Nick Connor

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.

• Efeito fotoelétrico
• Efeito Compton
• dispersão de Rayleigh

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:

• Detectores de ionização gasosa
• Detectores de cintilação
• Detectores de semicondutores

Detecção de raios X usando câmara de ionização

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

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

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

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.

A detecção de radiação gama é muito específica, porque os raios gama interagem de maneira diferente com a matéria. Os raios gama podem viajar milhares de pés no ar e podem facilmente passar por vários materiais. Além disso, os raios gama 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 da radiação gama, precisamos entender a interação da radiação com a matéria . Cada partícula de tipo interage de uma maneira diferente; portanto, devemos descrever as interações dos raios gama (radiação como um fluxo desses raios) separadamente.

Interação da radiação gama com a matéria

Os raios gama consistem em fótons de alta energia . Esses fótons são partículas / ondas (Dualidade de Partículas de Onda) sem massa de repouso ou carga elétrica. Eles podem viajar 10 metros ou mais no ar. Esta é uma longa distância em comparação com partículas alfa ou beta. No entanto, os raios gama depositam menos energia ao longo de seus caminhos. Chumbo, água e concreto impedem a radiação gama. Os fótons (raios gama e raios X) podem ionizar átomos diretamente através do efeito Fotoelétrico e do efeito Compton, onde é produzido o elétron relativamente energético. O elétron secundário continuará produzindo múltiplos eventos de ionização ; portanto, a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.

Embora seja conhecido um grande número de possíveis interações, existem três mecanismos principais de interação com a matéria.

• Efeito fotoelétrico
• Efeito Compton
• Produção em pares

O fóton é completamente absorvido no efeito fotoelétrico e na produção de pares, enquanto apenas energia parcial é depositada em qualquer espalhamento de Compton. A probabilidade de absorção fotoelétrica (domina em energias de raios gama mais baixas) 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. A probabilidade de produção de pares (domina com energias de raios gama mais altas), caracterizada pela seção transversal, é uma função muito complicada baseada na mecânica quântica . Em geral, a seção transversal aumenta aproximadamente com o quadrado do número atômico (σ p ~ Z ² ) e aumenta com a energia do fóton, mas essa dependência é muito mais complexa.

Como resultado, o material sensível eficaz para detecção de radiação gama é, na maioria dos casos, baseado no uso de materiais com duas propriedades de materiais a seguir:

• alta densidade de material.
• alto número atômico de material  ( materiais com alto Z)

Detectores de radiação gama

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

• Detectores de ionização gasosa
• Detectores de cintilação
• Detectores de semicondutores

Detecção de radiação gama usando câmara de ionização

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.

A eficiência da câmara pode ser aumentada ainda mais pelo uso de um gás de alta pressão. Tipicamente, uma pressão de 8 a 10 atmosferas pode ser usada e vários gases nobres são empregados. Por exemplo, as  câmaras de ionização de xenônio de alta pressão (HPXe)  são ideais para uso em ambientes não controlados, pois a resposta de um detector demonstrou ser uniforme em grandes faixas de temperatura (20–170 ° C). A pressão mais alta resulta em uma maior densidade de gás e, portanto, em uma maior chance de colisão com o gás de preenchimento e a criação de pares de íons por radiação gama incidente. Devido ao aumento da espessura da parede necessária para suportar essa alta pressão, apenas a radiação gama pode ser detectada. Esses detectores são usados ​​em  medidores de medição  e para monitoramento ambiental.

Detecção de radiação gama usando o contador Geiger

O contador Geiger  pode detectar radiação ionizante, como  partículas alfa  e  beta ,  nêutrons 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.

Detecção de radiação gama usando contador de cintilação

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 e  gama . Eles podem ser usados ​​também para a  detecção de nêutrons . Para esses fins, diferentes cintiladores são usados.

• Raios gama . 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 do iodeto de sódio (já 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 radiação gama usando semicondutores – HPGe Detectors

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.

A detecção da radiação beta é muito específica, porque as partículas beta são mais penetrantes que as partículas alfa. Por outro lado, uma fina placa de alumínio pode detê-los.

