Detecção e Medição da Radiação com Detectores

Instrumentação para Detecção da
Radiação
PRINCIPIO E OPERAÇÃO

Radiação e Detectores
Tipos de radiação de interesse
• Principalmente fótons - gama, raios X
• Nêutrons
• Partículas carregadas – beta, alfa

Porque dos Detectores
Monitoramento
• Campos de radiação instantâneos
• Campos de radiação induzida
• Material radioativo solto

• O monitoramento da radiação é um
componente essencial de qualquer programa
de proteção radiológica.
As medidas da dose ambiente proporciona a
informação básica necessária:
• Para minimizar a dose dos trabalhadores e do
público.
• Para otimizar o planejamento radiológico,
ALARA
• Para estimar os tempos de ocupação nas áreas
radiológicas.

• Os dados do monitoramento podem ser usados
para mostrar concordância com os
regulamentos.
• Os dados do monitoramento podem ser usados
como base técnica para a programação de
tomada de decisão.

Técnicas de monitoramento
• Sistemas de monitoramento da radiação ativos
• Sistemas de monitoramento da radiação
passivos
• Monitores de radiação portáteis
• Medidas especiais

Radiação e Detectores
• Interessam sua intensidade, sua energia, ou
qualquer outra propriedade que ajude a avaliar
seus efeitos.
• Muito importante escolher o detector adequado
para a radiação que se deseja medir. Ao não
faze-lo pode conduzir a erros graves.
• Cada aparelho de detecção é sensível a certo
tipo de radiação e a certo intervalo de
energia.

Um detector de radiação é definido como sendo um
dispositivo capaz de proporcionar um sinal analisável
quando for atingido pela radiação.
Detectores de Radiação

Como funciona os detectores…?
• As radiações  ionizam átomos.
• Como consequência pode haver a
emissão de luz, troca de temperatura, ou
efeitos químicos,
•  Indica a presença de radiação.

Transdutores de Energia
Os detectores são transdutores de energia: transforma a
energia da radiação ionizante em outro tipo de energia que
podemos quantificar facilmente, por exemplo em pulsos
elétricos, emissões de luz e alterações de propriedades nos
materiais tais como o color.
Detector
Radiação
ionizante
Manifestações
visíveis da energia
TRANSDUÇÃO

Propriedades Gerais
dos
Detectores de Radiação

MECANISMOS USADOS PARA DETECÇÃO DA RADIAÇÃO
Os detectores de radiação têm como principio de operação a detecção
de uma alteração observada no meio absorvedor que foi causada pela
transferência de energia da radiação ionizante para este meio.
Existem vários efeitos que são causados pela radiação ionizante que
podem ser utilizados na detecção e medida da radiação, e estes são os
seguintes:
Ionização;
Cintilação;
Termoluminescência;
Mecanismos Químicos;
Aquecimento; e
Mecanismos Biológicos.
Propriedades Gerais dos Detectores de
Radiação

Ionização Direta & Indireta
• Ionização Direta
– Radiação por si só produz íons
• partículas alfa
• partículas beta
• Ionização Indireta
– Radiação interage com a
parede do detector para
produzir elétron de alta energia
• radiação X
• radiação gama

Cintilação
É a produção de luz provocada pelo movimento de
elétrons de um orbital com nível de energia mais
elevado para um orbital com nível de energia
inferior dentro do material absorvedor.
A cintilação é um mecanismo de detecção muito
importante no processo de monitoração da radiação
e os detectores que utilizam este mecanismo são
conhecidos como detectores cintiladores.

Excitações
que ocorrem
dentro do
volume
sensível do
detector.

Termoluminescência
Ec
Ev
Ef
Banda de valência
Banda de condução
Antes de receber radiação, acima do N.F. não possui níveis
ocupados
Cristal termoluminescente

Termoluminescência
Ec
Ev
Ef
Banda de valência
Banda de condução
Depois de receber radiação, acima do N.F. possui níveis
ocupados e lacunas na BV
Cristal termoluminescente

Mecanismos Químicos
A radiação ionizante pode causar alterações químicas.
Este efeito é observado no uso de filme fotográfico para
dosimetria individual, radiografia médica e industrial.
Em alguns casos, a radiação ionizante aumenta a taxa em
que a reação química ocorre e este mecanismo pode ser
usado para medir altas doses durante o processo de
irradiação.

