de
alto Z
Gamma
Rx
10 MeV­
0,01 MeV
Aire: cm­ 100m
Agua: mm ­cm
ELECTRONES ORBITALES
Ionización indirecta
NUCLEO
Formación de pares: e+ y e­
Material de
alto Z
Plomo
Concreto

5.
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Diapositiva 5
Unidad Operativa de Materiales
CONCEPTOS BASICOS DE QUIMICA NUCLEAR
ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
Longitud de onda
Energía l
Rayos Cósmicos 12,4 MeV 0,001 A0
1,24 Mev 0,01 A0
Rayos g 124 KeV 0,1 A0
Rayos X 12,4 KeV 1 A0
1,24 KeV 10 A0
Rayos UV 124 eV 1x10­6 cm.
Luz Visible 3,1 eV 4x10­5 cm.
1,8 eV 7x10­5 cm.
Rayos IR 1,24x10­2eV 1x10­2 cm.
Microondas 1,24x10­4eV 1 cm.
UHF, TV, FM
ondas de radio 4x10­10 eV 30 Km.

6.
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Diapositiva 6
Unidad Operativa de Materiales
Tabla de Nucleidos

7.
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Diapositiva 7
Unidad Operativa de Materiales
LAESTRUCTURAELECTRÓNICA del átomo determina sus
propiedades químicas
Na ( z = 11 )
1s2 2s2 2p6 3s1 dona un electrón à Na + (reductor)
Cl (z = 17)
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 gana un electrón à Cl­ (oxidante)
Según la configuración electrónica se ordena la tabla periódica
Conceptos Básicos de Química Nuclear

8.
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Diapositiva 8
Unidad Operativa de Materiales

9.
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Diapositiva 9
Unidad Operativa de Materiales
Penetración de las Radiaciones:
Papel
Fuente a
Fuente b
Fuente g
Fuente a
Fuente b
Fuente g
Fuente a
Fuente b
Fuente g
5 mm de Aluminio
10 mm de Plomo
Detector
Detector
Detector

10.
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Diapositiva 10
Unidad Operativa de Materiales
Interacción de la Radiación con la materia

11.
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Diapositiva 11
Unidad Operativa de Materiales
FUNDAMENTOS PARA LA
DETECCIÓN DE
RADIACIONES

12.
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Diapositiva 12
Unidad Operativa de Materiales
La detección y medición de las radiaciones
ionizantes se basa en su interacción con la
materia (ionización y excitación).
Para la detección de las radiaciones
ionizantes se requiere el empleo de
dispositivos adecuados denominados
sistemas detectores.
Principio de la detección de la radiación

13.
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Diapositiva 13
Unidad Operativa de Materiales
La detección se basa en la producción de
una señal como respuesta a la radiación
recibida.
El detector es un dispositivo que transforma
la energía de un campo de radiación en una
señal (eléctrica, luminosa, etc.) o pulso de
salida.

14.
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Diapositiva 14
Unidad Operativa de Materiales
Detección de radiaciones
• El diseño de los detectores está basado en el
conocimiento de la interacción de las
radiaciones con la materia.
• Las radiaciones depositan energía en los
materiales, principalmente a través de la
ionización y excitación de sus átomos
• Puede haber emisión de luz, cambio de
temperatura, o efectos químicos, todo lo cual
puede ser un indicador de la presencia de
radiación

15.
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Diapositiva 15
Unidad Operativa de Materiales
DETECCION
RADIACION
IONIZANTE
TRATAMIENTO
DE LA SEÑAL
PROCESAMIENTO
DE LA
INFORMACION
EMISION
DE LA
INFORMACION
UTILIZACION
MEDICION DE LAS RADIACIONES

16.
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Diapositiva 16
Unidad Operativa de Materiales
Tipos de detectores

17.
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Diapositiva 17
Unidad Operativa de Materiales
TIPO DE
DETECTOR
Inmediatos Retardados
Por ionización Por
excitación
Por
ionización
Por excitación
∙ gaseosos
∙ semiconductores ∙ centelleo ∙ película ∙ termoluminiscente
(TLD)
CLASIFICACION

18.
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Diapositiva 18
Unidad Operativa de Materiales
DETECTORES DE IONIZACIÓN DE GAS
• Estos detectores constan de un gas encerrado en un
recipiente de paredes tan delgadas como sea posible
para no interferir con la radiación que llega. Los iones
positivos y negativos (electrones), producidos por la
radiación dentro del gas, se recogen directamente en
un par de electrodos a los que se aplica un alto voltaje.
Funcionamiento de un
detector gaseoso. Los iones y
electrones producidos en el
gas por la radiación son
colectados en el ánodo y el
cátodo.

