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O que é detecção de raios X – Detector de raios X – Definição

A detecção de raios-X é muito específica, porque os fótons de alta energia interagem de maneira diferente com a matéria. Detecção de Raios X – Detector de Raios X

A detecção de raios-X  é muito específica, porque os fótons de alta energia interagem de maneira diferente com a matéria. Fótons de alta energia podem viajar milhares de pés no ar e podem facilmente passar por vários materiais. Além disso, fótons de alta energia podem ionizar átomos indireta e diretamente (apesar de serem eletricamente neutros) através do efeito fotoelétrico e do efeito Compton . Mas a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.

Para descrever os princípios de detecção de fótons de alta energia, precisamos entender a interação da radiação com a matéria . Cada tipo de partícula interage de maneira diferente, portanto, devemos descrever as interações dos fótons de alta energia (radiação como fluxo desses raios) separadamente.

Veja também: Raios X

Interação de raios-X com a matéria

Embora seja conhecido um grande número de possíveis interações, existem três mecanismos principais de interação com a matéria. A força dessas interações depende da  energia dos raios X  e da composição elementar do material, mas não muito das propriedades químicas, uma vez que a energia dos fótons dos raios X é muito maior que as energias químicas de ligação. A absorção fotoelétrica domina  com baixas energias dos raios X,  enquanto a dispersão de Compton domina com energias mais altas.

O fóton é completamente absorvido no efeito fotoelétrico, enquanto apenas energia parcial é depositada em qualquer espalhamento de Compton. A probabilidade de absorção fotoelétrica (domina em energias mais baixas dos raios X) por unidade de massa é aproximadamente proporcional a:

τ (fotoelétrico) = constante x Z N / E 3.5

onde Z é o número atômico, o expoente n varia entre 4 e 5. E é a energia do fóton incidente. A probabilidade de espalhamento de Compton por interação com um átomo aumenta linearmente com o número atômico Z, porque depende do número de elétrons disponíveis para espalhamento no átomo alvo.

Detectores de raios X

Os detectores também podem ser classificados de acordo com materiais e métodos sensíveis que podem ser utilizados para fazer uma medição:

Detecção de raios X usando câmara de ionização

câmara de ionização - princípio básico

Os raios gama  têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, câmaras de ionização podem ser usadas para detectar radiação gama e raios-X conhecidos coletivamente como fótons, e para isso o tubo sem janelas é usado. As câmaras de ionização têm uma boa resposta uniforme à radiação em uma ampla gama de energias e são os meios preferidos para medir altos níveis de radiação gama. Alguns problemas são causados ​​pelo fato de que as partículas alfa são mais ionizantes que as partículas beta e os raios gama; portanto, mais corrente é produzida na região da câmara de ionização por alfa do que beta e gama. Os raios gama depositam uma quantidade significativamente menor de energia no detector do que outras partículas.

Detecção de raios X usando o contador Geiger

Detector de radiação ionizante - Tubo Geiger
Detector de radiação ionizante – Tubo Geiger

O contador Geiger  pode detectar radiação ionizante, como  partículas alfa  e  beta ,  nêutrons , raios X e raios  gama,  usando o efeito de ionização produzido em um tubo Geiger-Müller, que dá nome ao instrumento. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de  Geiger-Mueller .

O  alto fator de amplificação  do contador Geiger é a principal vantagem sobre a câmara de ionização. O contador Geiger é, portanto, um dispositivo muito mais sensível do que outras câmaras. É frequentemente usado na detecção de raios gama de baixo nível e partículas beta por esse motivo.

Tipo sem janelas

Os raios gama  têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, os contadores Geiger podem ser usados ​​para detectar radiação gama e  raios-X  (tubos de paredes finas) conhecidos coletivamente como fótons, e para isso o tubo sem janelas é usado.

