O documento descreve os principais tipos de detectores de radiação, incluindo câmaras de ionização, detectores proporcionais e detectores Geiger-Müller. Explica como cada um opera em diferentes regiões de tensão e descreve suas aplicações, como a capacidade de discriminar entre tipos de radiação ionizante.

1. Instrumentação para Detecção da
Radiação
PRINCIPIO E OPERAÇÃO

2. Principio de Medida da Radiação
Detector
Sinal
Físico
Químico
Biológico
Leitor
Calibração
Avaliação
Amplificação

3. Detectores de Radiação
A radiação interage com a matéria mediante diversos processos,
cujos efeitos finais são (entre outros):
• Ionização da matéria com criação de carga, excitação.
• Incremento térmico em uma massa conhecida de material
(calorimetría).
• Excitação e desexcitação seguida por emissão de fótons
luminosos (cintilação).
• Danos nos materiais.
Um dispositivo que utiliza qualquer destes efeitos para a medida
da radiação é um detector.

4. EFEITO TIPO DE INSTRUMENTO DETECTOR
Elétrico 1- Câmara de Ionização
2- Contador Proporcional
3- Contador Geiger
4 – Detector de Estado Sólido
1- Gás
2- Gás
3- Gás
4- Semicondutor
Químico 1- Filme
2- Dosímetro Químico
1- Emulsão
2- Sólido ou Líquido
Luz 1- Contador Cintilador
2- Contador Cerenkov
1- Cristal ou Líquido
2- Cristal ou Líquido
Termoluminescente 1- Dosímetro Termoluminescente (DTL) 1- Cristal
Calor 1- Calorímetro 1- Sólido ou Líquido

5. • A dosimetria atenta para as medidas
quantitativas relacionadas com as alterações
físicas/químicas/ biológicas que poderiam
ser produzidas por uma radiação específica.
Dosimetria das Radiações

6. Medida da Exposição -
Câmara de Ar Livre
• Praticável para medir a exposição em energias de
radiação entre poucos keV até vários MeV
• Medida definitiva obtida com um dispositivo de
laboratório denominado câmara de ar livre
• O feixe de radiação X entra através de uma janela e
interage com a coluna cilíndrica de ar definida pelo
diafragma de entrada
• Os íons criados num espaço definido são medidos.

7. Câmara de Ionização Ar Livre
Placas Paralelas
e4
e2
Eletrometro
Radiação X
Diafragma
HV
Monitor
Fios
e1
e3
Fóton
Espalhado

8. Câmara de Ionização Ar Livre

9. EXPOSIÇÃO
A exposição é medida diretamente somente pela
câmara de ar livre.
Normalmente é muito grande já que o volume
sensível é definido pelo alcance dos elétrons em
movimento: fótons de 3MeV produz elétrons
com trajetória de ~1.5 m de comprimento.

10. Medida da Exposição:
Câmara Parede de Ar
• Alternativa prática para câmara de ar livre
• Funciona como um capacitor
– Ânodo central, isolado do resto da câmara
– Produz uma carga inicial
– Quando exposto a fótons, elétrons 2os neutraliza carga &
baixo potencial entre ânodo e parede
– Variação na diferença de potencial é proporcional a
ionização total e portanto a exposição.
Plástico
Ânodo
Diafragma
de Carga

11. Medida da Dose Absorvida
• Principio de Bragg-Gray relaciona a medida
de ionização num gás com a dose absorvida
em um meio material.
• Considera um gás num volume fechado
irradiado por fótons:
e1
e2
Gas
parede

12. Bragg-Gray
• Fótons interagem na cavidade e parede
– Escolha do material de parede que tenha propriedades de
absorção da radiação similar ao tecido (por exemplo, Z)
– Cavidade muito pequena (não varia com a distribuição
angular e velocidade de elétrons 2os )
– Existe equilíbrio eletrônico na cavidade (# e- coletados = #
e- produzidos na cavidade)
e1
e2
Gas
parede

13. Teoria de Bragg-Gray
• Como medir a dose absorvida?
– medida da ionização
– uso de fatores de correção
– cálculo da dose (aproximação)
– Isto é feito com a TEORIA DA CAVIDADE
DE BRAGG-GRAY

14. Teoria da Cavidade - Bragg-Gray
• A maior parte das medidas de dose estão baseadas na
medida da carga produzida através da ionização de um gás:
• W – é a energia média necessária para causar uma ionização
no gás.
• No ar W = 33,85 eV/par de íon

15. DESCRIÇÃO DE ALGUNS TIPOS DE
DETECTORES

16. O equipamento eletrônico foi desenvolvido para detectar a radiação
ionizante (tanto particulada como fótons) já que geralmente não
podemos sentir a presença da radioatividade.
MÉTODOS DE DETECÇÃO DA
RADIAÇÃO

17. DETECTORES BASEADOS NA IONIZAÇÃO
Os dois tipos de detectores mais comumente utilizados são:
os detectores enchidos com gás; e
os detectores de condutividade de estado
sólido (semicondutor).

