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radiaciones pero con una excelente resolución de
energías, por ello son insustituibles para la
determinación de energías de partículas o
radiaciones con la precisión apropiada para
establecer
fehacientemente
la
pureza
radionucleídica de una muestra radiactiva dada.
Los semiconductores son sustancias como el
silicio (Si) o el germanio (Ge), que poseen cuatro
electrones en su órbita de valencia. Cuando el
átomo integra un sólido cristalino esos electrones
poseen una energía intermedia entre la de un metal
y un aislante para pasar a la banda de conducción.
Si una partícula o una radiación interactúa con un
semiconductor se produce su ionización al igual que
en el caso de un gas. Sin embargo, dado que los
semiconductores son sólidos, la energía que entrega
la partícula o radiación arranca electrones de los
átomos del semiconductor, los que pasan a la banda
de conducción; la energía necesaria para ello es
aproximadamente la décima parte de la que se
requiere para formar un par de iones en un gas. En
la órbita electrónica de los átomos del retículo
cristalino de los cuales la partícula o radiación
arrancó un electrón, quedará un
agujero
o
vacante
positiva. Los electrones y las
vacantes
se desplazan
en un campo eléctrico con la misma velocidad. Por
lo tanto el número de pares electrón-agujero
positivo es unas diez veces el número de pares de
iones formados en gases y además la velocidad de
formación de los pulsos es sustancialmente mayor.
Por todo ello, la precisión de la proporcionalidad
entre la altura del pulso obtenido y la energía de la
partícula o radiación incidente es mucho mayor que
en la de cualquier otro aparato de detección de
radiactividad.
Cierto tipo de detectores de silicio (de ion
implantado) permiten determinar las energías de
partículas alfa y beta con alta precisión. Otra clase
de detectores del mismo semiconductor permite
realizar espectrometría de alta resolución de fotones
de baja energía (rayos X y gamma hasta 100 keV
aproximadamente). Para realizar espectrometría
gamma de mayores energías se emplean detectores
de GeHP (hiperpuro).
Dado que la energía que requiere el electrón en
estos cristales para pasar a la banda de conducción
es muy baja, se los debe mantener
permanentemente a 196 °C, para lo cual están
montados sobre una barra de cobre que está
sumergida en su mayor extensión en nitrógeno
líquido contenido en un crióstato. Cuando se
emplean estos detectores es imprescindible
conectarlos con un analizador espectrométrico
multicanal de varios miles de canales para poder
apreciar en el registro la precisión de la respuesta
del detector.
Espectrometría de centelleo líquido
- Este tipo
de detector es fundamentalmente empleado para la
determinación de actividades de emisores de
partículas beta de energía media o baja y partículas
alfa.
En el caso de partículas beta de alta energía es
posible emplear como alternativa la determinación
de actividad por medición de la radiación de
erenkov en el mismo espectrómetro. En este último
caso es suficiente disolver el radionucleído en agua.
En la espectrometría de centelleo se prepara una
solución centelleadora en la que la muestra
radiactiva se encuentra en íntimo contacto con un
solvente apropiado y uno o más sustancias que
tienen la propiedad de emitir fotones cuando se
desexcitan luego de una excitación (fluorescencia).
La energía de la partícula beta se transfiere al
solvente y luego a la o las sustancias centelleadoras,
de manera tal que el número de fotones que llega al
fotomultiplicador también es proporcional a la
energía de la partícula beta que les dio origen. Sin
embargo, dado que en este caso la muestra
radiactiva y el centelleador forman un conjunto, las
eventuales diferencias de las propiedades físicas,
químicas o fisicoquímicas en cada una de las
muestras analizadas puede variar en forma
significativa. Por esta razón debe admitirse que en
este tipo de detectores el factor de proporcionalidad
entre la altura del pulso y la energía de la partícula
beta varía de muestra en muestra. Esto implica que
cada muestra tendrá su propio espectro de altura de
pulsos y su eficiencia. La eficiencia de la cadena de
transferencia de energía de la partícula beta al
solvente, a la o las sustancias centelleadoras y
finalmente la salida de los fotones del recipiente
que contiene la solución centelleadora para incidir
en el fotocátodo del fotomultiplicador, puede
disminuir por varios factores, como ser, entre otros,
la presencia de sustancias químicas, coloreadas o
no, la falta de homogeneidad de la solución
centelleadora y aún problemas en las paredes del
recipiente que contiene la solución centelleadora.
Se denomina quenching o extinción al fenómeno
por el cual disminuye la eficiencia de esta cadena
de transferencia de energía. Un aumento de
quenching trae como consecuencia el corrimiento
del espectro de altura de pulsos a alturas menores
(hacia la izquierda) y una disminución de la
eficiencia de medición. Por estos motivos, el
resultado de una medición de radiactividad con
estos aparatos solamente es válido si se expresa el
resultado en Bq.
Determinación de la actividad
-
La
determinación experimental de la actividad con
detectores distintos a los ya mencionados en este
capítulo puede ser necesaria en los centros de