Centelladores orgánicos

Centelladores orgánicos
La detección de las radiaciones ionizantes a partir de los destellos luminosos que éstas producen en ciertos materiales, es uno de los métodos más antiguos, pero continúa siendo aún muy utilizado en contaje y en espectrometría. Cuando una partícula ionizante incide en un material, puede interactuar de acuerdo al mecanismo que corresponda al tipo de partículas, a suenergía y al material de que se trate, produciendo partículas cargadas que se mueven en su interior. En ciertos materiales, denominados centelladores, pequeña fracción de la energía cinética de las partículas secundarias es convertida en energía luminosa; el resto se transfiere al medio como calor o como vibraciones de su red cristalina. La fracción de la energía que se convierte en luz (definida comoeficiencia de centelleo) depende, para un dado centellador, de la naturaleza de la partícula y de su energía. En algunos casos, la eficiencia puede ser independiente de la energía de la partícula, permitiendo una proporcionalidad directa entre la intensidad del impulso luminoso y la energía.
Los centelladores orgánicos se conforman de un material centellador, llamado en forma coloquial flúor debidoa que éste es el responsable de la fluorescencia; El proceso de fluorescencia en los productos orgánicos surge de las transiciones en el nivel de energía de la estructura de una sola molécula y por lo tanto se puede observar a partir de una especie molecular dada independientes de su estado físico. Los centelladores más frecuentes se encuentran en soluciones liquidas o en matrices poliméricas,dando lugar a los centelladores líquidos y a los centelladores plásticos, respectivamente.
Los compuestos centelladores son hidrocarburos aromáticos, es decir, compuestos que contienen átomos de carbono ligados entre sí en forma de anillo. Entre los más extensamente utilizados podemos mencionar a PTP, B-PBD, PPO y POPOP, compuestos de nombre químico impronunciable. Sus fórmulas químicas son,respectivamente, C18H14, C24H22N2O, C15H11NO y C24H16N2O2, es decir que son materiales ricos en carbono y en hidrógeno, cuyo número atómico promedio está entre 3,5 y 5.
Los materiales centelladores se conforman como mezcla de dos de estos compuestos. en donde uno de ellos es el centellador primario y el otro el denominado wavelength shifter (longitud de onda desplazada). El primero, del orden de 20veces más concentrado que el segundo, posee emisión en el espectro UV (300-370 nm). El segundo, absorbe los fotones UV y los reemite en longitudes de onda más largas, lo cual puede ser deseable por dos motivos: para ajustar los fotones con la respuesta espectral del fotocatodo y para disminuir la absorción de estos fotones por el mismo centellador.
Mecanismo de centelleo
Los compuestos aromáticosposeen los llamados orbitales moleculares π, en los cuales los electrones no se encuentran asociados a un átomo en particular, sino que están localizados en la molécula, este tipo de enlaces tienen energía muy débil y por eso son fáciles de romper. Estos orbitales son los que generan los enlaces químicos entre los átomos de carbono que forman el anillo característico de estos compuestos. La luz decentelleo se genera por transiciones entre niveles energéticos de los electrones de valencia. En la figura 1.2 se puede ver un diagrama de energías esquemático, donde se encuentra graficado el estado fundamental, un estado excitado singlete de spin S1 y otro triplete T1. El estado fundamental se denota como So. Además, asociado a cada nivel electrónico hay una estructura de subniveles energéticosde excitaciones de modos vibracionales moleculares. La diferencia de energía entre niveles electrónicos está en el orden de los 3 eV, mientras que entre los subniveles vibracionales, en el orden de los 0,15 eV.

La energía cedida por la radiación a través de ionización y excitación, hace que los electrones de valencia pueblen tanto los estados excitados electrónicos como los subniveles...