Para descrever os princípios de detecção da radiação beta, precisamos entender a interação da radiação com a matéria . Cada tipo de partícula interage de uma maneira diferente; portanto, devemos descrever a interação das partículas beta (radiação como um fluxo dessas partículas) separadamente.

Interação de partículas beta com matéria

A radiação beta consiste em elétrons livres ou pósitrons em velocidades relativísticas. As partículas beta (elétrons) são muito menores que as partículas alfa. Eles carregam uma única carga negativa. Eles são mais penetrantes que as partículas alfa, mas uma fina placa de alumínio pode detê-las. Eles podem viajar vários metros no ar, mas depositam menos energia em qualquer ponto do caminho do que as partículas alfa. Da mesma forma que para partículas carregadas pesadas, as partículas beta transferem energia por:

• Excitação. A partícula carregada pode transferir energia para o átomo, elevando os elétrons para níveis mais altos de energia.
• Ionizacao. A ionização pode ocorrer quando a partícula carregada possui energia suficiente para remover um elétron. Isso resulta na criação de pares de íons na matéria circundante.

Além dessas interações, as partículas beta também perdem energia pelo processo radiativo conhecido como bremsstrahlung . Da teoria clássica, quando uma partícula carregada é acelerada ou desacelerada, ela deve irradiar energia e a radiação de desaceleração é conhecida como bremsstrahlung (“radiação de frenagem”) .

Resumo dos tipos de interações:

• Colisões inelásticas com elétrons atômicos (excitação e ionização)
• Espalhamento elástico dos núcleos
• Bremsstrahlung
• Radiação Cherenkov.
• Aniquilação (apenas pósitrons)

A natureza de uma interação de uma radiação beta com a matéria é diferente da radiação alfa , apesar do fato de que as partículas beta também são partículas carregadas. Em comparação com partículas alfa, as partículas beta têm massa muito menor e atingem principalmente energias relativísticas . Sua massa é igual à massa dos elétrons orbitais com os quais eles estão interagindo e, diferentemente da partícula alfa, uma fração muito maior de sua energia cinética pode ser perdida em uma única interação. Como as partículas beta atingem principalmente as energias relativísticas, a fórmula não- relativística de Bethe não pode ser usada. Para elétrons de alta energia, uma expressão semelhante também foi derivada por Bethedescrever a perda de energia específica devido à excitação e ionização (as “perdas colisionais”).

Além disso, as partículas beta podem interagir via interação elétron-nuclear (dispersão elástica dos núcleos), o que pode alterar significativamente a direção da partícula beta . Portanto, o caminho deles não é tão direto. As partículas beta seguem um caminho muito em zigue-zague através do material absorvente; esse caminho resultante da partícula é maior que a penetração linear (faixa) no material.

Detectores de radiação beta

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

• Detectores de ionização gasosa
• Detectores de cintilação
• Detectores de semicondutores

Detecção de radiação beta usando câmara de ionização

Para que as  partículas alfa  e  beta  sejam detectadas pelas câmaras de ionização, elas devem ter uma janela fina. Essa “janela final” deve ser fina o suficiente para que as partículas alfa e beta penetrem. No entanto, uma janela de quase qualquer espessura impedirá que uma partícula alfa entre na câmara. A janela é geralmente feita de mica com uma densidade de cerca de 1,5 – 2,0 mg / cm ² .

A câmara de ionização pode ser, por exemplo, usada para a medição de trítio no ar. Esses dispositivos são conhecidos como monitores de trítio no ar. O trítio  é um isótopo radioativo, mas emite uma forma muito fraca de radiação, uma partícula beta de baixa energia   que é semelhante a um elétron. É um emissor beta puro (ou seja, emissor beta sem uma radiação gama que o acompanha  ). A energia cinética do elétron varia, com uma média de 5,7 keV, enquanto a energia restante é transportada pelo antineutrino quase indetectável do elétron . Uma energia tão baixa de elétrons causa que o elétron não pode penetrar na pele ou nem mesmo viaja muito longe no ar. As partículas beta do trítio podem penetrar apenas cerca de 6,0 mm de ar. É praticamente impossível projetar um detector cujas paredes essas partículas beta possam penetrar. Em vez disso, o monitor de trítio no ar bombeia o ar contaminado com trítio diretamente através de uma câmara de ionização, de modo que toda a energia das partículas beta possa ser utilmente convertida na produção de pares de íons no interior da câmara.

