Principios de análisis instrumental

lleador, representa uno de los métodos más antiguos para detectar radiactividad y rayos X, y todavía se usa ampliamente en ciertos tipos de mediciones. En sus primeras aplicaciones, la técnica con– sistía en el conteo manual de los destellos que resultaban cuando fotones individuales o partículas radioquímicas chocaban contra una pantalla de sulfuro de zinc. Geiger se dio cuenta de lo fas– tidioso que era contar los destellos uno por uno; por ello deci– dió crear los transductores de gas, que no sólo eran más prácticos y más confiables, sino también más sensibles a la radiación. La invención del tubo fotomultiplicador (sección 7E.2) y la mejor calidad de los centelleadores dieron nueva vida a la técnica; por lo que el contador de centelleo es otra vez uno de los métodos importantes para detectar radiación. El detector de centelleo moderno que más se utiliza consta de un cristal transparente de yoduro de sodio que se activa mediante la introducción de yoduro de talio al 0.2%. A menudo, al cristal se le da forma de cilindro de unos 7.5 a 10 cm en cada dimen– sión. Una de las superficies planas está situada enfrente del cátodo de un tubo fotomultiplicador. Conforme la radiación incidente atraviesa el cristal, en primer lugar, pierde su energía en el cen– telleador; esta energía se libera después en forma de fotones de radiación fluorescente. Se producen varios miles de fotones con una longitud de onda de alrededor a 400 nm por cada partícula primaria o fotón, en un tiempo de casi 0.25 flS, que se conoce como tiempo muerto. Por consiguiente, el tiempo muerto de un contador de centelleo es muy pequeño en comparación con el de un detector de gas. Los destellos de luz producidos en un cristal centelleador se transmiten al fotocátodo de un tubo fotomultiplicador y luego se convierten en pulsos eléctricos que se pueden amplificar y con– tar. Una característica importante de los centelleadores es que el número de fotones que se produce en cada destello es proporcio– nal a la energía de la radiación entrante. Por tanto, la incorpora– ción de un analizador de altura de pulsos para vigilar la salida de la señal de un contador de centelleo constituye la base de los fotó– metros dispersores de energía que se estudian más adelante. Ventana de Be----1 Rayos X Película transparente de Au 1 l __ Si tipo-p ))) 12B Componentes de los instrumentos 279 Además de los cristales de yoduro de sodio, se utiliza un cierto número de centelleadores orgánicos como estilbeno, antraceno y terfenilo. En su forma cristalina, tienen tiempos de desintegración de 0.01 y 0.1 flS. Se han perfeccionado también centelleadores orgánicos líquidos, y su uso ofrece ventajas porque absorben menos radiación que los sólidos. Un ejemplo de uncen– telleador líquido es una disolución de p-terfenilo en tolueno. Transductores semiconductores Los transductores semiconductores se han vuelto muy importan– tes como detectores de rayos X. A estos dispositivos se les deno– mina a veces detectores de silicio dopados con litio o de difusión de litio, Si(Li), o detectores de germanio dopados con litio, Ge(Li); el fotodiodo de broche de silicio, y el detector de deriva de silicio. En la figura 12.12 se ilustra un tipo de detector dopado con litio, cuyo principal componente es una fina lámina de silicio cristalino. En el cristal existen tres capas: una capa semiconduc– tora tipo p que se coloca frente a la fuente de rayos X, una zona intrínseca central y una capa tipo n. La superficie más externa de la capa tipo p se reviste con una fina cubierta de oro que permite la conexión eléctrica; a menudo, se cubre también con una fina ven– tana de berilio que es transparente a los rayos X. La señal de salida se recoge en una capa de aluminio que recubre el silicio tipo n; después se le dirige a un preamplificador con una ganancia de alrededor de 10. Con frecuencia el preamplificador es un transis– tor de efecto de campo que constituye una parte del detector. Un detector dopado con litio se consigue por depósito de vapor de litio sobre la superficie de un cristal de silicio impuro-p. Cuando el cristal se calienta de 400 oc a 500 oc, el litio se difunde hacia el interior del cristal. Puesto que el litio pierde electrones con facilidad, su presencia convierte la región tipo p en tipo n. Mientras se mantiene la temperatura elevada, se aplica un voltaje de corriente continua en el cristal para provocar la retirada de los electrones de la capa de litio y de los huecos de la capa tipo p. La corriente en la unión pn ocasiona la migración, o deriva, de iones litio en la capa p y la formación de la capa intrínseca donde 300-900 V + Al contacto 1 1 1 ~Al 'mplili e>doc 1 Preamplificador 1 Criostato de 1 ~ N 2 líquido l (77 K) Si dopado Si tipo-n con Li (capa intrínseca) FIGURA 12.12 Corte transversal vertical de un detector de silicio dopado con litio para rayos Xy radiación de fuentes radiactivas.