  • Um  tubo de parede espessa  é usado para detecção de radiação gama acima de energias de cerca de 25 KeV, esse tipo geralmente tem uma espessura total de parede de cerca de 1-2 mm de aço cromado.
  • Um  tubo de parede fina  é usado para fótons de baixa energia (raios X ou raios gama) e partículas beta de alta energia. A transição do projeto de paredes finas para paredes espessas ocorre nos níveis de energia de 300 a 400 keV. Acima desses níveis, são utilizados projetos de paredes espessas e, abaixo desses níveis, o efeito de ionização direta por gás é predominante.

Detecção de raios-X usando o contador de cintilação

Scintillation_Counter - Tubo Fotomultiplicador
Aparelho com cristal cintilante, fotomultiplicador e componentes de aquisição de dados. Fonte: wikipedia.org Licença CC BY-SA 3.0

Os contadores de cintilação  são usados ​​para medir a radiação em uma variedade de aplicações, incluindo medidores portáteis de pesquisa de radiação, monitoramento pessoal e ambiental de  contaminação radioativa , imagens médicas, ensaios radiométricos, segurança nuclear e segurança de usinas nucleares. Eles são amplamente utilizados porque podem ser fabricados de maneira barata e com boa eficiência e podem medir a intensidade e a energia da radiação incidente.

Os contadores de cintilação podem ser usados ​​para detectar  radiação alfa ,  beta , raios-X e  gama . Eles podem ser usados ​​também para a  detecção de nêutrons . Para esses fins, diferentes cintiladores são usados.

  • Raios-X .  Os materiais com alto teor de Z  são mais adequados como cintiladores para a detecção de raios gama. O material de cintilação mais utilizado é o  NaI (Tl)  (iodeto de sódio dopado com tálio). O iodo fornece a maior parte do poder de parada no iodeto de sódio (uma vez que possui um alto Z = 53). Esses cintiladores cristalinos são caracterizados por tempos de alta densidade, alto número atômico e decaimento de pulso de aproximadamente 1 microssegundo (~ 10 -6 sec). A cintilação em cristais inorgânicos é tipicamente mais lenta que nos orgânicos. Eles exibem alta eficiência na detecção de raios gama e são capazes de lidar com altas taxas de contagem. Os cristais inorgânicos podem ser cortados em tamanhos pequenos e dispostos em uma configuração de matriz para fornecer sensibilidade à posição. Esse recurso é amplamente utilizado em imagens médicas para detectar raios-X ou raios gama. Cintiladores inorgânicos são melhores na detecção de raios gama e raios-X. Isto é devido à sua alta densidade e número atômico, o que fornece uma alta densidade de elétrons.

Detecção de raios X usando semicondutores – HPGe Detectors

Detector HPGe - Germânio
Detector HPGe com criostato LN2 Fonte: canberra.com

Detectores de germânio de alta pureza  ( detectores HPGe ) são a melhor solução para espectroscopia precisa de  raios gama e raios-x .

Como foi escrito, o estudo e a análise de espectros de raios gama para uso científico e técnico são chamados espectroscopia gama, e os espectrômetros de raios gama são os instrumentos que observam e coletam esses dados. Um espectrômetro de raios gama (GRS) é um dispositivo sofisticado para medir a distribuição de energia da radiação gama. Para a medição de raios gama acima de várias centenas de keV, existem duas categorias de detectores de grande importância:  cintiladores inorgânicos como NaI (Tl)  e  detectores de semicondutores . Se uma  resolução de energia perfeita  for necessária, precisamos usar  um detector à base de germânio , como o  detector HPGe. Os detectores de semicondutores à base de germânio são mais comumente usados ​​onde é necessária uma resolução muito boa de energia, especialmente para  espectroscopia gama , bem como  espectroscopia de raios-x . Na espectroscopia gama, o germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação com raios gama. Além disso, o germânio possui menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Isso também fornece ao último uma melhor resolução em energia. O FWHM (largura total até a metade do máximo) para detectores de germânio é uma função da energia. Para um fóton de 1,3 MeV, o FWHM é de 2,1 keV, o que é muito baixo.

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: [email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.