Aquecimento
A radiação ionizante pode aumentar a temperatura do meio
absorvedor e a medida deste aumento de temperatura pode
fornecer uma avaliação da dose de radiação.
Esta técnica conhecida como calorimetria não é adequada
para equipamentos de medida rotineira em proteção
radiológica já que é necessária uma dose muito elevada
para causar uma pequena variação de temperatura.
Portanto, é utilizada como padrão primário para
instrumento de calibração.

CALORIMETRIA
• Como medir a dose absorvida?
• A melhor maneira seria calorimetria... Mas
não é muito prático.

Mecanismos Biológicos
As altas doses de radiação podem causar alterações
biológicas em células vivas.
As alterações biológicas serão utilizadas somente para
estimativa da dose em circunstâncias extremas onde
existe a suspeita de irradiação acidental de pessoas
conduzindo a uma dose bastante elevada.

Dosimetria biológica
• Uma análise do número de aberrações cromossômicas
permite avaliar a dose de uma pessoa que tenha sofrido um
acidente radioativo e não portava um dosímetro pessoal.

Detecção e Medida da Radiação

PROPRIEDADES DE UM DETECTOR
Para que um dispositivo seja classificado como um detector apropriado é
necessário que, além de ser adequado apresente nas suas seqüências de medição
algumas características, tais como:
a. Repetitividade, definida pelo grau de concordância dos resultados obtidos
sob as mesmas condições de medição;
b. Reprodutibilidade, grau de concordância dos resultados obtidos em
diferentes condições de medição;
c. Estabilidade, aptidão do instrumento conservar constantes suas
características de medição ao longo do tempo;
d. Exatidão, grau de concordância dos resultados com o “valor
verdadeiro”ou “valor de referência” a ser determinado;
e. Precisão, grau de concordância dos resultados entre si, normalmente
expresso pelo desvio padrão em relação à média;
f. Sensibilidade, razão entre a variação da resposta de um instrumento e a
correspondente
variação do estímulo;
g. Eficiência, capacidade de converter em sinais de medição os estímulos
recebidos.

SISTEMA DETECTOR DE RADIAÇÃO
Latim detectus = descoberto.
Indicar a presença da radiação
Medir a quantidade de radiação
Medir a energia da radiação

SISTEMAS DETECTORES DE RADIAÇÃO
• Duas partes principais:
• Detector
• Onde se dá a interação da
radiação, gerando um sinal
de saída (transdutor).
• Sistema Associado
• Responsável pela medida
do sinal de saída, de modo
a ser interpretado.

DETECTOR
• Volume ativo do detector
• Onde se dá a interação da radiação e
que gera o sinal de saída (volume
sensível).
• Janela do detector
• Parte por onde penetra a radiação no
volume sensível.

• Não há detector sensível simultaneamente a
todos os tipos, energias e intensidades de
radiação.
• É necessário determinar o melhor dispositivo
ou equipamento para a radiação em estudo.
DETECTOR

DETECTOR
• Baseado na ionização:
• detectores a gás,
• detectores semicondutores, ...
• Baseado na excitação e/ou dissociação
molecular:
• detectores de cintilação,
• emulsões fotográficas, ...

RESPOSTA DO DETECTOR
• Instantânea:
Informações sobre a radiação
incidente no mesmo instante
em que estamos realizando
a medida.
• Atrasada:
Devemos processar o
detector e obter as
informações após o
momento da medida.

Sistema detector com coleta de carga
• Passagem da radiação;
• Formação de pares elétron-íon;
• Campo elétrico movimenta as cargas;
• A carga é coletada;
• O sinal é tratado;
• A saída é interpretada.

Modo de Operação
Tipo Pulso
Cada sinal da saída corresponde a uma interação
no volume ativo.
Tipo Corrente (ou nível médio)
O sinal de saída corresponde ao efeito médio de
várias interações no interior do volume ativo.