19.
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Diapositiva 19
Unidad Operativa de Materiales
Constitución de un detector gaseoso
Constituido por un recinto que contiene un
gas, el cual es sometido a un campo
eléctrico producido por una diferencia de
potencial aplicada entre dos electrodos
V
I
ANODO
CATODO
ION ­
ION +
V BATERIA

20.
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Diapositiva 20
Unidad Operativa de Materiales
• Debido a la baja densidad de un gas
(comparado con un sólido), los detectores
gaseosos tienen baja eficiencia para detectar
rayos X o gamma (típicamente del orden de
1%) pero detectan prácticamente todas las
alfas o betas que logran traspasar las paredes
del recipiente.
• El comportamiento de este tipo de detector
depende de la tensión de alimentación

21.
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Diapositiva 21
Unidad Operativa de Materiales
Regiones de operación de un detector gaseoso

22.
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Diapositiva 22
Unidad Operativa de Materiales
Energía media necesaria para formar
un par electrón­ión w
Gas w (eV/par)
2 H 37
He 41
2 N 35
2 O 31
Aire 35
Ne 36
Ar 26

23.
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Diapositiva 23
Unidad Operativa de Materiales
Modos de operaci
Modos de operació
ón
n
•
• C
Cá
ámaras de Ionizaci
maras de Ionizació
ón: intensidad del campo
n: intensidad del campo
•
• Contadores proporcionales:
Contadores proporcionales: contaje de eventos
contaje de eventos
•
• Contadores Geiger Muller:
Contadores Geiger Muller: beta o fotones
beta o fotones

24.
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Diapositiva 24
Unidad Operativa de Materiales
Cámara de ionización (CI)
• Reciben este nombre los detectores de gas que
trabajan en la zona de saturación, o sea, aquella en la
que se produce una recolección de todas las cargas
producidas, por lo que el valor de la corriente resulta
proporcional a la energía depositada por la radiación
por unidad de tiempo, es decir que la corriente es
proporcional a la tasa de dosis.
• Estos detectores se utilizan principalmente para la
medida de dosis o tasa de dosis y al ser la cantidad de
cargas eléctricas producidas muy pequeña se requiere
una gran amplificación de la corriente generada en el
detector

25.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 25
Unidad Operativa de Materiales
•La amplitud de la señal es proporcional al número de
iones formados, i.e., a la energía
depositada por la radiación (típicamente 0,5 mV/MeV de
energía depositada)
! es independiente del voltaje entre electrodos (V∼ 100­
1000 V)
• el voltaje determina la velocidad de deriva de los iones
hacia los electrodos (típicamente 1 m/s para tensiones de
100V/cm)
•La corriente eléctrica medida es proporcional tanto a la
actividad de la fuente (o intensidad de rayos X o γ ) como
a la energía de la radiación .
Cámaras de ionización

26.
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Diapositiva 26
Unidad Operativa de Materiales
Aplicación de las Cámaras de ionización
• Miden exposición y kerma
• Colectan todas las cargas generadas en la
interacción
• Se utilizan en Radioterapia, Radiodiagnóstico
y Radioprotección

27.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 27
Unidad Operativa de Materiales
Contador proporcional
• Este tipo de detectores trabajan en la zona
proporcional. En ellos se aprovecha el proceso
de amplificación de la carga eléctrica que se
produce en el gas, por efecto de las
ionizaciones creadas por los electrones
primarios, de tal forma que la carga eléctrica
generada es igual a la carga inicial
multiplicada por el factor de amplificación del
gas que puede alcanzar valores de 105 ­ 106.

