Análisis y diseño de un detector compacto de radiación gamma de estado sólido para espectrometría

Abstract

La detección de radiación es una necesidad desde el momento del descubrimiento de la radiación misma. Son muchas las tecnologías actuales empleadas para medir el nivel de radiación: contadores proporcionales, Geiger-Müller, cámaras de ionización, centelleo con tubos fotomultiplicadores, centelleo líquido, detectores de germanio, detectores de semiconductor de estado sólido (con o sin centelleador)… De todos ellos, solamente unos pocos son válidos para realizar una espectrometría gamma. Mientras unos se limitan a indicar si existe radiación o no a partir de un cierto umbral como los Geiger-Müller, con los detectores de semiconductor y centelleo, mediante electrónica adicional es posible determinar el radioelemento ante el que nos encontramos. Sin embargo, los equipos actuales son costosos y algunos, como los de germanio, necesitan temperaturas de -200ºC para operar correctamente. Por ello, en los últimos años, los detectores de semiconductor de estado sólido, como los fotodiodos de Silicio, cada vez se perfilan como una alternativa más económica y compacta. El OBJETIVO de este trabajo de fin de grado consistirá en realizar un análisis del estado del arte actual, así como un estudio de mercado para adquirir dos o tres modelos diferentes de detectores de estado sólido compactos. Tras la adquisición, se procederá al diseño o selección de la electrónica adicional necesaria para su puesta en marcha y se establecerá una comparativa entre los mismos. Se compararán las relaciones señal-ruido obtenidas, los tiempos de subida y decaimiento, la relación prestaciones-precio, la disponibilidad, y la complejidad-tamaño-precio de la circuitería necesaria para cada uno. En base a los resultados medidos, se determinará su viabilidad, así como límites de detección a partir de la utilización de muestras calibradas, proporcionadas por el Laboratorio de Energía Nuclear de la ETSI Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid y la empresa Nabla Designs SL. Para acometer dicho objetivo, será necesario un estudio del fenómeno de la radiación y detección gamma para las distintas tecnologías existentes, determinando el porqué de la elección de los detectores de estado sólido para este trabajo. En siguiente lugar, se procederá a analizar el estado del arte y realizar un estudio de mercado que permita la selección de varios detectores comerciales. A continuación, se estudiará la circuitería adicional necesaria (fuente DC de bajo ruido, filtrado, amplificación de bajo ruido, conexionado, multicanal, cristal centelleador…) para su puesta en marcha y se realizará un dimensionado diseñando o adquiriendo estos circuitos específicos para cada detector. Con todo ello se espera que el alumno establezca un primer contacto con el fenómeno de detección, e identifique cada una de las partes elaborando un primer prototipo básico.