18. Detectores a Gás

19. Detectores de Ionização de gases
• A passagem da radiação ionizante (partículas ou
fótons) num gás, produz pares iônicos (separação
de partículas em positivas-negativas).
• As partículas  e  produzem ionização
diretamente, ao interagir com os elétrons orbitais
retirando-os dos átomos.
• Os fótons (radiação gama e raios X) produzem
ionização indiretamente.

21. Detector a gás
= energia média necessária para criar
um par de íons no gás é da ordem de 30
eV.
Assim, para um fóton de 30 keV, seriam
formados da ordem de 1000 pares de
íons.

22. Detector a Gás
Anodo
Cátodo R
Operado em dois modos: pulso ou corrente;
Diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo define as
características de contagem.

23. DETECTORES A GÁS

24. Que passa com a radiação que incide
dentro do detector gasoso?
Os íons criados pela radiação são acelerados
pelo campo elétrico do detector…
1) Íons primários: os íons criados pela
radiação incidente
2) Ionizações secundárias: íons criados
pelos íons primários.
3) Recombinação: os íons criados se
“associam” e se neutralizam.

25. DETECTORES A GÁS
Tensão aplicada baixa;
Competição entre a
coleção das cargas e a
recombinação;
Aumento da tensão
aplicada, aumento da
velocidade dos íons,
menos tempo disponível
para a recombinação.
Região I: recombinação

26. DETECTORES A GÁS
• A recombinação é
desprezível;
• Todas as cargas geradas
são coletadas;
• A carga coletada é
proporcional ao número
de pares de íons
formados;
Região II: saturação ou câmara de ionização

27. DETECTORES A GÁS
• Há uma multiplicação
das cargas geradas pela
ionização (avalanche de
Townsend);
• A multiplicação para
uma dada tensão é
independente da
ionização primária,
assegurando a
proporcionalidade do
pulso de saída.
Região III: proporcional

28. DETECTORES A GÁS
• Fenômenos adicionais
acontecem e a
proporcionalidade
desaparece com o
aumento da tensão
aplicada;
• Não há contadores que
operem nesta região.
Região IV: proporcionalidade limitada

29. DETECTORES A GÁS
A multiplicação do gás
aumenta a carga até um
valor limitado pelas
características da câmara;
• A carga coletada é
independente da ionização
primária.
Região V: geiger muller

30. DETECTORES A GÁS
Há um aumento muito
grande da carga
coletada com a tensão
aplicada.
Esta região deve ser
evitada quando da
operação normal.
Região VI: descarga contínua

31. DETECTORES A GÁS
A curva não
significa que uma
câmara de
ionização opere a
uma tensão mais
baixa do que um
detector
proporcional e este
a uma tensão mais
baixa do que um
detector geiger
muller.

32. Detectores Enchidos com Gás
Os detectores enchidos com gás consistem de uma câmara
cheia de gás, frequentemente ar, e duas placas polarizadas com
tensão denominadas eletrodos.
O eletrodo positivo é chamado de ânodo e frequentemente
encontra-se posicionado no centro da câmara e está
eletricamente isolado da carcaça externa.
A carcaça externa da câmara, frequentemente é o eletrodo
negativo ou cátodo.

33. Ionização em Gases
• Circuito Básico
para Detectores a
Gás
– Fonte de Tensão
Variável
– Resistor
– Gás de Contagem
na Câmara
– Eletrodos Coaxiais
Isolados

34. DIAGRAMA SIMPLES DE UM DETECTOR ENCHIDO
COM GÁS
+
+
+ _
+
+
_
_
_
_
partícula
Em termos genéricos, um contador a gás é justamente um
volume fechado contendo gás com uma diferença de potencial
aplicada entre dois eletrodos.

