El espectro de energías de los positrones registrados por el detector de Germanio hiperpuro tiene la forma siguiente:

Figura 1. Espectro registrado por el detector HPGe.

Para analizar la forma del espectro obtenido, es necesario conocer los diferentes procesos de interacción que pueden experimentar los fotones incidentes con los átomos del detector:

1.             Absorción fotoeléctrica: El proceso que interesa que ocurra en el detector para poder conocer el espectro de emisión de los rayos gamma de la fuente es el efecto fotoeléctrico, ya que los fotones absorbidos por efecto fotoeléctrico depositan toda su energía en el detector. El fotón incidente entrega toda su energía a un electrón ligado a un átomo, liberándolo con una energía igual a la del fotón incidente menos la energía de ligadura atómica del electrón. El resto de procesos suponen un fondo de detección para energías menores o iguales que la del pico fotoeléctrico que hay que eliminar en la medida de lo posible para poder analizar el espectro.

2.             Efecto Compton: Cuando un fotón interacciona por efecto Compton pierde sólo parte de su energía y es dispersado con un cierto ángulo. Cuando los fotones llegan al detector después de haber sufrido una dispersión Compton, sólo dejan en el detector parte de su energía. Esto da lugar al a denominada ‘zona Compton’, que ocupa una amplia región del espectro, con energías inferiores a las del fotopico. Tras la dispersión, el fotón secundario puede escapar de detector sin más interacciones, ser absorbido por efecto fotoeléctrico o sufrir una nueva dispersión Compton. Estos dos últimos casos, más probables cuanto mayor sea el detector, alteran el perfil del fondo correspondiente a una única interacción Compton y hacen que el fotón incidente pierda más energía que la posible mediante un solo proceso Compton.

3.             Creación de pares: En este caso, la energía del fotón incidente (que tiene que ser superior a 1022 keV, para que este proceso tenga lugar) se emplea en generar un par electrón-positrón, que se reparten entre sí la energía del fotón incidente.

    Así, según los procesos anteriormente descritos, el espectro de energía depositada en el detector HPGe consiste en dos picos fotoeléctricos, centrados en 511 keV y 1.28 MeV, más un perfil Compton continuo a la izquierda de cada pico fotoeléctrico.

Los fotopicos de 511 keV y 1.28 MeV corresponden a los fotones resultantes de las distintas aniquilaciones de los positrones con electrones de la muestra y a los fotones emitidos en la desintegración del ²²Na, respectivamente, que han depositado toda su energía en el detector. Los fotones que son dispersados y dejan una cantidad incompleta de energía en el detector constituyen la región Compton, asociada a cada fotopico del espectro.

Hay que señalar que el proceso de creación de pares en el rango de energías de este trabajo no tiene relevancia debido a la escasa probabilidad de que suceda a bajas energías (1.28 MeV, no siendo posible para los fotones de 511 keV).

            Por último, se observa un pico en el espectro en la región de bajas energías. Este pico corresponde a  rayos X (energías de unos cientos keV) cuyo origen se puede encontrar en los materiales que rodean al detector que, al recibir rayos gamma, se ionizan dejando vacantes en los niveles inferiores electrónicos de sus átomos. Tras este proceso, se producen transiciones de electrones de los niveles superiores a estos niveles, emitiendo rayos X con energía correspondiente a la diferencia de energía entre niveles.