Modo Corrente (ou nível médio)
Uma maneira simples de medir um sinal causado pelo detector é
efetuar a medida da corrente.
Neste modo, é conectado um medidor de corrente na saída do
detector.
O nível de corrente é da ordem de pA ou nA.
O medidor de corrente possui um tempo de resposta T.
Modos Básicos de Funcionamento

O sinal de saída corresponde ao efeito médio de várias interações
no interior do volume ativo.
O modo corrente é usado quando as taxas de eventos são muito
altas, o que proporciona uma corrente estável.
Mede a taxa média do fluxo de fótons.
Evita perdas devido ao tempo morto.
Ao medir a corrente produzida no detector, obtém-se valores médios
temporais, mais não se obtém informação individual dos eventos
que interagiram.

Modo Pulso
No modo pulso, a informação relativa à energia e o tempo de coleta
de eventos individualmente é preservada, isto é, a informação sobre
a amplitude do sinal e o tempo de sua ocorrência é preservada.
A forma do sinal de um detector de radiação depende da eletrônica
a qual o detector se encontra conectado bem como da resposta do
detector.
Frequentemente, o estágio de entrada da eletrônica é um circuito
RC.

No circuito, R representa a resistência de entrada do circuito de
medida, C é a capacitância somada do detector, cabos, etc., e V(t) é a
tensão dependente do tempo aplicada sobre o resistor de carga; V(t)
é o sinal que é produzido.  = RC é a constante de tempo do
circuito de medida.

Com os circuitos de RC grande, a tensão máxima é indicada por:
Vmax = Q / C, onde, Q é a carga produzida no detector.
Se C for fixo e estável, Vmax será diretamente proporcional a Q.
A medida da altura do pulso Vmax será equivalente à medida da
carga (ou energia depositada) produzida por uma interação da
radiação.
Cada sinal da saída corresponde a uma interação no volume ativo.
Detecta o fóton individualmente.
É imprescindível para fazer espectrometria da radiação (medida de
seu espectro de energias), o que é feito a partir da altura dos pulsos
elétricos gerados no sistema de medida.

As vantagens deste modo de operação residem fundamentalmente
em sua maior sensibilidade e na informação que pode ser obtida
em forma individual , sobre cada evento detectado,.
Este modo é o usado quando se precisa saber o número de eventos
individuais detectados ou quando é necessário obter informação
detalhada sobre a distribuição energética da radiação incidente,
isto é, quando são realizadas medidas de caráter espectrométrico.
Detector de radiação baseado na análise de
pulsos

Pulso de Saída do Detector
A carga criada no detector pode ser
dada por:
E  energia cedida ao detector;
e  carga elementar  1,6  1019C;
 = energia média necessária para criar um par de
íons.

A altura do sinal de saída é dada por:
E  energia cedida ao detector;
e  carga elementar  1,6  1019C;
C = capacitância total do detector;
 = energia média necessária para criar um par
de íons.

Tempo de subida e de descida:

ANÁLISE DE PULSOS
A informação que um detector funcionando em modo de pulso é capaz
de proporcionar depende do cumprimento, em maior ou menor grau, de
uma série de condições ideais que podem ser resumidas nas seguintes:
Cada partícula (ou fóton) deve produzir um pulso elétrico
claramente distinguível do valor de fundo natural.
A duração do pulso deve ser curta, para permitir uma boa
separação entre eventos próximos entre si no tempo.
O tamanho do pulso deve ser relacionado com a energia do evento
que lhe deu origem. Se possível a relação deve ser linear.
Eventos idênticos devem proporcionar pulsos o mais parecidos
possíveis mesmo que ocorram em lugares diferentes do volume útil
do detector.

Quando são cumpridas estas condições, pelo menos parcialmente, é
possível caracterizar a fonte radioativa emissora mediante o estudo do
espectro de energias ou distribuição do número de partículas ou fótons em
função de sua energia.
Não é possível obter uma curva ideal para este tipo, pois a resolução do
sistema de medida é finita.
Por sua vez é obtido um histograma de amplitude de pulsos que contém o
número de eventos registrados em função de um intervalo de energia dado,
também chamado canal.

Na realidade, os canais correspondem aos tamanhos de pulso.
Este histograma, tratado adequadamente, pode proporcionar
informação sobre algumas características da radiação cujo
espectro está sendo medido, como podem ser a energia e a
intensidade de seus componentes.
O histograma de amplitude de pulsos é o resultado de amostrar o
espectro de energia em condições determinadas de medida.