28.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 28
Unidad Operativa de Materiales
•Se produce ionización secundaria
• Los electrones secundarios acelerados producen una
avalancha o cascada de ionizaciones
• El número de pares de la avalancha es proporcional a la
ionización primaria (medida de energías y/o actividades)
• Campo eléctrico en geometría cilíndrica :
• Tiempo de formación de la avalancha ∼ 1μs ⇒
funcionamiento en modo pulso ⇒ recuentos de tasas de
106s−1
Contador proporcional

29.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 29
Unidad Operativa de Materiales
Proportional Counter
Anode Filament
Fill Gases: Neon, Argon, Xenon, Krypton
Pressure: 0.5­ 2 ATM
Windows: Be or Polymer
Sealed or Gas Flow Versions
Count Rates EDX: 10,000­40,000 cps WDX: 1,000,000+
Resolution: 500­1000+ eV
Window

30.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 30
Unidad Operativa de Materiales
Aplicaciones del Contador proporcional
• La carga recolectada es función de:
– Alta tensión
– Energía de la partícula incidente
• Se utiliza en espectroscopia X y beta de baja energía,
y en monitoreo de contaminación alfa, beta y gamma
• rayos X de baja energía, electrones de baja energía.
Con gases 3 BF o 3He se detectan neutrones térmicos
o epitérmicos (0,1 eV­100 KeV)

31.
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Diapositiva 31
Unidad Operativa de Materiales
Detector Geiger­Müller
Son indicadores de la presencia de radiación, pero no
pueden medir su energía. Son los más usados porque son
fáciles de operar, soportan trabajo pesado, son de
construcción sencilla y se pueden incorporar a un monitor
portátil. Generalmente operan con voltaje de alrededor de
700 a 800 volts, pero esto puede variar según el diseño de
cada detector.

32.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 32
Unidad Operativa de Materiales
Contador Geiger Muller
• Avalanchas secundarias en cualquier parte del tubo
producidas por fotones emitidos por átomos excitados en
la avalancha original.
• Se pierde información de la ionización primaria, i.e., de la
energía de la partícula a medir: contador de pulsos
• La misma señal para todas las partículas (∼ 1V)
• Tiempo de la señal: 1μs (tiempo de recolección de
electrones)
• Tiempos muertos de 200 ­ 500μs (tiempo de deriva de
iones)

33.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 33
Unidad Operativa de Materiales
La eficiencia de detección depende del tipo de radiación, las radiaciones
alpha y beta, poco penetrantes y altamente ionizantes, son detectadas
prácticamente en su totalidad, pero no así la radiación gamma.

34.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 34
Unidad Operativa de Materiales
CALIBRACIÓN DE DETECTORES
• No todas las radiaciones que llegan a un detector
producen un pulso
• La eficiencia de un detector está dada por la relación
entre el número de radiaciones que cuenta y el número
que le llegó.
• El tipo y la energía de la radiación afectan la eficiencia
de un detector
• Las eficiencias relativas de un detector para alfas,
betas, gammas o neutrones son muy diferentes, debido
a los diferentes mecanismos de interacción de cada uno
de ellos con materia

35.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 35
Unidad Operativa de Materiales
TIEMPO MUERTO
• Lo primero que sucede es
que los electrones
producidos en la
ionización, por ser muy
veloces, llegan
rápidamente al ánodo (+),
provocando una caída
brusca de su voltaje en una
fracción de microsegundo.
• Los iones positivos se
mueven más lentamente,
tardando cientos de
microsegundos en llegar al
cátodo para restablecer las
condiciones iniciales.
• Durante este tiempo, llamado tiempo muerto del
detector, éste no puede producir nuevos pulsos.

36.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 36
Unidad Operativa de Materiales
• El tiempo muerto del detector (tm) depende de su
diseño, del voltaje aplicado, del circuito externo y del
gas utilizado.
• Se puede corregir la razón de conteo medida (m) para
obtener la razón de conteo real (n). Esta sería la razón
de conteo si no hubiese tiempo muerto. La corrección
se hace aplicando la fórmula:

37.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 37
Unidad Operativa de Materiales
Detector de centelleo
• Existen algunas sustancias que reciben el nombre de
centelleadores por que presentan la propiedad de producir
descargas luminosas o centelleo, cuando son expuestas a la
radiación ionizante
• El proceso de producción de luz, se basa en la interacción de
radiación con materia
• La intensidad de la luz obtenida resulta proporcional a la
energía de la radiación absorbida
• Como la intensidad de luz producida es muy débil se requiere
el uso de un fotomultiplicador para poderla detectar, de tal
forma que en su uso práctico, el detector de centelleo está
acoplado al fotomultiplicador
• La detección por centelleo es en la práctica el sistema
mayormente empleado en todos los equipos de medicina
nuclear, utilizándose para ello distintos materiales.

