10.2: Detectores de radiación

Los detectores de radiación convierten la energía de fuentes radiactivas en electricidad. La radiación excesiva puede ser dañina para las personas, y los humanos no pueden sentir la radiactividad. Sólo podemos medirlo indirectamente. Por estas razones, los detectores de radiación se utilizan como dispositivos de seguridad. La radiación puede clasificarse como partículas alfa, partículas beta, rayos gamma o neutrones [37, p. 404]. Las partículas alfa son radiación cargada positivamente compuesta por núcleos ionizados de helio. Las partículas beta son electrones de alta energía. Los rayos gamma son radiación electromagnética de alta energía y longitud de onda corta. Cuando estos tres tipos de radiación interactúan con el aire u otro gas, pueden excitar o ionizar los átomos del gas. Los iones que fluyen son una corriente, por lo que este proceso convierte la radiación en electricidad. Los tipos de detectores de radiación incluyen cámaras de ionización, contadores Geiger, contadores de centelleo y detectores basados en película fotográfica [37].

Las cámaras de ionización y los contadores Geiger funcionan según el mismo principio. En ambos casos, un gas está encerrado en una cámara o tubo, y se aplica un voltaje a través del gas [37]. Las partículas alfa entrantes, las partículas beta o los rayos gamma ionizan el gas. Debido al voltaje aplicado, los iones positivos fluyen a uno de los electrodos y los iones negativos fluyen al otro electrodo formando así una corriente. Los contadores Geiger operan a voltajes más altos que las cámaras de ionización. El voltaje entre los electrodos en una cámara de ionización puede ser de unos pocos voltios a cientos de voltios mientras que el voltaje es un contador Geiger es típicamente de 500 V a 2000 V [37]. Muchos detectores de humo son cámaras de ionización [152]. Cuando no hay humo presente, la radiación de una fuente de radiación débil ioniza el aire entre los electrodos, y se detecta una corriente en los electrodos. Cuando hay humo presente, dispersa la radiación, por lo que no se detecta corriente [152]. En una cámara de ionización, cada partícula radiactiva entrante provoca que un solo átomo se ionice. En un contador Geiger, una partícula radiactiva entrante hace que un átomo se ionice. Luego, los iones formados ionizan átomos adicionales del gas, y estos iones ionizan átomos adicionales formando una reacción en cascada alimentada y mantenida por el gradiente de voltaje que acelera y separa los pares de iones. Los contadores Geiger suelen ser más sensibles debido a esta amplificación de la corriente producida.

Los contadores de centelleo y los detectores basados en películas fotográficas implican un paso adicional en la conversión de la radiación en electricidad. Un contador de centelleo a menudo está hecho de un material cristalino como el yoduro de sodio [37]. En ocasiones también se utiliza un fósforo [5, p. 166]. Las partículas radiactivas entrantes excitan, pero no ionizan, los átomos del material. Estos átomos luego se descomponen y emiten un fotón. Semiconductores u otros tipos de fotodetectores convierten los fotones en electricidad [37]. En los detectores a base de película fotográfica, las partículas radiactivas entrantes exponen la película cambiando así su color [37]. Los materiales utilizados en la película incluyen Al\(_2\) O\(_3\) y fluoruro de litio [153]. Nuevamente, se utilizan fotodetectores para convertir la información registrada en la película en una señal medible. Los contadores de centelleo pueden ser de mayor sensibilidad que otros tipos de detectores de radiación, y pueden ser utilizados para determinar la energía de la radiación entrante mediante espectroscopía [154]. Los detectores basados en película se pueden usar como un anillo o insignia. Este tipo de detectores son utilizados, por ejemplo, por técnicos de radiología y por empleados de centrales nucleares. Estos detectores deben ser enviados a un laboratorio para ser analizados, y se puede determinar tanto la cantidad como el tipo de radiación [153].