Desarrollo de centelleadores como detectores de radiación ionizante

La fluencia y energía de la radiación de haces de partículas cargadas se controlan utilizando diversos sistemas tales como células de ionización, películas radiocromáticas o pantallas de fósforo acopladas a fotodiodos. En general, se trata de sistemas de monitorización de la radiación que son empleados en equipos tales como aceleradores de partículas o ciclotrones donde se producen radiofármacos, tal y como ocurre en el Centro Nacional de Aceleradores. Otras instalaciones que requieren estos sistemas de detección de radiación son los reactores de fusión, donde las pérdidas de iones rápidos son claves para el correcto funcionamiento de estos reactores.

Un material luminiscente es aquél que emite en forma de luz, parte de la energía que se deposita en él. En el caso concreto del  dispositivo desarrollado, cada capa luminiscente dentro del apilamiento consiste una lámina de alta calidad óptica formada por óxidos transparentes dopados con tierras raras con una emisión luminiscente característica (un color emitido característico).

De tal modo que, realizando el diseño conveniente de la multicapa (espesor de cada capa, tipo de luminiscente, etc.), podremos relacionar de manera unívoca la el color emitido con un determinado tipo y energía de partícula cargada.

Gracias a la colaboración entre el grupo Nanotechnology on Surfaces del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Centro Nacional de Aceleradores (España), se han diseñado y fabricado dos dispositivos para ilustrar las capacidades de estos nuevos tipos de detectores para evaluar la energía cinética de haces de electrones de unos pocos kilo-electronvoltios o partículas alfa de unos pocos mega-electronvoltios, si bien el concepto se puede extender a otras partículas y rangos de energía.

(Foto: CNA)

Este estudio se ha revelado como un enfoque poderoso y simple para el monitoreo de energía de haces de partículas cargadas, ya sea iones (es decir, basado en la detección de luminiscencia iónica) o electrones (es decir, catodoluminiscencia).

También se ha comprobado que estos dispositivos pueden diseñarse “a la carta” de acuerdo con el rango de energía y el tipo de partículas que se detectarán. Las señales emitidas desde tales detectores multicapa pueden recolectarse fácilmente en espectrómetros adecuados, y la señal espectral puede analizarse cuantitativamente usando como referencia los espectros característicos de cada capa luminiscente apilada en el dispositivo. Además, se ha demostrado que el concepto fotónico multicapa desarrollado en este estudio es totalmente compatible con detectores de color simples (incluido el ojo desnudo), donde, para determinados rangos de energías cinéticas, es posible una alta resolución en este parámetro seleccionando un apilamiento adecuado.

El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS actualmente vigente, aprobado el 7 de octubre de 2014 por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación (CPCTI). (Fuente: CNA)