anticoincidencia electrónica

La anticoincidencia electrónica es un método (y su hardware asociado) ampliamente utilizado para suprimir eventos no deseados de "fondo" en física de altas energías , física experimental de partículas , espectroscopia de rayos gamma , astronomía de rayos gamma , física nuclear experimental y campos relacionados.

En el caso típico, se produce una interacción o evento de alta energía deseado , que es detectado por algún tipo de detector , generando un pulso electrónico rápido en la electrónica nuclear asociada . Sin embargo, los eventos deseados se mezclan con un número significativo de otros eventos, producidos por otras partículas o procesos, que generan eventos indistinguibles en el detector. Con frecuencia, es posible disponer otros detectores físicos de fotones o partículas para interceptar los eventos de fondo no deseados, produciendo pulsos prácticamente simultáneos que pueden utilizarse con electrónica rápida para rechazar dicho fondo.

Los primeros experimentadores en astronomía de rayos X y rayos gamma descubrieron que sus detectores, transportados en globos o cohetes sonda , se veían afectados por los grandes flujos de fotones de alta energía y eventos de partículas cargadas de rayos cósmicos . Los rayos gamma, en particular, podían colimarse rodeando los detectores con materiales de blindaje pesados ​​hechos de plomo u otros elementos similares, pero pronto se descubrió que los altos flujos de radiación de alta energía y muy penetrante presentes en el entorno del espacio cercano creaban cascadas de partículas secundarias que no podían ser detenidas por masas de blindaje razonables. Para resolver este problema, los detectores que operaban por encima de 10 o 100 keV a menudo se rodeaban con un blindaje de anticoincidencia activo hecho de algún otro detector, que podía usarse para rechazar los eventos de fondo no deseados. ^{[ 1 ]} 

En la figura se muestra un ejemplo temprano de dicho sistema, propuesto por primera vez por Kenneth John Frost en 1962. Cuenta con un escudo de centelleo activo de CsI (Tl) alrededor del detector de rayos X/gamma, también de CsI(Tl), y ambos están conectados en anticoincidencia electrónica para rechazar eventos de partículas cargadas no deseados y proporcionar la colimación angular requerida. ^{[ 2 ]}

Los centelleadores plásticos se utilizan a menudo para rechazar partículas cargadas, mientras que materiales de blindaje activo más gruesos como el cesio-isocianurato (CsI) , el germanato de bismuto (BGO) u otros, se emplean para detectar y bloquear eventos de rayos gamma de origen no cósmico. Una configuración típica podría consistir en un centelleador de NaI casi completamente rodeado por un grueso blindaje de anticoincidencia de CsI, con uno o varios orificios que permitan la entrada de los rayos gamma deseados procedentes de la fuente cósmica en estudio. También se puede utilizar un centelleador plástico en la parte frontal, que es razonablemente transparente a los rayos gamma, pero que rechaza eficazmente los altos flujos de protones de rayos cósmicos presentes en el espacio.

En la espectroscopia de rayos gamma , la supresión Compton es una técnica que mejora la señal eliminando los datos que han sido corrompidos por el rayo gamma incidente al dispersarse Compton fuera del detector antes de depositar toda su energía. El objetivo es minimizar el fondo relacionado con el efecto Compton ( continuo Compton ) en los datos. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los detectores de germanio de estado sólido de alta pureza (HPGe) utilizados en la espectroscopia de rayos gamma tienen un tamaño típico de unos pocos centímetros de diámetro y un espesor que oscila entre unos pocos centímetros y unos pocos milímetros. En detectores de este tamaño, los rayos gamma pueden dispersarse por Compton fuera del volumen del detector antes de depositar toda su energía. En este caso, la lectura de energía del sistema de adquisición de datos será inferior a la real: el detector registra una energía que es solo una fracción de la energía del rayo gamma incidente. ^{[ 3 ]}

Para contrarrestar esto, el costoso y pequeño detector de alta resolución está rodeado de detectores de baja resolución más grandes y económicos, generalmente un centelleador (NaI y BGO son los más comunes) ^{[ 4 ].} El detector de supresión está protegido de la fuente por un colimador grueso y funciona en anticoincidencia con el detector principal: si ambos detectan un rayo gamma, este debe haberse dispersado fuera del detector principal antes de depositar toda su energía, por lo que la lectura de Ge se ignora. La sección transversal de interacción de los rayos gamma en el detector de supresión es mayor que la del detector principal, al igual que su tamaño, por lo que es muy improbable que un rayo gamma escape de ambos dispositivos. ^{[ 3 ]}

Los experimentos modernos en física nuclear y de partículas de alta energía utilizan casi invariablemente circuitos de anticoincidencia rápidos para vetar eventos no deseados. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Los eventos deseados suelen ir acompañados de procesos de fondo no deseados que deben suprimirse mediante factores enormes, que van desde miles hasta miles de millones, para permitir la detección y el estudio de las señales deseadas. Ejemplos extremos de este tipo de experimentos se encuentran en el Gran Colisionador de Hadrones , donde los enormes detectores Atlas y CMS deben rechazar una gran cantidad de eventos de fondo a tasas muy altas para aislar los eventos muy raros que se buscan.

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