Se existe uma relação entre o tamanho do pulso produzido por uma
partícula ou fóton e sua energia, será possível em determinados
casos obter a função que relaciona o número de canal com a
energia que lhe é atribuída, processo que se denomina calibração
em energia do sistema de medida.
A situação desejável é que essa função seja linear, pois isso
simplifica a análise espectral mesmo não constituindo uma
exigência imprescindível.
A obtenção da equação de calibração pode ser realizada de diversas
maneiras, sendo comum a todas elas a necessidade de dispor de
vários pares de dados (energia - número de canal).
CALIBRAÇÃO EM ENERGIA

Estas podem ser obtidas a partir do próprio espectro que está
sendo analisado, sempre que tenha sido identificado sem
ambigüidade alguns de seus componentes.
Quando não é possível fazer assim, recorre-se a fontes radioativas
especialmente preparadas para essa finalidade ou a meios
eletrônicos que simulam o pulso produzido por um evento de
energia conhecida.
CALIBRAÇÃO EM ENERGIA

Uma das principais propriedades que caracteriza os detectores de
radiação é sua capacidade para discriminar entre eventos de energias
distintas.
RESOLUÇÃO EM ENERGIA
A resolução em energia de um sistema de detecção da radiação é
uma propriedade muito importante quando se tem a intenção de
realizar a espectrometria da radiação.

Para um detector ideal o espectro de energia correspondente à
resposta para um feixe de radiação mono energética seria uma linha
vertical, ou ponto no espectro de energia, contendo todos os eventos
detectados.
Na realidade, como consequência da natureza estatística da
desintegração radioativa e do fenômeno de detecção, essa linha se
alarga adotando uma forma que depende da natureza da radiação e
do tipo de detector, assim como de outros fatores, entre os quais a
disposição geométrica da medida exerce um papel muito importante.
Quando uma fonte mono energética é medida em cada um dos
sistemas produz a resposta correspondente de um pico único, o
sistema com boa resolução proporciona uma largura de pico mais
estreita, que é melhor para fazer a separação de picos localizados
muito próximos um do outro.

Geralmente, o espectro de tais linhas lembra a uma gaussiana, mais
ou menos deformada e a resolução de um detector costuma ser
definida como a largura, na metade de sua altura, de uma linha mono
energética, habitualmente expressada na bibliografia com as siglas
FWHM, acrônimo da expressão inglesa “Full Width at Half
Maximum”.

Resolução em Energia
• Definida como a largura máxima à meia altura
FWHM (Full Width at Half Maximum), dividida
pelo centróide do pico H0.
• R é uma fração adimensional expressa como
percentagem .

• Determina o grau de discriminação
de energia de um sistema.

Expressa a capacidade do detector para separar duas linhas
de energias próximas.
É função da energia.
Só tem sentido para detectores no modo de pulso.

Determinação da Resolução.
Calcular a resolução ( R ) de cada um dos
fotopicos segundo a expressão:
R ( % ) = [ E / E ] . 100
Sendo E a largura do fotopico na metade de sua
altura, expressada em keV, e E é a energia
correspondente ao centro do pico.

Espectro gama de Cs-137 medido com um detector de NaI(Tl) (azul) e com um detector de
Ge (vermelho), cuja resolução em energias é muito superior.

Espectro gama de Cs-137
A – FOTOPICO
B – COMPTON CONTÍNUO
C – BORDA COMPTON
D – PICO DE RETROESPALHAMENTO
E – FOTOPICO DO BÁRIO
F – RAIOS X - DO CHUMBO

• A capacidade de conseguir distinguir valores
próximos de energias aumenta à medida que o pico
seja de menor a largura (melhor é a resolução).

