Detectores de Radiación: Principios y Usos de Fototubos y Fotomultiplicadores

Detectores de Radiación

Fototubos

Los fototubos constan de un cátodo semicilíndrico y un ánodo filamentoso. En el interior del cátodo se ha depositado una fina capa de cobre o cualquier otro material fotoemisor, es decir, con tendencia a ceder electrones (e^-) cuando incide una radiación luminosa (como los metales alcalinos). Ambos electrodos, ánodo y cátodo, están encerrados en el interior de una ampolla transparente a la radiación donde se ha practicado el vacío.

Generalmente, se aplica una diferencia de potencial de 90V entre el ánodo y el cátodo, lo que atrae los electrones hacia el ánodo. Cuando la diferencia de potencial es adecuada, existe proporcionalidad entre la intensidad luminosa y la intensidad de la corriente eléctrica generada. Esta proporcionalidad se da a partir de un voltaje que se denomina punto de saturación, el cual está alrededor de 60-70V. Cuando el voltaje es bajo, no hay proporcionalidad entre la intensidad luminosa y la intensidad generada, pero cuando es alto, sí que existe esa proporcionalidad.

Ventajas de los Fototubos

• La señal generada es fácilmente amplificable.
• Son adecuados para medir radiaciones de baja intensidad.
• Pueden utilizarse en las regiones del ultravioleta y visible.

Inconvenientes de los Fototubos

• Necesitan una fuente externa de alimentación para operar por encima del voltaje de saturación, a partir del cual se obtiene la proporcionalidad.

Tubos Fotomultiplicadores

Los tubos fotomultiplicadores constan de una ampolla céntrica (siempre transparente), generalmente de cuarzo, aunque en ocasiones también puede ser de vidrio, en cuyo interior se ha aplicado el vacío. En su interior contienen dos electrodos principales: un ánodo y un cátodo.

El cátodo es semicilíndrico y en su interior está depositada una fina capa de material fotoemisor. Entre el cátodo y el ánodo se colocan más electrodos intermediarios llamados “dinodos”, cuya estructura es similar a la del cátodo. Cada dinodo está situado a un potencial superior al anterior, pero inferior al siguiente, de manera que la diferencia de potencial entre dos dinodos consecutivos es siempre constante, de 90V. Se suelen colocar 9 dinodos internos, por lo que la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo será de 900V.

Al igual que en los fototubos, cuando no hay radiación luminosa, no hay corriente eléctrica. Cuando incide una radiación electromagnética sobre la superficie del cátodo, se arranca una serie de electrones (e^-) que son atraídos por el primer dinodo. Cuando llegan a él, encuentran un nuevo material emisor y se produce un nuevo arranque de electrones (e^-) que son atraídos por el siguiente dinodo, y así sucesivamente hasta llegar al ánodo.

Por cada electrón (e^-) arrancado en la superficie del cátodo, llegan al ánodo del orden de 10⁶ o 10⁷ electrones (e^-), por lo que el efecto de amplificación es enorme y la corriente que se genera puede también amplificarse fácilmente. Son especialmente útiles para bajas intensidades.

Ventajas de los Tubos Fotomultiplicadores

• La corriente generada es proporcional a la intensidad de la radiación luminosa.
• Solo pueden utilizarse con radiaciones de muy baja intensidad.
• Son idóneos para la región de fluorescencia y fosforescencia, aunque también pueden usarse en la región visible.