38.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 38
Unidad Operativa de Materiales
DETECTORES DE CENTELLEO
Principio de funcionamiento
1. La radiación incidente interacciona con los
átomos y moléculas del material excitándolos
2. Los estados excitados se desexcitan emitiendo
luz visible (o próxima al visible) de fluorescencia
3. La luz llega a una superficie fotosensible
arrancando fotoelectrones
4. Los electrones se aceleran y se multiplican para
formar un pulso eléctrico en el tubo
fotomultiplicador

39.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 39
Unidad Operativa de Materiales
• La luz de centelleo y la
multiplicación electrónica son
• básicamente proporcionales a la
energía depositada ⇒ medidas
• de energía (25 eV/fotón en el INa ,
300 eV/fotón en el BGO)
• • El tiempo de respuesta del detector
es muy rápido ⇒ medidas
• temporales (1 ns – 300 ns)
• • La forma de la señal eléctrica
resultante permite discriminar entre
• diferentes partículas

40.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 40
Unidad Operativa de Materiales
TUBO FOTOMULTIPLICADOR
• El fotomultiplicador (PMH) es
un tipo especial de válvula
electrónica que representa
una parte fundamental en un
sistema de detección por
centelleo.
• Su misión consiste en
convertir la luz emitida por el
detector de centelleo en una
señal eléctrica.
• Para su funcionamiento, se utilizan una tensión continua del
orden de 1000 a 1500 V, aplicados entre el fotocátodo y el
ánodo, entre los dinodos se aplica una tensión del orden de
100 V mediante un divisor de tensión a base de
resistencias.

41.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 41
Unidad Operativa de Materiales
Scintillation Detector
PMT (Photo­multiplier tube)
Sodium Iodide Disk Electronics
Connector
Window: Be or Al
Count Rates: 10,000 to 1,000,000+ cps
Resolution: >1000 eV

42.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 42
Unidad Operativa de Materiales
Espectrometría gamma

43.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 43
Unidad Operativa de Materiales
ØUn detector está compuesto de material no conductor o semi­conductor entre
dos electrodos cargados.
ØLos rayos X ionizan al material del detector provocando su conductividad
momentánea.
ØLos electrones liberados son acelerados a través del ánodo del detector para
producir la salida de un pulso.
ØEn el material semi­conductor ionizado se produce pares electrón­hueco, el
numero de pares es proporcional a la energía del fotón de rayos X
Detectores semiconductores
e
E
n =
Donde:
n Numero de pares electrón hueco producido
E Energía del fotón de rayos X
E 3.8 eV para el Si a temperatura de Nitrógeno
líquido

44.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 44
Unidad Operativa de Materiales
Detectores semiconductores
• Si(Li)
• PIN Diode
• Silicon Drift Detectors
• Proportional Counters
• Scintillation Detectors

45.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 45
Unidad Operativa de Materiales
Si(Li) Detector
Ventana de Be
Si(Li)
cristal
Termo de Nitrógeno
liquido
Criostato super frio (dedo frio)
Cooling: LN2 or Peltier
Window: Beryllium or Polymer
Counts Rates: 3,000 – 50,000 cps
Resolution: 120­170 eV at Mn K­alpha
FET
Pre­Amplificador

46.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 46
Unidad Operativa de Materiales
Detector Si(Li)
Rayos X
Rayos X
Ventana
Ventana
de Berilio
de Berilio
Vacio
Vacio
Si(Li)
Si(Li)
Crystal
Crystal
Barra de
Barra de
cobre
cobre
H.V.
H.V.
LN
LN2
2
Amplificador
Amplificador
Contacto
Contacto
de Oro
de Oro
Transistor
Transistor

47.
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Diapositiva 47
Unidad Operativa de Materiales
DETECTOR
p n
i
~ 4 mm
100 nm
20 nm
4­11 mm
CAPA DE Au
FET
e­
huecos
AMPLIFICADOR
PRINCIPAL ALTO VOLTAJE
N2 LIQUIDO
VACIO
CAPA
EXTERNA
RAYOS ­ X
VENTANA
DE Be
CONTACTO
DE Au
CRISTAL
DE Si (Li)
BARRA DE Cu

48.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 48
Unidad Operativa de Materiales
Esquema de un detector de Si(Li)

49.
IPEN : Direccion de Investigacion y Desarrollo
Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 49
Unidad Operativa de Materiales
Si(Li) Cross Section

