La anticoincidencia electrónica es un método (y su hardware asociado) ampliamente utilizado para suprimir eventos "de fondo" no deseados en física de altas energías , física de partículas experimental , 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 y es detectado por algún tipo de detector , creando un pulso electrónico rápido en la electrónica nuclear asociada . Pero los eventos deseados se mezclan con un número significativo de otros eventos, producidos por otras partículas o procesos, que crean eventos indistinguibles en el detector. Muy a menudo es posible disponer otros detectores físicos de fotones o partículas para interceptar los eventos de fondo no deseados, produciendo pulsos esencialmente simultáneos que pueden usarse con electrónica rápida para rechazar el fondo no deseado.
Los primeros experimentadores en astronomía de rayos X y rayos gamma descubrieron que sus detectores, instalados en globos o cohetes sonda , estaban corrompidos 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 protección pesados hechos de plomo u otros elementos similares, pero rápidamente se descubrió que los altos flujos de radiación muy penetrante de alta energía presentes en el entorno del espacio cercano creaban lluvias de partículas secundarias que no podían ser detenidas por masas protectoras razonables. Para resolver este problema, los detectores que operaban por encima de 10 o 100 keV a menudo estaban rodeados por un escudo anticoincidencia activo hecho de algún otro detector, que podría usarse para rechazar los eventos de fondo no deseados. [1]
En la figura se muestra un ejemplo temprano de tal sistema, propuesto por primera vez por Kenneth John Frost en 1962. Tiene un escudo de centelleo activo de CsI (Tl) alrededor del detector de rayos X/rayos gamma, también de CsI (Tl), con los dos conectados en anticoincidencia electrónica para rechazar eventos de partículas cargadas no deseadas y proporcionar la colimación angular requerida. [2]
Los centelleadores de plástico se utilizan a menudo para rechazar partículas cargadas, mientras que el CsI más espeso, el germanato de bismuto ("BGO") u otros materiales de protección activos se utilizan para detectar y vetar eventos de rayos gamma de origen no cósmico. Una configuración típica podría tener un centelleador de NaI casi completamente rodeado por un grueso escudo anticoincidencia de CsI, con uno o varios orificios para permitir que los rayos gamma deseados entren desde la fuente cósmica bajo estudio. Se puede utilizar un centelleador de plástico en el frente que es razonablemente transparente a los rayos gamma, pero rechaza eficientemente los altos flujos de protones de rayos cósmicos presentes en el espacio.
En espectroscopia de rayos gamma , la supresión de Compton es una técnica que mejora la señal eliminando datos que han sido corrompidos por el rayo gamma incidente, lo que hace que Compton se disperse fuera del objetivo antes de depositar toda su energía. El objetivo es minimizar la característica del borde de Compton en los datos. [3]
Los detectores de germanio en estado sólido (HpGe) de alta resolución utilizados en espectroscopia de rayos gamma son muy pequeños, normalmente de sólo unos pocos centímetros de diámetro y con un espesor que oscila entre unos pocos centímetros y unos pocos milímetros. Dado que los detectores son tan pequeños, es probable que el rayo gamma Compton se disperse fuera del detector antes de depositar toda su energía. En este caso, la lectura de energía por parte del sistema de adquisición de datos será insuficiente: el detector registra una energía que es sólo una fracción de la energía del rayo gamma incidente. [3]
Para contrarrestar esto, el costoso y pequeño detector de alta resolución está rodeado por detectores de baja resolución más grandes y baratos, generalmente un centelleador como NaI o BGO. El detector principal y el detector de supresión funcionan en contra de la coincidencia: si ambos detectan un rayo gamma, el rayo debe haberse dispersado fuera del detector principal antes de depositar toda su energía, por lo que se ignora la lectura de Ge. El detector de supresión, mucho más grande, tiene mucho más poder de frenado que el detector principal, y es muy poco probable que los rayos gamma escapen de ambos dispositivos. [3]
Los experimentos modernos en física nuclear y de partículas de alta energía utilizan casi invariablemente circuitos rápidos anticoincidencia para vetar eventos no deseados. [4] [5] Los eventos deseados suelen ir acompañados de procesos en segundo plano no deseados que deben ser suprimidos por factores enormes, que van desde miles hasta muchos miles de millones, para permitir que las señales deseadas sean detectadas y estudiadas. Se pueden encontrar ejemplos extremos de este tipo de experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones , donde los enormes detectores Atlas y CMS deben rechazar grandes cantidades de eventos de fondo a velocidades muy altas, para aislar los eventos muy raros que se buscan.