EFICIÊNCIA DO SISTEMA DETECTOR
Nem todas as radiações que incidem no detector fornecem um sinal
na saída, e vários fatores influenciam nisso:
• A interação não ocorre no meio detector, a radiação passa pelo
volume do detector mas não interage com o meio;
• A dificuldade de partículas carregadas chegarem ao volume
ativo, pois têm que atravessar a janela do detector, e acabam
sendo freadas na mesma;
• O número de sinais registrados depende da geometria de
contagem, principalmente da distância fonte-detector;
• Tempo morto do sistema;

A eficiência de detecção é uma outra propriedade
importante de um detector de radiação.
Como o significado geral indica, a eficiência de detecção
representa a probabilidade de detecção de um único
quantum de radiação.
Uma calibração exata e precisa da eficiência de detecção
é muito importante para propósitos de medidas
quantitativas de uma fonte de radiação desconhecida.

Salvo em alguns casos, somente uma fração dos eventos radioativos
originados na fonte que esta sendo medida é registrada pelo detector.
Um sistema de detecção da radiação deve possuir uma alta eficiência
e uma boa resolução em energia, que dificilmente é encontrado nas
aplicações práticas.

Portanto, quando planejar escolher um sistema de detecção, o tipo
de detector e o material deverá ser escolhido cuidadosamente de
acordo com a prioridade da medida. Geralmente, é inevitável a
manutenção de um compromisso.
Em geral, a eficiência de detecção é dependente tanto da interação
da radiação quanto do tamanho de um detector. As partículas
carregadas (elétron, próton, alfa) interagem mais facilmente que as
neutras (raios X, radiação gama, nêutrons) e fornecem maiores
eficiências.
Teoricamente, se pudéssemos fabricar um detector com volume
suficientemente grande, sempre seria possível detectar 100 % das
partículas incidentes no detector.

Porém, isto é impraticável ou até mesmo impossível, por exemplo, os
cristais semicondutores não podem ser aumentados em seu tamanho
num valor suficiente para que se torne 100 % eficiente pata fótons
de alta energia.
O porquê disto é que deu origem ao conceito de eficiência de
detecção.
Nem todas as partículas podem ser detectadas, mas se a proporção
de partículas detectadas pode ser conhecida, o número de partículas
pode ser calculado a partir do número detectado.
Dependendo do modo de definição do numero de quantum da
radiação, tanto a eficiência absoluta como a intrínseca podem ser
usadas.

A eficiência de um detector está associada normalmente ao
tipo e à energia da radiação e é basicamente a capacidade
do detector de registrá-la.
A eficiência de um detector pode ser definida de duas
formas:
eficiência intrínseca e
eficiência absoluta.
O registro de cada radiação no detector representa um
sinal, que pode ser um pulso, uma lacuna, um sinal de luz,
ou outro sinal qualquer, dependente da forma pela qual a
radiação interage com o detector e dos subprodutos
mensuráveis gerados.
Eficiência de Detecção

Nem todas as radiações que incidem no
detector fornecem um sinal na saída, e vários
fatores influenciam nisso.
Eficiência Intrínseca
Eficiência Absoluta
Eficiência intrínseca é característica do detector e a eficiência
absoluta é do sistema fonte-meio-detector.

CONCEITO

Eficiência intrínseca do detector
Os fatores que influenciam a eficiência intrínseca do detector
diferem para cada tipo.
Entre eles estão o número atômico do elemento sensível do
detector, estado físico do material, tensão de operação (para
detectores que usam campo elétrico), sensibilidade da
emulsão fotográfica (para filmes), e outros parâmetros que são
ligados às características físico-químicas dos seus materiais
constituintes. (tamanho e espessura do detector e energia da
radiação).
É definida pelo número de quantum de radiação incidente
no detector, desta forma a influência da geometria de
detecção é consideravelmente desprezível e a eficiência é
praticamente independente da geometria.

As eficiências intrínseca e absoluta podem ser relacionadas uma com
a outra pela probabilidade de incidência no detector.
O ângulo sólido é usado para representar esta probabilidade.
A definição do ângulo sólido é a fração de um intervalo angular
especifica (tanto ângulos polar como azimutal) no espaço
tridimensional.

As eficiências também são classificadas pela fração da energia
depositada.
Dependendo das interações envolvidas com cada uma das
partículas de radiação, existem duas possibilidades de deposição
de energia: completa ou parcial da energia da radiação incidente.
Se não se ter o cuidado com qual fração da energia é depositada,
isto é, aceitar todos os pulsos provenientes do detector, é usada a
eficiência total.
A eficiência do detector deve ser especificada de acordo com
ambos os critérios.
Por exemplo, o formato convencional usado para detectores de
radiação gama é a eficiência de pico intrínseca.

