deteccion de gammas´ -...
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Deteccion de gammas
Martın Gascon
Departamento de Fısica de PartıculasUniversidad de Santiago de Compostela
1 de Marzo de 2007
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deteccion de gammas
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deteccion de gammas
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deteccion de gammas
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deteccion de gammas
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deteccion de gammas
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deposicion de energıa de fotones gamma
Efecto fotoelectricoCuando un foton con suficiente energıa incide sobre un mediomaterial puede arrancar un electron que es despedido con energıa:
Epe = hν − Eb (1)
donde hν es la energıa del foton incidente y Eb es la energıa deligadura.
Dispersion ComptonEl foton interactua con un electron libre o ligado y le transfiere partede su energıa.
Eγ′ =
Eγ
1 +Eγ
m0c2 (1 − cosθ)
(2)
donde m0c2 es energıa en reposo del electron (0, 511 MeV ).
Produccion de paresAniquilacion de un foton creandose un electron y un proton.
Ee− + E
e+ = hν − 2m0c2 (3)
El positron se aniquila, al combinarse con un electron del medio absorbente y aparecendos fotones de aniquilacion de 0, 511 MeV
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deposicion de energıa de fotones gamma
Efecto fotoelectricoCuando un foton con suficiente energıa incide sobre un mediomaterial puede arrancar un electron que es despedido con energıa:
Epe = hν − Eb (1)
donde hν es la energıa del foton incidente y Eb es la energıa deligadura.
Dispersion ComptonEl foton interactua con un electron libre o ligado y le transfiere partede su energıa.
Eγ′ =
Eγ
1 +Eγ
m0c2 (1 − cosθ)
(2)
donde m0c2 es energıa en reposo del electron (0, 511 MeV ).
Produccion de paresAniquilacion de un foton creandose un electron y un proton.
Ee− + E
e+ = hν − 2m0c2 (3)
El positron se aniquila, al combinarse con un electron del medio absorbente y aparecendos fotones de aniquilacion de 0, 511 MeV
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deposicion de energıa de fotones gamma
Efecto fotoelectricoCuando un foton con suficiente energıa incide sobre un mediomaterial puede arrancar un electron que es despedido con energıa:
Epe = hν − Eb (1)
donde hν es la energıa del foton incidente y Eb es la energıa deligadura.
Dispersion ComptonEl foton interactua con un electron libre o ligado y le transfiere partede su energıa.
Eγ′ =
Eγ
1 +Eγ
m0c2 (1 − cosθ)
(2)
donde m0c2 es energıa en reposo del electron (0, 511 MeV ).
Produccion de paresAniquilacion de un foton creandose un electron y un proton.
Ee− + E
e+ = hν − 2m0c2 (3)
El positron se aniquila, al combinarse con un electron del medio absorbente y aparecendos fotones de aniquilacion de 0, 511 MeV
Martın Gascon Deteccion de gammas
Deposicion de energıa de fotones en un medio absorbente
Principales interacciones
Efecto fotoelectricoDispersion ComptonProduccion de pares
Figura: Mecanismos que tienen real importanciaen espectroscopıa gamma
Rango de energıa
El efecto fotoelectrico domina a bajas energıas (cientos de keV)
La produccion de pares domina a partir de unos 5 MeV
La dispersion Compton en el rango de energıas intermedio.
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Deposicion de energıa de fotones en un medio absorbente
Principales interacciones
Efecto fotoelectricoDispersion ComptonProduccion de pares
Figura: Mecanismos que tienen real importanciaen espectroscopıa gamma
Rango de energıa
El efecto fotoelectrico domina a bajas energıas (cientos de keV)
La produccion de pares domina a partir de unos 5 MeV
La dispersion Compton en el rango de energıas intermedio.
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Deposicion de energıa de fotones en un medio absorbente
Principales interacciones
Efecto fotoelectricoDispersion ComptonProduccion de pares
Figura: Mecanismos que tienen real importanciaen espectroscopıa gamma
Rango de energıa
El efecto fotoelectrico domina a bajas energıas (cientos de keV)
La produccion de pares domina a partir de unos 5 MeV
La dispersion Compton en el rango de energıas intermedio.
Martın Gascon Deteccion de gammas
Principios de centelleo
Un centelleador convierte las perdidas de energıa de una radiacion ionizante en pulsos deluz.
Hay dos clases principales de centelleadores: organicos e inorganicos, que se diferencian enla composicion quımica y en los procesos que ocurren en ellos para producir luz.
Centros de activacion
Centros de luminiscencia: larecombinacion de un par e-h lleva alnucleo a un estado excitado y regresaal estado fundamental a traves de laemision de un foton; fluorescencia
Centros de Atenuacion: como loscentros de luminiscencia pero laenergıa de excitacion es disipada atraves de fonones en lugar de luz
Trampas: niveles metaestables en loscuales, e, h o excitones puedenpermanecer mucho tiempo antes deadquirir energıa termica para volver alas bandas de conduccion o devalencia o para ir a un centro deluminiscencia (fosforescencia) oatenuacion
Martın Gascon Deteccion de gammas
Respuesta en funcion del tamano
Detectores pequenos
Dimensiones pequenas comparadas con el camino libremedio de los gammas secundarios (1 o 2 cm).