50.
IPEN : Direccion de Investigacion y Desarrollo
Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 50
Unidad Operativa de Materiales
50

51.
IPEN : Direccion de Investigacion y Desarrollo
Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 51
Unidad Operativa de Materiales
51

52.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 52
Unidad Operativa de Materiales
PIN Diode Detector
Cooling: Thermoelectrically cooled (Peltier)
Window: Beryllium
Count Rates: 3,000 – 20,000 cps
Resolution: 170­240 eV at Mn k­alpha

53.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 53
Unidad Operativa de Materiales
Silicon Drift Detector­ SDD
Packaging: Similar to PIN Detector
Cooling: Peltier
Count Rates; 10,000 – 300,000 cps
Resolution: 140­180 eV at Mn K­alpha

54.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 54
Unidad Operativa de Materiales
Espectros de alta resolución

55.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 55
Unidad Operativa de Materiales
Lineas caracteristicas K y L
0
500
1000
1500
2000
2 4 6 8 10 12 14 16 18
Energia (KeV)
Cuentas
Ka
Kb
La
Lb

56.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 56
Unidad Operativa de Materiales
Espectro de Fluorescencia de Rayos X
Muestra: sortija de oro
Fuente de excitacion: Cd­109
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Energia (KeV)
Intensidad
(Cuentas)
Cu­Ka
Cu­Kb
Au­La Au­Lb
Au­Lg 1
Au­Ll

57.
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Diapositiva 57
Unidad Operativa de Materiales
Calibracion diaria
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
No. de Canal
Cuentas
Ti
Mn
Cu Zr
Ag

58.
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Diapositiva 58
Unidad Operativa de Materiales
òvdv
Û'Î
´
³
a
b
Si
Cl
Ca
Ti
Cr
Fe
Cu
Ga
(EI)
Se Sr
ESPECTRO DE TXRF DE UNA SOLUCIÓN PATRÓN CON 10 mg/g DE ELEMENTO

59.
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Diapositiva 59
Unidad Operativa de Materiales
Espectro de Fluorescencia de Rayos X
Fuente Radiactiva: Cd­109
Muestra: NONI calcinado
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
2.0 4.3 6.5 8.8 11.0 13.2 15.5 17.7
Energia (KeV)
Cuentas
Cl
K
Ca­Ka
Ca­Kb
Mn
Fe­Ka
Fe­Kb
C
Zn­Ka
Zn­Kb
Br
Rb­Ka
Sr­Ka
Rb­Kb
Sr­Kb
Mo­Ka

60.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 60
Unidad Operativa de Materiales
Resoluci
Resolució
ón de un detector
n de un detector

61.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 61
Unidad Operativa de Materiales
Resolución de los detectores

62.
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Diapositiva 62
Unidad Operativa de Materiales
Resolución de los detectores

63.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 63
Unidad Operativa de Materiales
Resolución de un detector Si­Li
a

64.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 64
Unidad Operativa de Materiales
Eficiencia de detecci
Eficiencia de detecció
ón
n
La eficiencia de un detector es la probabilidad de
éxito de detectar una determinada radiación. La
eficiencia depende del detector, del tipo de radiación
y de la disposición del experimento. En general la
eficiencia se expresa como el producto de dos
eficiencias: la intrínseca, o la probabilidad de que
una radiación se detecte cuando esta ha penetrado
dentro del detector; y la geométrica, o la
probabilidad de que la radiación emitida por la
fuente alcance el detector

65.
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Diapositiva 65
Unidad Operativa de Materiales
Eficiencia de detección

66.
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Diapositiva 66
Unidad Operativa de Materiales
Ventana de pol
Ventana de polí
ímero
mero
¨ Respuesta de un detector con ventana de polímero
comparado con uno de ventana de Be estándar
¨ Permite mejorar 10 veces el MDL para sodio (Na)

67.
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Diapositiva 67
Unidad Operativa de Materiales
Interferencias

68.
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Diapositiva 68
Unidad Operativa de Materiales
Picos de escape

69.
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Diapositiva 69
Unidad Operativa de Materiales
Picos Suma
§ Dos fotones llegan al detector a la misma
vez.
§ El detector reconoce a las dos señales como
una.
§ La energia de la señal reconocida
corresponde a la suma de las dos
incidentes).
E2Ka; E2Kb; Eka+EKb

