Detectores de partículas cargadas

La mayoría de los detectores de radiación presentan un comportamiento similar:

1. La radiación entra en el detector e interacciona con los átomos de éste.
2. Fruto de esta interacción, la radiación cede toda o parte de su energía a los electrones ligados de estos átomos.
3. Se libera un gran número de electrones de relativamente baja energía que son recogidos y analizados mediante un circuito electrónico.

 El tipo de material del detector depende de la clase de radiación a estudiar y de la información que se busca obtener:

• Para detectar partículas alfa de desintegraciones radiactivas o partículas cargadas de reacciones nucleares a baja (MeV) energía, basta con detectores muy finos, dado que el recorrido máximo de estas partículas en la mayoría de los sólidos es típicamente inferior a las 100 micras. En el caso de los electrones, como los emitidos en las desintegraciones beta, se necesita un grosor para el detector de 0.1 a 1 mm. Sin embargo, para detectar rayos gamma puede que un grosor de 5 cm resulte aún insuficiente para convertir estos fotones tan energéticos (MeV o superior) en un pulso electrón.
• Para medir la energía de la radiación, debemos escoger un detector en el cual la amplitud del pulso de salida sea proporcional a la energía de la radiación. Se debe elegir un material en el que el número de electrones sea grande para evitar que posibles fluctuaciones estadísticas afecten al valor de la energía.
• Para medir el tiempo en el que la radiación fue emitida, debemos seleccionar un material en el que los electrones sean recogidos rápidamente en un pulso, siendo el numero de éstos aquí menos importante.
•  Para determinar el tipo de partícula (por ejemplo, en una reacción nuclear, en la que se pueden generar una gran variedad de partículas), debemos elegir un material en el que la masa o carga de la partícula de un efecto distintivo.
•  Para medir el spin o la polarización de la radiación, debemos escoger un detector que pueda separar distintos estados de polarización o spin.
• Si esperamos un ritmo de cuentas extremadamente alto, deberemos seleccionar un detector que pueda recuperarse rápidamente de una radiación antes de poder contar la siguiente. Para un ritmo de cuentas muy bajo, sin embargo, es más importante buscar reducir el efecto de las radiaciones de fondo.
• Finalmente si estamos interesados en reconstruir la trayectoria de las radiaciones detectadas, debemos decantarnos por un detector que sea sensible a la localización en la que la radiación penetra.

PARTÍCULAS PESADAS CARGADAS

Aunque la dispersión (o scattering) coulombiana de partículas cargadas por los núcleos (llamado scattering de Rutherford) es un proceso importante en física nuclear, tiene poca influencia en la pérdida de energía de las partículas cargadas a lo largo de su trayectoria dentro del detector. Debido a que los núcleos del material del detector ocupan sólamente en torno a 10-15 del volumen de sus átomos, es 1015 veces más probable para una partícula el colisionar con un electrón que con un núcleo. Por tanto, el mecanismo de pérdida de energía dominante para las partículas cargadas es el scattering coulombiano por los electrones atómicos del detector.

 
Detectores de propósito general E=mc2 (Gp:) 13 (Gp:) Tracking EM Cal. HAD Cal. Muones (Gp:) Interno externo 

 
Detectores de partículas : cámaras de trazas Son sensibles al paso de partículas cargadas; obtenemos puntos espaciales que permiten la reconstrucción de una traza : (Gp:) Contiene una mezcla gaseosa que se ioniza con facilidad y una serie de hilos que registran dicha ionización (Gp:) Cámara de hilos, proyección temporal: (Gp:) Detectores de Si o Ga. Precisión del orden de micrones !!! (Gp:) Detectores microvértice: 

 
Detectores de partículas : calorímetros Calorímetro electromagnético : Aprovecha las interacciones de fotones, electrones y positrones que generan cascadas depositando toda su energía Los hadrones sólo producen una cierta ionización ? pequeña señal 

 
Detectores de partículas : sistemas de detección Inserción de la cámara de deriva (TPC) 10 metros 3500 toneladas (el peso de 12 aviones A380) 

 
Detectores de partículas : sistemas de detección Deposición neutra en calorímetro e.m. Deposición neutra en calorímetro had. Trazas de partículas cargadas Deposición asociada a traza en calorímetro had. Deposición asociada a traza en calorímetro e.m. 

 
Sistemas de detección para LHC Detector ‘compacto’ : pesa tanto como la Torre Eiffel !!! Si apilaramos los CDs con datos que producen en un año alcanzariamos la estratosfera (> 2 veces la altura del Everest) 

 

 
Detectores de partículas : otros detectores Centelleadores : Material cuyos átomos son excitados por partículas cargadas y en su desexcitación emiten radiación luminosa Tubos FotoMultiplicadores recogen dicha emisión y generan pulso eléctrico Son detectores muy rápidos y muy preci- sos en el aspecto temporal Detectores de radiación Cerenkov : Contienen gases o líquidos en los que la velocidad de la luz es inferior a la de las partículas que lo atraviesan Emisión emitida en un cono 

 
Detectores de partículas : cámaras de trazas Cámara de deriva : La base es la misma que la de la cámara de hilos, pero el volumen de deriva es todo el volumen del detector. Medimos también tiempos de deriva de la ionización para obtener más información. Detectores de material semiconductor : Detectores de Si o Ga. Precisión del orden de micrones !!! Presentan multibandas espaciadas en decenas de micras que son sensibles a los pares electrón-hueco creados por el paso de partículas cargadas en la red cristalina del semiconductor   (2)





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