Eficiência de um detector
A eficiência do detector depende:
• do tipo do detector (GM, NaI, Proporcional)
• do tamanho e forma do detector
• da distância entre o detector e o material radioativo
• do radioisótopo e tipo de radiação medida (radiação alfa, beta, gama e suas energias)
• da radiação retroespalhada pelo detector (quanto mais densa for a superfície maior
será o retroespalhamento)
• da absorção da radiação antes de alcançar o detector (pelo ar e coberturas utilizadas
no detector).
1 – Parte da radiação incide diretamente do
material radioativo P no detector.
2 – Parte da radiação retroespalha da superfície
para o detector.
3 – Parte da radiação é absorvida pela cobertura
do detector.
4 – Parte da radiação não chega a interagir com o
detector.
5 - Se o detector estiver bem próximo esta
radiação será detectada.

A vantagem de dispor de detectores com um alto grau de
eficiência é fácil de compreender se considerar que o tempo de
contagem necessário para alcançar um nível de número de pulsos
pré-determinado varia inversamente com a eficiência do sistema
de detecção.
Não obstante, a dificuldade de projetar detectores que
"envolvam" toda a amostra radioativa unido a outras
considerações, faz que poucas vezes se disponha de detectores cuja
eficiência total se aproxime a 100 %.

O primeiro é utilizado na espectrometria da radiação enquanto que o
segundo é um sistema de contagem simples com um detector a gás
Geiger-Müller (GM).
No primeiro caso, a radiação incide no detector, onde a carga é
criada. Um pulso de tensão passa através do amplificador onde é
formatado e amplificado. O pulso é então transferido para o
analisador multicanal (MCA) onde sua altura é digitalizada.
RESOLUÇÃO EM TEMPO

Todos estes processos requer tempo. Enquanto um pulso está sendo
processado, um outro evento pode não ser contado.
O tempo decorrente deste processo é denominado tempo morto.
PROBLEMA DO TEMPO MORTO
O tempo morto de um sistema é a somatória de todos os tempos de
processamento dos diferentes componentes - detector, amplificador,
MCA.
Para qualquer detector, com a correspondente cadeia eletrônica
associada, existe um intervalo de tempo mínimo, t, que deve separar
dois eventos consecutivos se quiser que ambos sejam registrados
separadamente.

Este intervalo costuma ser denominado tempo morto e sua existência
provoca a produção de perdas de contagem que crescem com a taxa
de chegada de pulsos.
Se o tempo morto não for contabilizado, este pode levar a resultados
equivocados, por exemplo, as atividades da fonte serão
subestimadas.
Atendo a seu comportamento, os sistemas de medida são
classificados segundo dois grandes grupos:
de tempo morto operante (não paralisado); e
de tempo morto inoperante (paralisado).
Estas são respostas idealizadas que predizem o comportamento
extremo.

Sistemas verdadeiros, tendo uma combinação de componentes,
frequentemente estará num ponto entre os dois modelos.

(a) inoperante (paralisado), e
(b) operante (não paralisado)
Comportamento de um detector com Tempo morto

Modelo Não Paralisado
Um tempo morto fixo τ após cada evento que ocorre durante o
período vivo do detector.
Os eventos que ocorrem durante o período morto não são
registrados e não causam efeito no sistema.
Na figura, acabará sendo registradas somente 4 contagens ao invés
dos 6 eventos reais.
Se a taxa de chegada de eventos no detector é N, pode-se demonstrar que,
para sistemas com tempo morto operante, se cumpre a relação:
R
R
N


1
sendo R a contagem observada no detector
caracterizado por um tempo morto t.

Para o caso dos sistemas com tempo morto inoperante, a relação
entre estas variáveis é dada pela equação:
N
NeR 

Modelo Paralisado
Neste modelo, um tempo morto fixo τ também segue cada evento
durante o período vivo do detector.
Portanto, eventos que ocorrem durante o período morto, embora não
registrados, irá criar um novo tempo morto fixo τ no sistema após a
perda de evento.
que, no caso geral, deve ser resolvida por um procedimento
iterativo.

