¿Qué es la excitación por radiación ionizante? Definición

Los electrones pueden alcanzar la banda de conducción cuando son excitados por radiación ionizante (es decir, deben obtener energía superior a Egap). Excitación por radiación ionizante [/ su_quote]

En general, los semiconductores son materiales, inorgánicos u orgánicos, que tienen la capacidad de controlar su conducción en función de la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes. El nombre semiconductor proviene del hecho de que estos materiales tienen una conductividad eléctrica entre la de un metal, como el cobre, oro, etc. y un aislante, como el vidrio. Tienen una brecha de energía de menos de 4eV (aproximadamente 1eV). En la física del estado sólido, esta brecha de energía o banda prohibida es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados de electrones están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en un semiconductor deben obtener energía (por ejemplo, de radiación ionizante) para cruzar la banda prohibida y alcanzar la banda de conducción.

Excitación por radiación ionizante

La energía para la excitación se puede obtener de diferentes formas. Los electrones pueden alcanzar la banda de conducción cuando son excitados por radiación ionizante (es decir, deben obtener energía superior a Egap). En general, las partículas con carga pesada transfieren energía principalmente mediante:

• Excitación. La partícula cargada puede transferir energía al átomo, elevando los electrones a niveles de energía más altos.
• Ionización. La ionización puede ocurrir cuando la partícula cargada tiene suficiente energía para remover un electrón. Esto da como resultado la creación de pares de iones en la materia circundante.

Una variable conveniente que describe las propiedades de ionización del medio circundante es el poder de detención . La expresión clásica que describe la pérdida de energía específica se conoce como fórmula de Bethe . Para las partículas alfa y las partículas más pesadas, el poder de detención de la mayoría de los materiales es muy alto para las partículas con carga pesada y estas partículas tienen rangos muy cortos.

Además de estas interacciones, las partículas beta también pierden energía mediante un proceso radiativo conocido como bremsstrahlung . Según la teoría clásica, cuando una partícula cargada se acelera o desacelera, debe irradiar energía y la radiación de desaceleración se conoce como bremsstrahlung (“radiación de frenado”) .

Los fotones (rayos gamma y rayos X) pueden ionizar átomos directamente (a pesar de que son eléctricamente neutros) a través del efecto fotoeléctrico y el efecto Compton, pero la ionización secundaria (indirecta) es mucho más significativa. Aunque se conoce un gran número de posibles interacciones, existen tres mecanismos clave de interacción con la materia.

• Efecto fotoeléctrico
• Dispersión de Compton
• Producción de parejas

En todos los casos, una partícula de radiación ionizante deposita una parte de su energía a lo largo de su trayectoria. La partícula que pasa a través del detector ioniza los átomos del semiconductor, produciendo los pares de electrones y huecos . Por ejemplo, el grosor típico del detector de silicio es de aproximadamente 300 µm, por lo que el número de pares de agujeros de electrones generados por partículas ionizantes mínimas (MIP) que pasan perpendicularmente a través del detector es de aproximadamente 3,2 x 10 ⁴ . Este valor es menor en comparación con el número total de portadores libres en un semiconductor intrínseco de una superficie de 1 cm ² y el mismo espesor. Tenga en cuenta que una muestra de germanio puro a 20 ° C contiene aproximadamente 1,26 x 10 ²¹ átomos, pero también contiene 7,5 x 10 ¹¹electrones libres y 7,5 x 10 ¹¹ huecos generados constantemente a partir de energía térmica . Como puede verse, la relación señal / ruido (S / N) sería mínima. La adición de 0,001% de arsénico (una impureza) dona 10 ¹⁵ electrones libres adicionales en el mismo volumen y la conductividad eléctrica se incrementa en un factor de 10,000. En material dopado, la relación señal / ruido (S / N) sería aún menor. El enfriamiento del semiconductor es una forma de reducir esta relación.

Se puede lograr una mejora mediante el uso de un voltaje de polarización inversa a la unión PN para agotar el detector de portadores libres, que es el principio de la mayoría de los detectores de radiación de silicio. En este caso, se aplica voltaje negativo al lado p y positivo al segundo. Los agujeros en la región p son atraídos desde la unión hacia el contacto p y de manera similar para los electrones y el contacto n.

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Protección de radiación:

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3. Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
4. USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
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Física nuclear y de reactores:

1. JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
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Ver también:

Propiedades de los semiconductores [/ su_button] [ / lgc_column]

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