Según tengo entendido, el principio básico del espectrómetro gamma es simple: el rayo gamma golpea el centelleador, genera una cantidad de fotones que es aproximadamente proporcional a la energía del rayo gamma. Luego necesitamos detectar estos fotones secundarios y trazar un buen gráfico.
Pero por lo que veo, el tamaño del centelleador suele ser demasiado pequeño para absorber por completo el fotón gamma. Lo que también significa que los fotones gamma provenientes de diferentes ángulos tendrán diferentes longitudes de pista dentro del centelleador, y deberían generar diferentes cantidades de luz para la misma energía de rayos gamma.
Entonces, ¿cómo puede funcionar esto?
Un fotón gamma no libera su energía que viaja al material, sino que la deposita en un lugar muy local cuando interactúa por dispersión fotoeléctrica, Compton o producción de pares (otros procesos son muy raros). El electrón que emerge de estas interacciones normalmente viaja unos pocos milímetros dentro del material liberando toda su energía (y una cantidad correlacionada de fotones ópticos) en un solo cristal.
La desagradable interacción aquí es la dispersión de Compton en la que también sale un fotón secundario (de energía bastante aleatoria). Puede interactuar de nuevo en el mismo cristal, pero a menudo escapa y se lleva parte de la energía.
Para resolver este problema necesitas el concepto de coincidencia. Si detecta interacciones en diferentes cristales en ventanas de tiempo muy estrechas, puede suponer que estas provienen del mismo fotón inicial y rara vez se equivocará. Entonces, al observar las coincidencias, puede reconstruir la energía de la gamma inicial sumando toda la energía depositada en los cristales. O también puede optar por un blindaje anti-Compton que consiste en un material muy pesado (con una sección transversal alta) que rodea el detector y permite descartar eventos en los que un fotón disperso de Compton intentó salir del cristal pero fue detenido por el blindaje. .
Finalmente, lo que importa es simplemente construir algunas estadísticas para obtener un espectro de energía en el que cada tipo de evento que probablemente suceda estará marcado por un buen pico, mientras que los desafortunados eventos "malos" cuando se ha escapado algo de energía simplemente llenan un fondo de ruido. .
Lo dicho anteriormente es generalmente válido para gammas provenientes de desintegraciones/excitaciones nucleares cuyas energías están alrededor del MeV. Si estamos hablando de energía de GeV como los rayos gamma generados por los rayos cósmicos o por los aceleradores de partículas de alta energía, entonces las cosas son bastante diferentes. Después de la primera interacción, los productos tendrán suficiente energía para interactuar una y otra vez creando una llamada lluvia electromagnética. Necesitarás un (conjunto de) cristal (= calorímetro) bastante grande y pesado para contener toda esta cascada.
Bueno, depende del paquete del detector, pero tiene tres opciones básicas:
Geometría restringida Usted manipula el detector de tal manera que solo es posible un rango muy limitado de ángulos. Generalmente con colimadores y/o regiones de interacción muy limitadas.
Barato y, a menudo, fácil, pero casi siempre significa una aceptación muy baja.
Detector segmentado Divides la región activa en un número suficiente de piezas instrumentadas individualmente con la geometría dispuesta (bandas cruzadas...) para que puedas reconstruir la pista mirando qué elementos del detector fueron golpeados, y así sabes la longitud de la pista .
Cuesta más por toda la instrumentación y hay que ganar coincidencia con todos los segmentos; programar la reconstrucción; y lidiar con la ambigüedad que pueden causar los accesos simultáneos.
Este es el caballo de batalla de este negocio.
Calorimetría Haga que el detector sea lo suficientemente profundo para absorber completamente los fotones incidentes.
Por lo general, utiliza vidrio emplomado u otro centelleador de alta densidad para esto.
Como cuestión práctica, casi siempre usamos una combinación de los anteriores. La mayoría de los paquetes de detectores tienen algo de colimación y casi todos usan segmentación (incluso los calorímetros).
usuario10851
BaresMonster
dariop