Para perdas de contagem inferiores a 10%, pode-se utilizar a
expressão aproximada:
 
2
1
2


R
R
R
N


Modelo Paralisado
Na figura acabará sendo registrados somente 3 eventos ao invés dos
6 eventos verdadeiros.
Em casos extremos, onde a taxa de contagem é alta, acabará
bloqueando o sistema, quando os pulsos e os tempos mortos se
sobrepõem não registrando os eventos, esta é a razão do termo
paralisado.
Os períodos mortos agora nem sempre são do mesmo comprimento
fixo, assim a taxa de evento verdadeira obtida no modelo não
paralisado não é efetiva aqui.

Taxas observadas em função da taxa verdadeira para dois
modelos de tempo morto.

• A transferência de energia para partículas carregadas
(kerma) não é realizada no mesmo local da absorção de
energia depositada pela partícula carregada (dose)
• A kerma pode ser relacionada diretamente com a
fluência, mas a dose pode ser calculada somente
considerando a condição de equilíbrio eletrônico: em
qualquer volume os vários elétrons são parados.
• Sob esta condição a dose é igual a kerma.
EQUILÍBRIO ELETRÔNICO

O sinal de saída deve refletir a energia depositada no volume
ativo.
No equilíbrio eletrônico, para cada elétron que deixa o volume
ativo, um outro elétron, com as mesmas características, adentra
ao mesmo.

• Em realidade a deposição de
dose em qualquer ponto é
resultado da difusão da kerma.
• No caso de equilíbrio
eletrônico:
• g- fração de energia perdida
por radiação de frenamento.
• Tipicamente é considerado
quase equilíbrio eletrônico
(aproximado).

Ausência de
Equilibrio
Após a condição de equilíbrio eletrônico ser alcançada a
dose se torna um pouco menor que o KERMA de colisão.
Em geral a dose absorvida é relacionada ao KERMA de
colisão por uma constante de proporcionalidade  dada pela
relação:
D = .Kcol
 < 1 – na região de buildup (antes da CPE)
 = 1 – na CPE
 > 1 – no equilíbrio transitório de partícula carregada (TCPE)

DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA
Todo detector de radiação apresenta uma dependência energética
em sua resposta.
Em geral, a resposta relativa em energias baixas é maior.
É preciso conhecer a resposta em energia do detector para realizar
as correções na medida do sistema.

COMPENSAÇÃO EM ENERGIA
Alguns detectores, como GM, possuem uma alta sensibilidade, porém,
são muito dependentes da energia da radiação.
Camadas delgadas de metais podem ser colocadas ao redor do
detector para atenuar os fótons de baixa energia, compensando a sua
reposta.
A resposta do detector compensado pode ser independente da energia
da ordem de ± 25% num intervalo entre 50 keV e 3 MeV.

DEPENDÊNCIA DIRECIONAL
Todo sistema detector de radiação apresenta uma dependência
direcional em sua resposta à um campo de radiação.

DEPENDÊNCIA DIRECIONAL
A norma IEC 395 recomenda que a variação máxima na leitura seja
de ±50%, para uma variação de 90o na direção da radiação; e ±20%
para uma variação de 45o.
É preciso conhecer a resposta direcional para corrigir eventuais
desvios na medida indicada pelo sistema.

GEOTROPISMO
A norma IEC 395 recomenda que a variação máxima na leitura seja
de ±10% para qualquer variação na direção do monitor com relação
ao solo.

Fonte de Alta-tensão
Cria o campo elétrico para coleção das cargas;
Saída positiva ou negativa;
Faixa de 500 a 6000 V;
Estabilizada para manter a proporcionalidade do
sinal.
Pré-Amplificador
Colocado próximo ao detector;
Etapa intermediária da amplificação dos pulsos.

Amplificador
Dá forma e amplifica o pulso (1~10 V);
Amplificação linear para manter a proporcionalidade;
Entrada negativa ou positiva;
Saída positiva.
Analisador da altura de pulsos
• Discriminador simples que aceita pulsos acima de uma
certa amplitude;
• Discriminador duplo: aceita somente pulsos de uma certa
amplitude entre os dois níveis, analisador monocanal;
• Conjunto de vários discriminadores duplos, que permite a
medida de todas as amplitudes ao mesmo tempo, é
chamado analisador multicanal.