Detecção de radiação beta usando contador de cintilação

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 e  gama . Eles podem ser usados ​​também para a  detecção de nêutrons . Para esses fins, diferentes cintiladores são usados.

• Partículas beta . Para a detecção de partículas beta, cintiladores orgânicos podem ser usados. Cristais orgânicos puros incluem cristais de antraceno, estilbeno e naftaleno. O tempo de decaimento desse tipo de fósforo é de aproximadamente 10 nanossegundos. Este tipo de cristal é freqüentemente usado na detecção de partículas beta. Os cintiladores orgânicos , com um  Z menor  que os cristais inorgânicos, são mais adequados para a detecção de partículas beta de baixa energia (<10 MeV).

Detecção de radiação beta usando semicondutores – Detectores de tira de silicone

Os detectores à base de silício são muito bons para rastrear partículas carregadas. Um detector de tira de silício é um arranjo de implantes em forma de tira que atuam como eletrodos coletores de carga.

Detectores de fita de silicone 5 x 5 cm ²na área são bastante comuns e são usadas em série (assim como os planos de MWPCs) para determinar as trajetórias de partículas carregadas com precisão de posição da ordem de vários μm na direção transversal. Colocados em uma bolacha de silício com baixa dopagem e totalmente empobrecida, esses implantes formam uma matriz unidimensional de diodos. Ao conectar cada uma das tiras metalizadas a um amplificador sensível à carga, é construído um detector sensível à posição. É possível obter medições de posição bidimensionais aplicando uma faixa adicional como doping na parte traseira da bolacha, usando uma tecnologia de dupla face. Esses dispositivos podem ser usados ​​para medir pequenos parâmetros de impacto e, assim, determinar se alguma partícula carregada se originou de uma colisão primária ou foi o produto de decomposição de uma partícula primária que percorreu uma pequena distância da interação original e depois se deteriorou.

A radiação ionizante indireta consiste em partículas eletricamente neutras e, portanto, não ioniza a matéria diretamente. A maior parte dos efeitos de ionização é devida a ionizações secundárias.

Detecção de radiação gama

A detecção de radiação gama é muito específica, porque os raios gama interagem de maneira diferente com a matéria. Os raios gama podem viajar milhares de pés no ar e podem facilmente passar por vários materiais. Além disso, os raios gama 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 da radiação gama, precisamos entender a interação da radiação com a matéria . Cada partícula de tipo interage de uma maneira diferente; portanto, devemos descrever as interações dos raios gama (radiação como um fluxo desses raios) separadamente.

Detecção de radiação gama usando câmara de ionização

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.

A eficiência da câmara pode ser aumentada ainda mais pelo uso de um gás de alta pressão. Tipicamente, uma pressão de 8 a 10 atmosferas pode ser usada e vários gases nobres são empregados. Por exemplo, as  câmaras de ionização de xenônio de alta pressão (HPXe)  são ideais para uso em ambientes não controlados, pois a resposta de um detector demonstrou ser uniforme em grandes faixas de temperatura (20–170 ° C). A pressão mais alta resulta em uma maior densidade de gás e, portanto, uma maior chance de colisão com a criação de gás de preenchimento e pares de íons por radiação gama incidente. Devido ao aumento da espessura da parede necessária para suportar essa alta pressão, apenas a radiação gama pode ser detectada. Esses detectores são utilizados em  medidores de medição  e para monitoramento ambiental.