70.
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Diapositiva 70
Unidad Operativa de Materiales
Picos suma

71.
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Diapositiva 71
Unidad Operativa de Materiales
Brehmstrahlung
O radiación continua:
Aparece por la desaceleración de los electrones provenientes
de un tubo de rayos X

72.
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Diapositiva 72
Unidad Operativa de Materiales
Interferencia espectrales
• La resolución del detector es
determinante para evitar estas
interferencias
220 eV Resolution
140 eV Resolution
Adjacent Element Overlap

73.
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Diapositiva 73
Unidad Operativa de Materiales
Solapamiento de picos

74.
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Diapositiva 74
Unidad Operativa de Materiales
Sistemas de detección

75.
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Diapositiva 75
Unidad Operativa de Materiales
DETECTOR
Si (Li)
PREAMPLIFICADOR AMPLIFICADOR
N2 LIQUIDO
ALTO
VOLTAJE
PUR
CONVERSOR
ANALOGICO
DIGITAL
MCA
PC
TIMER
IMPRESORA
RAYOS­X
DISPLAY
INSTRUMENTACION

76.
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Diapositiva 76
Unidad Operativa de Materiales
PREAMPLIFICADOR
• Circuito simple, especifico para cada tipo de
radiación.
• Conexión directa entre el detector y
amplificador.
• Impedancia de entrada grande (~1MW), y
resistencia de salida pequeña (~102W).

77.
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Diapositiva 77
Unidad Operativa de Materiales
AMPLIFICADOR
• Conversión de pequeños impulsos recibidos del
detector en impulsos de salida, cuyas amplitudes
sean cómodamente manejables (10­100 voltios).
• Rapidez de operación suficiente para analizar un
elevado número de impulsos por unidad de
tiempo.

78.
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Diapositiva 78
Unidad Operativa de Materiales
Sistema de Fluorescencia de Rayos X en Reflexión Total
AMPLIFICADOR
Nitrógeno
Líquido
ð
Si­Li
Pre­
Amplificad
or
Alto
Voltaje
Oscilo
Si­Li
Osciloscopio
Analizador Multicanal
Impresora
PC

79.
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Diapositiva 79
Unidad Operativa de Materiales
Equipos portátiles

80.
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Diapositiva 80
Unidad Operativa de Materiales
Calibraci
Calibració
ón
n

81.
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Diapositiva 81
Unidad Operativa de Materiales
Espectro de Calibración Diaria
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Energia (KeV)
Cuentas/segundo
Cr
5.411kev
Mn
5.894kev
Co
6.924kev
Ni
7.471kev
Cu
8.040kev
Zn
8.630kev
Se
11.207kev
Pb­Lb
12.612kev M o
17.441kev
Ar
2.957kev
Equipo: Fluorescencia de Rayos X en
Reflexion Tota
Detector:Ge Planar
Condiciones de Operacion:
Del generador de Rayos X: V=40KV,
I=15mA
Del Detector:­2000V
Fecha:18/07/00

82.
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Diapositiva 82
Unidad Operativa de Materiales
CALIBRACION EN ENERGIAS
Número de canal
Energía
(KeV)

83.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 83
Unidad Operativa de Materiales
Bibliografia
­ G.F. Knoll, Radiation detection measurement, John Wiley and Sons, New York
(1979)
­ T. Soulfandis, Measurements and detection of radiation, McGraw­Hill, New
York (1983)
­ W.R Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer­
Verlag (1987)
­ Experiments in Nuclear Science, AN34 ,EG&G ORTEC
­ J.B. Birks, The theory and practice of Scintillation counting. Pergamon
Press,Oxford (1964)
­ J.F. Ziegler, The stopping power and range of ions in matter, Pergamon Press,
New York (1977)
­ http://www.research.ibm.com/ionbeams/home.htm
­ C.M. Lederer and V.S. Shirley, Table of isotopes, John Wiley and Sons Inc.,
New York (1978)
­ The isotope explorer, LBLN­Lund NSR server, http://128.3.5.61:6023/welcome

84.
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Diapositiva 84
Unidad Operativa de Materiales
84
òvdv
Û'Î
´
³
a
b
Si
Cl
Ca
Ti
Cr
Fe
Cu
Ga
(EI)
Se Sr
ESPECTRO DE TXRF DE UNA SOLUCIÓN PATRÓN CON 10 mg/g DE ELEMENTO