Sistema de registro
Pode ser desde um contador simples,
bem como um espectro impresso ou
guardado em um arquivo eletrônico.

Fatores que definem a escolha do detector
Tipo da radiação
Como as radiações interagem de forma diferente com a matéria,
dependendo de seu tipo (radiação eletromagnética, partículas carregadas
leves, partículas carregadas pesadas, nêutrons), a escolha do detector
depende do tipo de radiação que se quer medir.
Em geral, um detector que mede com grande eficiência um determinado
tipo de radiação (por exemplo, fótons de alta energia) pode ser totalmente
inadequado para medir outro tipo (por exemplo, radiação alfa).
Intervalo de tempo de interesse
Em alguns casos, o objetivo pode ser a medição "instantânea" da radiação ,
isto é, o número médio de radiações em um intervalo de tempo muito curto,
por exemplo, ao se avaliar a radiação num local antes de realizar uma ação
qualquer.
Em outros, se deseja registrar a radiação acumulada durante um período de
tempo, como por exemplo, o período durante o qual foi exposto um
trabalhador. Para cada finalidade deve ser utilizado um detector apropriado.

Intervalo de tempo de interesse
No primeiro caso, são utilizados os detectores de leitura direta, ou ativos,
tais como os detectores à gás para medição da taxa de dose, os cintilômetros,
os detectores a semicondutor.
No segundo caso estão incluídos os detectores passivos , que registram os
eventos e podem ser processados posteriormente, como as emulsões
fotográficas, os detectores de traço, os dosímetros termoluminescentes,
lioluminescentes e citogenéticos.
Como a radiação é emitida
Assim, no caso de raios X gerados por tubos que dispõem somente de um
sistema de retificação no circuito de saída do transformador de alta tensão, deve-
se utilizar um detector integrador, uma vez que a radiação é gerada de modo
pulsado.
Para uma fonte radioativa comum, pode-se utilizar um medidor de taxa de
exposição ou de dose, ou um do tipo integrador, uma vez que o fluxo de radiação
é praticamente contínuo.

Precisão, exatidão, resolução
Dependendo da utilização, a escolha do detector e do método de
medição pode variar em relação ao grau de precisão, exatidão e
resolução dos resultados desejados.
Isto está ligado às diversas incertezas envolvidas no processo de
medição e nas outras atividades relacionadas.
Para medições ambientais resultados com incertezas de 20% podem ser
considerados aceitáveis enquanto que, para trabalhos de produção de
padrões de medições de atividade, uma incerteza de 0,5% pode ser
considerada muito grande.

Condições de trabalho do detector
O detector utilizado em trabalho de campo tem que ter condições de
robustez, portabilidade e autonomia diferentes das necessárias aos
detectores operados em ambientes controlados de laboratório.
Em situações extremas de ambiente, como por exemplo dentro do
circuito primário de um reator, somente detectores especiais têm
condições de operar.
Essas condições de operação do detector irão muitas vezes determinar
os materiais utilizados em sua construção.
Detectores muito sensíveis a choques mecânicos não são
recomendados para medições em unidades móveis.

Tipo de informação desejada
Conforme a finalidade, pode-se desejar somente informações sobre o
número de contagens, ou energia da radiação detectada.
Em alguns casos se busca a relação com a dose absorvida, tempo vivo de
medição, distribuição em energia.
O processamento dessa informação depende do detector escolhido e do
mecanismo pelo qual a informação é coletada.
Características operacionais e custo
Outros fatores determinantes na escolha do detector são a facilidade de
operação, facilidade e disponibilidade de manutenção e, finalmente, o
custo do detector.

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Módulo 1
Conhecimento Básico
Programa Específico de Treinamento
Proteção Radiológica
Matias Puga Sanches
msanches@ipen.br

Detecção e Medição da Radiação com Detectores

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Detecção e Medição da Radiação com Detectores

Semelhante a Detecção e Medição da Radiação com Detectores (20)

Mais de IPEN - CNEN / SP

Mais de IPEN - CNEN / SP (14)

Último

Último (20)

Detecção e Medição da Radiação com Detectores