Espectroscopia de rayos gamma - Definición, principio, partes, usos

Los rayos gamma son una frecuencia ultra alta de luz que emiten los elementos radiactivos, los cuerpos celestes energéticos, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, y los acontecimientos de alta energía, como las explosiones nucleares y las supernovas.

¿Qué es la espectroscopia de rayos gamma (rayos γ)?

La espectroscopia de rayos gamma (rayos γ) es una técnica analítica rápida y no destructiva que puede utilizarse para identificar varios isótopos radiactivos en una muestra.

Un espectrómetro de rayos gamma (GRS) es un instrumento para medir la distribución de la intensidad de la radiación gamma frente a la energía de cada fotón.

Principio de la espectroscopia de rayos gamma (rayos γ)

• La mayoría de las fuentes radiactivas producen rayos gamma, que son de distintas energías e intensidades.
• Cuando estas emisiones se detectan y analizan con un sistema de espectroscopia, se puede producir un espectro de energía de rayos gamma.
• En la espectroscopia de rayos gamma, la energía de los rayos gamma incidentes se mide mediante un detector.
• Comparando la energía medida con la energía conocida de los rayos gamma producidos por los radioisótopos, se puede determinar la identidad del emisor.
• El análisis detallado de este espectro suele utilizarse para determinar la identidad y la cantidad de emisores gamma presentes en un fuente y es una herramienta vital en la radiometría ensayo.
• El espectro gamma es característico de los núclidos emisores de rayos gamma que contiene la fuente.

Instrumentación de la espectroscopia de rayos gamma (rayos γ)

El equipo utilizado en la espectroscopia de rayos gamma incluye

1. Un equipo sensible a la energía detector de radiación

Los detectores comúnmente utilizados pueden ser cualquiera de los dos:

Detector de centelleo

• El centelleo es el proceso por el cual un material, ya sea sólido, líquido o gaseoso, emite luz en respuesta a una radiación ionizante incidente.
• En la práctica, se utiliza en forma de un solo cristal de yoduro de sodio dopado con una pequeña cantidad de talio, denominado NaI(Tl).
• Este cristal está acoplado a un tubo fotomultiplicador que convierte el pequeño destello de luz en una señal eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico.
• Esta señal eléctrica puede ser detectada por un ordenador.

Detector semiconductor

• Un semiconductor consigue el mismo efecto que un detector de centelleo, la conversión de la radiación gamma en impulsos eléctricos, pero por una vía diferente.
• En un semiconductor hay un pequeño hueco energético entre la banda de valencia de los electrones y la banda de conducción.
• Cuando un semiconductor recibe el impacto de los rayos gamma, la energía impartida por éstos es suficiente para promover a los electrones a la banda de conducción. T
• Este cambio en la conductividad puede detectarse y generar una señal en consecuencia.
• Los cristales de germanio dopados con litio, Ge(Li), y los detectores de germanio de alta pureza (HPGe) se encuentran entre los tipos más comunes.

2. Electrónica

Procesa las señales producidas por el detector.

Por ejemplo. Un clasificador de impulsos (es decir, un analizador multicanal)

3. Asociado amplificadores y dispositivos de lectura de datos

Ayudan a generar, visualizar y almacenar el espectro.

Aplicaciones de la espectroscopia de rayos gamma (rayos γ)

• Se utilizan ampliamente en los estudios de:
  • La estructura nuclear
  • Transiciones nucleares y
  • Reacciones nucleares
• En la investigación espacial, como la detección de agua en los planetas
• Se utiliza para el análisis elemental e isotópico de los cuerpos sin aire del sistema solar, especialmente la Luna y Marte.
• Los instrumentos de la GRS proporcionan datos sobre la distribución y abundancia de los elementos químicos

Referencias

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_spectroscopy
2. https://www.physlab.org/wp-content/uploads/2016/04/GammaExp-min.pdf
3. https://archive.cnx.org/contents/686b9c8b-1656-49ec-a969-84da62a60eca@1/principios-de-espectroscopia-de-rayos-gama-y-aplicaciones-en-forense-nuclear
4. https://owlcation.com/stem/Gamma-Ray-Spectroscopy
5. https://stfc.ukri.org/files/a-bruce-gamma-spectroscopy/