35. Características dos Detectores a Gás
Tipo Partículas Observação
Câmara de
Ionização
g, ,  e
nêutron
Região II ~100 a 250V
A sensibilidade de nêutrons resulta da inclusão de
um gás com secção de choque para nêutrons.
Câmaras de fissão, compensada e não
compensada.
Proporcional , ,
nêutron,
Raios X, e
recuo
Região III ~500 a 750V multiplicação interna
Janela delgada, nêutrons rápidos, 10 <M<10000,
avalancha
Geiger
Müeller
+,
Raios X+g
Região V~1000 a 1500 V
Avalanchas múltiplas, 104 <M <108
Simples, robusto, tempo morto

36. • Os diferentes detectores gasosos
– Câmara de ionização
– Proporcional
– Geiger-Müller
•  se distinguem por sua operação em
diferentes regiões de tensão…

37. CÂMARA DE IONIZAÇÃO
• Opera na região II, onde todos
os pares de íons formados são
coletados.
• Ar seco, He, Ar, metano, ...
• Seladas ou com fluxo de gás
(pode receber o material
misturado ao gás).
• Pode operar em modo tipo
pulso ou nível médio (corrente).

38. Monitor de Campo – Câmara de
Ionização

39. CÂMARA DE IONIZAÇÃO
• No modo corrente pode
integrar dose.
• No modo pulso (grade de
Frisch), o sinal de saída é
proporcional à energia
depositada pela radiação,
então pode discriminar
partículas e energias das
radiações.

40. DETECTOR PROPORCIONAL
• Opera na região III.
• Misturas de argônio-
metano, He-isobutano...
• Selados ou com fluxo de
gás (material pode ser misturado ao
gás).
• Permite discriminar tipos
de radiação com poder de
ionização distintos (beta e
alfa, por exemplo).

41. DETECTOR PROPORCIONAL
• Pulsos maiores que a CI
(avalanche de Townsend),
diferencia melhor o ruído,
amplificadores com menor
ganho.
• Apresenta dois patamares e
duas tensões de operação
(menor para alfa e maior para
alfa+beta-gama).
• Tempo morto pequeno
(2ns), permite altas taxas de
contagem.

42. • Pode discriminar entre radiação , , e g
– Discriminação por altura de pulso: filtra
eletronicamente os pulsos de saída abaixo ou
acima de uma altura esperada para o tipo de
radiação de interesse.
• Menos sensível que o GM
• Inclui:
– Monitores de radiação portátil para radiação
neutrônica
– Monitoramento da contaminação pessoal
Detector Proporcional

43. DETECTOR GEIGER-MÜLLER
• Opera na região IV.
• Misturas de argônio-metano, Ne-
cloro ...
• Selados ou com fluxo de gás.
• Não permite discriminar tipos de
radiação.
• Tempo morto grande (100 a
500ms), influenciado por fatores
geométricos e elétricos.

44. Detectores Geiger-Müller…
• ...ou simplesmente contador Geiger, é indicador da presença de
radiação, mas não pode medir sua energia.
• São os mais usados porque são fáceis de operar, suportam trabalho
pesado, são de construção simples e podem ser incorporados a um
monitor portátil.

45. DETECTOR GEIGER-MÜLLER
• Para evitar que os íons positivos, quando cheguem ao catodo,
gerem elétrons e se inicie uma nova avalanche, é adicionado outro
componente ao gás do tubo (5 a 10%).
• Esse componente é conhecido como componente de extinção ou
“quenching”, que pode ser orgânico, como certos tipos de álcool,
ou halogênios, como o cloro.
• Os íons positivos trocam cargas com o componente de extinção,
e estes, quando se chocam com o catodo, se dissociam ao invés de
arrancarem elétrons.
• Os componentes de extinção também absorvem parcialmente os
fótons gerados pelo efeito fotoelétrico, reduzindo a possibilidade
de avalanches secundárias.

46. DETECTOR GEIGER-MÜLLER
• A curva característica do GM é a de taxa de contagem x
tensão.
Tensão de partida (Vs).
Tensão de trabalho (Vt).

47. DETECTOR GEIGER-MÜLLER
• A inclinação do patamar na ordem de 100V é uma indicação
de bom funcionamento do GM.
• Para GM orgânicos I ~ 3%, para GM halogênios I ~ 10%.
%100
12



MC
CC
I

48. GEIGER-MÜLLER DE JANELA LATERAL
• Os GM de janela lateral
geralmente tem formato
cilíndrico.
• A janela, geralmente, é da
ordem de 30 mg/cm2,
metálica.
• A aplicação primária deste
tipo de detector é a medição
de radiação gama, mas pode
detectar partículas beta > 300
keV.

