ESPECTROSCOPIA DE RAYOS GAMMA

Como espectroscopia gamma se denota a todas las técnicas asociadas a la detección y procesamiento de datos de rayos gamma. Un rayo $\gamma$ se emite cuando el núcleo libera energía sobrante que le queda después de haber decaído emitiendo alguna partícula. La energía del rayo $\gamma$ debe ser la misma que la liberada por el núcleo y está relacionada con la frecuencia del rayo de la forma

$$E=h\nu$$

La interacción de un rayo $\gamma$ con la materia puede ser de tres formas : efecto Compton, producción de pares y efecto fotoeléctrico. El efecto Compton sucede cuando un rayo $\gamma$ ``colisiona'' con un electrón libre o ligado a un átomo y cede una parte de su energía a éste y emite otro rayo $\gamma$ con energía menor. La energía del rayo $\gamma$ resultante depende de la energía del rayo incidente y del ángulo entre la trayectoria del rayo incidente y el que sale de la colisión. La producción de pares sucede en las vecindades del núcleo y se produce cuando un rayo $\gamma$ tiene una energía mayor al doble de la energía de la masa en reposo de un electrón (aprox. 511 keV) y le es posible convertirse en un par electrón-positrón. El electrón producido en este proceso se puede asociar a algún átomo del medio o permanecer como electrón libre. Sin embargo, el positrón es una antipartícula con energía cinética relativamente baja con alta probabilidad de aniquilarse con un electrón del medio emitiendo dos rayos $\gamma$ de 511 keV. El efecto fotoeléctrico consiste en un rayo $\gamma$ que ``colisiona'' con un electrón que se encuentra ligado a un átomo. En dicha colisión el electrón absorbe toda la energía del rayo $\gamma$ y puede ya sea saltar a otro estado dentro de la nube electrónica del átomo o si la energía es suficiente para vencer la función de trabajo $W_0$ del material puede escapar del átomo y volverse un electrón libre con una energía $E=h\nu-W_0$.

Figura 7.1: Interacción de rayos $\gamma$ con la materia

La mayoría de sistemas de detección de radiación $\gamma$ se basan en el efecto fotoeléctrico por dos razones principales: el electrón liberado del átomo tiene una energía directamente relacionada con la energía el rayo $\gamma$ que lo liberó y para rayos $\gamma$ de baja energía es la interacción dominante con la materia. En la figura (7.1) se muestra la interacción dominante en un material absorbente con número atómico $Z$ dado en función de la energía del rayo $\gamma$.