Tecnología de medición de radiación

Detectores de huellas

Cuando una partícula cargada se ralentiza y se detiene en un sólido, la energía que deposita a lo largo de su recorrido puede causar daños permanentes en el material. Es difícil observar evidencia directa de este daño local, incluso bajo un examen microscópico cuidadoso. Sin embargo, en ciertos materiales dieléctricos, la presencia de la pista dañada se puede revelar a través del grabado químico (erosión) de la superficie del material utilizando una solución ácida o base. Si las partículas cargadas han irradiado la superficie en algún momento en el pasado, entonces cada una deja un rastro de material dañado que comienza en la superficie y se extiende a una profundidad igual al rango de la partícula. En los materiales de elección, la tasa de grabado químico a lo largo de esta pista es mayor que la tasa de grabado de la superficie no dañada. Por lo tanto, a medida que avanza el grabado, se forma un hoyo en la posición de cada pista. En unas pocas horas, estos pozos pueden volverse lo suficientemente grandes como para poder verse directamente bajo un microscopio de baja potencia. Una medida del número de estos pozos por unidad de área es, entonces, una medida del flujo de partículas a la que la superficie ha sido expuesta.

Hay una densidad mínima de daño a lo largo de la pista que se requiere antes de que la velocidad de grabado sea suficiente para crear un hoyo. Debido a que la densidad del daño se correlaciona con el dE / dx de la partícula, es más alta para las partículas cargadas más pesadas. En cualquier material dado, se requiere un cierto valor mínimo para dE / dx antes de que se desarrollen los hoyos. Por ejemplo, en la mica mineral, los hoyos se observan solo a partir de iones pesados ​​energéticos cuya masa es de 10 o 20 unidades de masa atómica o más. Muchos materiales plásticos comunes son más sensibles y desarrollarán hoyos de grabado para iones de baja masa como el helio (partículas alfa). Algunos plásticos particularmente sensibles, como el nitrato de celulosa, desarrollarán hoyos incluso para los protones, que son los que menos dañan las partículas cargadas pesadas. No se han encontrado materiales que produzcan pozos para las pistas bajas de dE / dx de electrones rápidos. Este comportamiento umbral hace que tales detectores sean completamente insensibles a las partículas beta y los rayos gamma. Esta inmunidad puede explotarse en algunas aplicaciones donde se deben registrar flujos débiles de partículas cargadas pesadas en presencia de un fondo más intenso de rayos gamma. Por ejemplo, muchas mediciones ambientales de las partículas alfa producidas por la descomposición del gas radón y sus productos secundarios se realizan utilizando una película plástica de grabado de pistas. Los antecedentes de los rayos gamma omnipresentes dominarían la respuesta de muchos otros tipos de detectores en estas circunstancias. En algunos materiales, se ha demostrado que la pista de daños permanece en el material por períodos de tiempo indefinidos, y los hoyos se pueden grabar muchos años después de la exposición. Sin embargo, las propiedades de grabado se ven potencialmente afectadas por la exposición a la luz y las altas temperaturas, por lo que se debe tener precaución en el almacenamiento prolongado de muestras expuestas para evitar la decoloración de las huellas dañadas.

Se han desarrollado métodos automatizados para medir la densidad de fosas de grabado mediante etapas de microscopio acopladas a computadoras con el software de análisis óptico apropiado. Estos sistemas son capaces de discriminar en cierta medida los "artefactos", como los rasguños en la superficie de la muestra, y pueden proporcionar una medición razonablemente precisa del número de pistas por unidad de área. Otra técnica incorpora películas de plástico relativamente delgadas, en las que las pistas se graban completamente a través de la película para formar pequeños agujeros. Estos agujeros se pueden contar automáticamente pasando la película lentamente entre un conjunto de electrodos de alto voltaje y contando electrónicamente las chispas que ocurren cuando pasa un agujero.

Láminas de activación de neutrones

Para energías de radiación de varios MeV e inferiores, las partículas cargadas y los electrones rápidos no inducen reacciones nucleares en los materiales absorbentes. Los rayos gamma con energía por debajo de unos pocos MeV tampoco inducen fácilmente reacciones con los núcleos. Por lo tanto, cuando casi cualquier material es bombardeado por estas formas de radiación, los núcleos no se ven afectados y no se induce radioactividad en el material irradiado.

Entre las formas comunes de radiación, los neutrones son una excepción a este comportamiento general. Debido a que no tienen carga, los neutrones, incluso de baja energía, pueden interactuar fácilmente con los núcleos e inducir una amplia selección de reacciones nucleares. Muchas de estas reacciones conducen a productos radiactivos cuya presencia se puede medir posteriormente utilizando detectores convencionales para detectar las radiaciones emitidas en su descomposición. Por ejemplo, muchos tipos de núcleos absorberán un neutrón para producir un núcleo radiactivo. Durante el tiempo en que una muestra de este material está expuesta a neutrones, se acumula una población de núcleos radiactivos. Cuando se retira la muestra de la exposición a neutrones, la población decaerá con una vida media dada. Casi siempre se emite algún tipo de radiación en esta descomposición, a menudo partículas beta o rayos gamma o ambos, que luego se pueden contar utilizando uno de los métodos de detección activa que se describen a continuación. Debido a que puede estar relacionado con el nivel de la radiactividad inducida, la intensidad del flujo de neutrones a la que se ha expuesto la muestra se puede deducir de esta medición de radiactividad. Para inducir suficiente radioactividad para permitir una medición razonablemente precisa, se requieren flujos de neutrones relativamente intensos. Por lo tanto, las láminas de activación se usan con frecuencia como una técnica para medir campos de neutrones alrededor de reactores, aceleradores u otras fuentes intensas de neutrones.

Los materiales como la plata, el indio y el oro se usan comúnmente para la medición de neutrones lentos, mientras que el hierro, el magnesio y el aluminio son posibles opciones para las mediciones rápidas de neutrones. En estos casos, la vida media de la actividad inducida está en el rango de unos pocos minutos a unos pocos días. Para construir una población de núcleos radiactivos que se acerque al máximo posible, la vida media de la radiactividad inducida debe ser más corta que el tiempo de exposición al flujo de neutrones. Al mismo tiempo, la vida media debe ser lo suficientemente larga como para permitir un conteo conveniente de la radiactividad una vez que la muestra se ha eliminado del campo de neutrones.