85.
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Diapositiva 85
Unidad Operativa de Materiales
Calibracion Gamma
y = 2.0256x
R2
= 0.9946
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 100 200 300 400 500 600 700
No. de Canal
Energia
(KeV)
Calibracion en energia

86.
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Diapositiva 86
Unidad Operativa de Materiales
Espectrometría de alta resolución

87.
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Diapositiva 87
Unidad Operativa de Materiales
Resolución y Eficiencia
Resolución:
Es la capacidad que tiene el detector de discriminar dos energías
muy cercanas, se expresa en eV o KeV.
Los detectores semiconductores proveen una mejor resolución en
energía sobre otros tipos de detectores de radiación. Por muchas
razones: la resolución FWHM (figura 4), puede ser atribuida a la
pequeña cantidad de energía requerida para producir un portador
de carga y la subsecuente gran “señal de salida” relativa respecto a
otros tipos de detectores para la misma energía incidente del fotón.
A 3 eV / e­h par, el número de portadores de carga producidos en
el Ge es cerca de dos ordenes de magnitud mayor que en un
detector de centelleo a gas.

88.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 88
Unidad Operativa de Materiales
La resolución de energía resultante [KeV(FWHM)] vs. Energía
para diferentes tipos de detectores se ilustra en la siguiente tabla
Resolución FWHM

89.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 89
Unidad Operativa de Materiales
Resolución de Energía y Tipo de detector
Energía (keV) 5.9 122 1332
­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­
Cont. Proporcional. 1.2 ­ ­
R­X NaI (Tl) 3.0 12.0 ­
3*3 NaI (Tl) ­ 12.0 60
Si(Li) 0.16 0.36 ­
Planar Ge 0.18 0.5 ­
Coaxial Ge ­ 0.8 1.8

90.
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Diapositiva 90
Unidad Operativa de Materiales
Parámetros de los detectores
• EFICIENCIA INTRÍNSECA
• EFICIENCIA ABSOLUTA
• RESOLUCIÓN EN ENERGÍA

91.
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Diapositiva 91
Unidad Operativa de Materiales
Eficiencia
La eficiencia de un material detector esta fuertemente relacionada
con su respectivo número atómico. La tabla 2 nos muestra el
número atómico de los materiales detectores semiconductores
más comunes y es fácil ver el porque el silicio está destinado a ser
utilizado en un intervalo de baja energía de rayos X.
A bajas energías, la eficiencia del detector está en función del
área transversal y del espesor de la ventana mientras que para
altas energías el volumen total activo del detector determina la
eficiencia de conteo. Los detectores que tienen contactos gruesos,
por ejemplo: silicio – litio (SiLi) o planar de Ge, están usualmente
equipados con un crióstato con ventana de Berilio (Be) para
maximizar la intensidad detectada.

92.
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Diapositiva 92
Unidad Operativa de Materiales
92
La eficiencia de un detector es la medida del número de eventos
registrados en función del número de rayos gamma emitidos por
la fuente. Existen diferentes tipos de definiciones de eficiencia
que son comunes en los detectores de rayos gamma:
.Eficiencia absoluta: Es la relación del número de cuentas
detectadas por el detector con el número de rayos gamma
producidos por la fuente (en todas las direcciones). Esto incluye
los ángulos sólidos no cubiertos por el detector, por lo tanto
depende de la distancia fuente­ detector.
.Eficiencia intrínseca: Es la relación del número de pulsos
detectados por el detector con respecto del número de rayos
gamma incidentes en él.

93.
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Diapositiva 93
Unidad Operativa de Materiales
93
Cómo influyen las Condiciones en el Ambiente en la
respuesta de los equipos
Las condiciones meteorológicas de un ambiente donde se tiene un
sistema de medición deben ser constantes, sobre todo en temperatura y
humedad, los mismos que son de 20°C ± 2°C y 50% ± 5%
respectivamente.
No es conveniente que la humedad de ambiente sea alta porque ésta
favorece la formación de moho y el apelmazamiento del polvo y la pelusa
que pudiera haber en el ambiente, dentro de los componentes
electrónicos y evitar la introducción de ruidos electrónicos indeseables
que a la larga se manifiestan como señales en el espectro y tergiversan
la información y en consecuencia los resultados, además de deteriorar la
resolución del detector y los límites de detección de la técnica analítica
correspondiente.

