Un rayo gamma que interactúa con un centelleador produce un pulso de luz que es convertido en un pulso eléctrico por un tubo fotomultiplicador (PMT). El PMT consta de un fotocátodo, un electrodo de enfoque y 10 o más dinodos que multiplican el número de electrones que golpean en cada dinodo. Una cadena de resistencias situada normalmente en un conjunto de base de tubo enchufable polariza el ánodo y los dinodos. Existen conjuntos completos que incluyen el centelleador y el PMT.
Las propiedades de un material de centelleo necesarias para producir un buen detector son la transparencia, la disponibilidad en gran tamaño y una gran salida de luz proporcional a la energía de los rayos gamma. Pocos materiales tienen buenas propiedades para los detectores. El yoduro de sodio activado con talio [NaI(Tl y el yoduro de cesio [CsI(Tl cristales se utilizan comúnmente, así como una amplia variedad de plásticos. El CsI(Tl) y los plásticos tienen tiempos de decaimiento de la luz mucho más rápidos que el NaI(Tl) y se utilizan principalmente para aplicaciones de temporización.
La elevada Z de yodo en los cristales de NaI(Tl) se traduce en una gran eficacia para la detección de rayos gamma. La resolución para un cristal de 3 pulgadas de diámetro por 3 pulgadas de longitud es típicamente de alrededor del 7% para 137Cs y ligeramente peor para tamaños mayores. La constante de tiempo de decaimiento de la luz para un cristal de NaI(Tl) es de aproximadamente 0,23 µs. Los preamplificadores sensibles a la carga típicos traducen esto en un impulso de tensión de salida con un tiempo de subida de aproximadamente 0,5 µs.
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