Si Efot < 1,02 MeV hay absorcion fotoelectrica y ladispersion Compton.
Para detectores pequenos hay solo interacciones simples.
Detectores muy grandes
Dimensiones tal que los fotones gamma dispersadosCompton y los fotones de aniquilacion interactuen dentro delvolumen activo del detector (decenas de centımetros).
La funcion de respuesta del detector es un unico picollamado pico de energıa total
Detectores de tamano intermedio
Combina propiedades de los dos casos anteriores.
Contribucion de la dispersion multiple al fotopico.
A energıas por debajo de 100 keV , el continuo Comptonpuede llegar a desaparecer.
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Respuesta en funcion del tamano
Detectores pequenos
Dimensiones pequenas comparadas con el camino libremedio de los gammas secundarios (1 o 2 cm).
Si Efot < 1,02 MeV hay absorcion fotoelectrica y ladispersion Compton.
Para detectores pequenos hay solo interacciones simples.
Detectores muy grandes
Dimensiones tal que los fotones gamma dispersadosCompton y los fotones de aniquilacion interactuen dentro delvolumen activo del detector (decenas de centımetros).
La funcion de respuesta del detector es un unico picollamado pico de energıa total
Detectores de tamano intermedio
Combina propiedades de los dos casos anteriores.
Contribucion de la dispersion multiple al fotopico.
A energıas por debajo de 100 keV , el continuo Comptonpuede llegar a desaparecer.
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Respuesta en funcion del tamano
Detectores pequenos
Dimensiones pequenas comparadas con el camino libremedio de los gammas secundarios (1 o 2 cm).
Si Efot < 1,02 MeV hay absorcion fotoelectrica y ladispersion Compton.
Para detectores pequenos hay solo interacciones simples.
Detectores muy grandes
Dimensiones tal que los fotones gamma dispersadosCompton y los fotones de aniquilacion interactuen dentro delvolumen activo del detector (decenas de centımetros).
La funcion de respuesta del detector es un unico picollamado pico de energıa total
Detectores de tamano intermedio
Combina propiedades de los dos casos anteriores.
Contribucion de la dispersion multiple al fotopico.
A energıas por debajo de 100 keV , el continuo Comptonpuede llegar a desaparecer.
Martın Gascon Deteccion de gammas
Resolucion en energıa
Definicion
Relacion entre el numero de canales a la semialtura del pico,que se denomina FWHM (full width at half maximum), y elcentroide del pico, multiplicado por 100 y expresado enporcentaje.
Es funcion de la energıa incidente.
Mide la capacidad para discriminar entre gammas que tienenuna energıa ligeramente diferente.
Resolucion en energıa
Esta influenciada por tres parametros:
R2 = R
2cent,intrins + R
2estad,N + R
2P MT,cent (4)
El primer termino es la resolucion intrınseca del cristal centelleador ydepende de su energıa.
El segundo termino es la fluctuacion estadıstica en el numero defotoelectrones primarios N , creados en el fotocatodo y la estadıstica enel proceso de multiplicacion en los dinodos y por debajo de 100 keV esel termino dominante.
El tercer termino representa la fluctuacion de la eficiencia en la coleccionde luz en el centelleador y en la inhomogeneidades del fotocatodo y losdinodos.
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Resolucion en energıa
Definicion
Relacion entre el numero de canales a la semialtura del pico,que se denomina FWHM (full width at half maximum), y elcentroide del pico, multiplicado por 100 y expresado enporcentaje.
Es funcion de la energıa incidente.
Mide la capacidad para discriminar entre gammas que tienenuna energıa ligeramente diferente.
Resolucion en energıa
Esta influenciada por tres parametros:
R2 = R
2cent,intrins + R
2estad,N + R
2P MT,cent (4)
El primer termino es la resolucion intrınseca del cristal centelleador ydepende de su energıa.
El segundo termino es la fluctuacion estadıstica en el numero defotoelectrones primarios N , creados en el fotocatodo y la estadıstica enel proceso de multiplicacion en los dinodos y por debajo de 100 keV esel termino dominante.
El tercer termino representa la fluctuacion de la eficiencia en la coleccionde luz en el centelleador y en la inhomogeneidades del fotocatodo y losdinodos.
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Calorımetro para rayos γ y partıculas cargadas ligeras (CALIFA)
Motivacion
Calorımetro para rayos γ y partıculascargadas ligeras (CALIFA)
parte del experimento R3Ba
en FAIRb en Darmstadt (Alemania)
aReacciones con haces radiactivos a energıasrelativistas
bFacility for Antiproton Ion Research Figura: Diseno propuesto para el calorımetro(CALIFA)
Caracterısticas
energıa promedio de los haces radiactivos: ∼ 700 MeV/u
requisitos:eficiencia de absorcion total superior al 80 % para fotones de ∼ 15 MeV (SRL),resolucion en energıa para fotones de ∼ 1 MeV en el rango de 2− 3 %
rayos gamma de ∼ 500 keV a 10 MeV en centro de masas (CoM)
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