94.
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Diapositiva 94
Unidad Operativa de Materiales
94
Osciloscopio
Es un instrumento electrónico que permite observar,
visualizar y corregir la salida de las señales en cada
etapa de la medición.
Si tomamos la señal a la salida del detector
podremos evaluar la calidad de esa señal y detectar
la presencia de señales de ruido
electrónico, lo mismo se puede hacer a la salida del
pre­amplificador y del amplificador, con la señales a
la salida de este podemos calibrar nuestro sistema
en energías.

95.
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Diapositiva 95
Unidad Operativa de Materiales
Cuidados durante el cambio de módulos
Todos los módulos que componen una cadena de
medición o sistema de medición, generalmente se
encuentran ubicados en un portanim o soporte y son
alimentados por la misma fuente de poder; si este
soporte está encendido no es recomendable retirar
uno de los módulos o introducir uno nuevo por la
introducción brusca de voltaje que puede dañar a
alguno de los microcomponentes del mismo

96.
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Diapositiva 96
Unidad Operativa de Materiales
¿Qué hacer cuando se presenta una falla?
Se considera falla a toda señal anormal o diferente
a la que usualmente se maneja, por ejemplo:
corrimiento del pico hacia la derecha o izquierda
de su posición habitual en el espectro, o una
resolución diferente a la operación anterior, o el
tiempo muerto excesivamente grande, si se trata
de un sistema de espectrometría. En estos casos,
se debe informar al responsable del área o al Área
de mantenimiento electrónico del IPEN

97.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 97
Unidad Operativa de Materiales
¿Qué dice la norma ISO/IEC FDIS 17025 acerca de los
equipos de laboratorio?
Entre otras cosas que el equipamiento debe estar en
condiciones adecuadas para proporcionar buenos resultados
(con exactitud y precisión), que sus componentes deben
mantenerse calibrados, que debe ser operado por personal
debidamente capacitado, que se debe seguir los
procedimientos establecidos para su manipulación.
Cada uno de los equipos y módulos debe estar plenamente
identificados y contar con su historia, manual de operación y
registro de mantenimiento
En la identificación de cada uno de los componentes de un
sistema de medición se debe considerar el fabricante, el
modelo, el número de serie, las especificaciones.

98.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 98
Unidad Operativa de Materiales
98
Identidad detallada de los componentes de
un sistema de medición o análisis
Marca,
modelo,
tipo,
número de serie y
especificaciones técnicas

99.
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Diapositiva 99
Unidad Operativa de Materiales
Manuales y procedimientos de operación
En todo laboratorio donde se realizan servicios de
análisis, existen procedimientos establecidos tanto
para el proceso de análisis como para el encendido y
apagado de equipos, la operación de estos y es
necesario ceñirse a estos documentos para evitar
probables errores en su manipulación.
Para conocer con más detalle acerca del fundamento
de operación o de sus partes constituyentes en el
aspecto electrónico se debe revisar los manuales
correspondientes

100.
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Diapositiva 100
Unidad Operativa de Materiales
Programa de mantenimiento preventivo
Igualmente todo laboratorio debe contar con un
programa de mantenimiento preventivo de cada uno
de sus equipos y componentes electrónicos para
evitar que los mismos se malogren en el momento
menos oportuno

101.
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Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 101
Unidad Operativa de Materiales
Calibración del sistema de medición
La calibración rutinaria en energías y la calibración
individual de cada componente, tales como las
fuentes de alta tensión donde debemos estar
seguros de que el módulo entregue el voltaje que se
le solicite, ésta calibración lo hace el electrónico de
mantenimiento o en el caso de la señal de salida de
un amplificador se debe verificar si es correcto, de
no ser así se calibra los polos y zeros.
Lo mismo se hace con cualquier equipo o módulo
que entregue una señal susceptible de calibrar

102.
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Diapositiva 102
Unidad Operativa de Materiales
Historia de cada componente
de un sistema de
espectrometría y/o equipo
Desde su adquisición y cada una de sus
intervenciones para su mantenimiento
preventivo y/o mantenimiento correctivo
según sea el caso

103.
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Diapositiva 103
Unidad Operativa de Materiales
Gracias
www.ipen.gob.pe
Telf. 488 5050 anexo 237
E­mail: polivera@ipen.gob.pe
Instituto Peruano de Energía Nuclear