49. Fábio Suzuki 49
GEIGER-MÜLLER DE JANELA FINA
• Os GM de janela fina podem
ser do tipo pancake ou de janela
na ponta.
• A janela, geralmente, é muito
fina, por exemplo, 1,5 - 4 mg/cm2
de mica, que permite a
penetração da radiação alfa e
beta.
• Um detector apresentando
janela delgada de 1,5 mg/ cm2
pode detectar partículas beta >
30 keV, alfa > 2,5 MeV e gama >
5 keV.

50. Geiger-Mueller (GM)
Vista da Sonda Fechada
Superior: sonda aberta
Inferior: sonda fechada

51. Determinação do Nível de
Contaminação
Monitor de campo G-M com Sonda panqueca

52. Escala de Leitura do Detector GM

53. • Inclui:
– Monitor de área
– Monitor grande intervalo (Teletector)
Geiger-Mueller

54. Vantagens
• Bastante sensível: capaz de
detectar campos de radiação
de baixa intensidade
• Eletrônica simples para
amplificar o sinal do detector
• Menos isolamento para
diminuir a interferência do
“ruído”
Desvantagens
• Não consegue fazer
discriminação entre α, β, γ
• Não discrimina energia
• O volume completo do gás é
ionizado
• A intensidade do pulso
resultante aumenta o tempo
morto do detector
• Uso limitado em campos de
radiação extremamente
intensos (> 400 mSv/h)
Geiger-Mueller

55. • Alguns detectores GM detecta somente g
– Estrutura sólida
• Alguns detecta , , e g
– radiação , : intervalo curto
• Não pode penetrar a envoltória do
detector
– Janela de Mylar permite a entrada da
radiação  e 
–  e  pode ser detectada
separadamente fazendo uso de
diferentes tipos e espessuras de janela
– Deve ser colocada blindagem sobre a
janela para detectar a radiação g
• Bloqueia a passagem da radiação 
e 
Geiger-Mueller

56. Calibração de um detector
É o conjunto de um processo que é realizado sob
condições específicas, para estabelecer a relação entre
os valores indicados pelo instrumento e os valores
conhecidos (convencionalmente verdadeiros) de uma
grandeza, normalmente implica no ajuste dos
controles internos do instrumento para que produza
uma leitura igual ao valor considerado verdadeiro, em
todo seu intervalo de medição.

57. Detectores gasosos…
Devido a baixa densidade de um gás
(comparado com um sólido), os detectores
gasosos tem baixa eficiência para detectar
raios X ou gama
(tipicamente da ordem de 1%)
Porém, detectam praticamente todas as
partículas alfa ou beta que conseguem
transpassar as paredes do recipiente de
detecção.

58. Tempo Morto de um detector
• Os elétrons produzidos na ionização, por ser muito
velozes, chegam rapidamente ao ânodo (+),
provocando uma queda brusca de sua tensão numa
fração de microsegundo.
• Os íons positivos se movimentam mais lentamente,
tardando centenas de microsegundos para chegar ao
cátodo para restabelecer as condições iniciais.

59. Tempo de Resolução
• Tempo morto
– Tempo necessário para atingir a intensidade de
campo elétrico adequada.
• Tempo de recuperação
– Intervalo de tempo entre o tempo morto e tempo
de recuperação total.
• Tempo de resolução
– Soma do tempo morto e tempo de recuperação.

60. Tempo de Resolução
• Tempo morto, recuperação, resolução

61. Tempo Morto de um detector
• Durante este tempo, chamado tempo morto
do detector, o detector NÃO pode produzir
novos pulsos, isto é:
• Durante o Tempo Morto de um detector
NÃO é possível detectar a presença de
Radiação.

62. TEMPO MORTO DE UM DETECTOR
PRECAUÇÕES!
• Existe a possibilidade de que chegue uma radiação antes de que o detector se
restabeleça da anterior, ou seja dentro do tempo morto, em cujo caso a nova
radiação não seja registrada, então a leitura será errônea.
• Se a rapidez (razão) de contagem é muito alta, por exemplo, se o detector for
aproximado demasiadamente da fonte radioativa, existe a possibilidade de que
deixe de contar.
• Isto se deve a que as radiações muito seguidas umas de outras cheguem ao
detector antes de que este possa se restabelecer. Se diz então que …
• … o detector está saturado e marca a máxima leitura possível.
Esta é uma condição perigosa porque o detector pode não contar nada
de radiação apesar de estar dentro de um campo de radiação muito
intenso.

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