A detecção de nêutrons  é muito específica, pois os nêutrons são  partículas eletricamente neutras;  portanto, estão sujeitas principalmente a fortes forças nucleares, mas não a forças elétricas. Portanto, os nêutrons não são  diretamente ionizantes  e geralmente precisam ser  convertidos  em partículas carregadas antes que possam ser detectados. Geralmente, todo tipo de detector de nêutrons deve estar equipado com conversor (para converter a radiação de nêutrons em radiação detectável comum) e um dos detectores de radiação convencionais (detector de cintilação, detector de gases, detector de semicondutores, etc.).

Detecção de nêutrons usando câmara de ionização

Câmaras de ionização  são frequentemente usadas como dispositivo de detecção de partículas carregadas. Por exemplo, se a superfície interna da câmara de ionização for revestida com uma fina camada de boro, a reação (n, alfa) poderá ocorrer. A maioria das reações (n, alfa) dos nêutrons térmicos são reações  10B (n, alfa) 7Li  acompanhadas por 0,48 MeV 

Além disso, o isótopo boro-10 possui uma alta seção transversal da reação (n, alfa) ao longo de todo  o espectro de energia de nêutrons . A partícula alfa causa ionização dentro da câmara e elétrons ejetados causam ionizações secundárias adicionais.

Outro método para detectar nêutrons usando uma câmara de ionização é usar o trifluoreto de boro gasoso   (BF ₃ ) em vez do ar na câmara. Os nêutrons recebidos produzem partículas alfa quando reagem com os átomos de boro no gás detector. Qualquer um dos métodos pode ser usado para detectar nêutrons no reator nuclear. Deve-se notar que os  contadores BF ₃ geralmente são operados na região proporcional.

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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: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.

Partículas carregadas ( núcleos atômicos, elétrons, pósitrons, prótons, múons etc. ) podem ionizar átomos diretamente por interação fundamental através da força de Coulomb, se transportarem energia cinética suficiente. Essas partículas devem estar se movendo em velocidades relativísticas para alcançar a energia cinética necessária. Mesmo os fótons (raios gama e raios X) podem ionizar átomos diretamente (apesar de serem eletricamente neutros) através do efeito Fotoelétrico e do efeito Compton, mas a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.

Detecção de partículas alfa

A detecção da radiação alfa é muito específica, porque as partículas alfa viajam apenas alguns centímetros no ar, mas depositam todas as suas energias ao longo de seus caminhos curtos, portanto, a quantidade de energia transferida é muito alta.

Para descrever os princípios de detecção da radiação alfa, precisamos entender a interação da radiação com a matéria . Cada tipo de partícula interage de maneira diferente, portanto, devemos descrever a interação das partículas alfa (radiação como um fluxo dessas partículas) separadamente.

Detecção de Alpha usando Semicondutores – Detectores de Tira de Silicone

Os detectores à base de silicone são muito bons para rastrear partículas carregadas. Um detector de tiras de silício é um arranjo de implantes em forma de tiras, atuando como eletrodos coletores de carga.

Detectores de fita de silicone 5 x 5 cm ²na área são bastante comuns e são usadas em série (assim como os planos de MWPCs) para determinar as trajetórias de partículas carregadas com precisão de posição da ordem de vários μm na direção transversal. Colocados em uma bolacha de silício com baixa dopagem e totalmente empobrecida, esses implantes formam uma matriz unidimensional de diodos. Ao conectar cada uma das tiras metalizadas a um amplificador sensível à carga, é construído um detector sensível à posição. É possível obter medições de posição bidimensionais aplicando uma faixa adicional, como doping na parte traseira da bolacha, usando uma tecnologia de dupla face. Esses dispositivos podem ser usados ​​para medir pequenos parâmetros de impacto e, assim, determinar se alguma partícula carregada se originou de uma colisão primária ou foi o produto de decomposição de uma partícula primária que percorreu uma pequena distância da interação original e depois se deteriorou.

Detecção de partículas beta

A detecção da radiação beta  é muito específica, porque as  partículas beta  são mais penetrantes que as partículas alfa. Por outro lado, uma fina placa de alumínio pode detê-los.

Para descrever os princípios de detecção da radiação beta, precisamos entender a  interação da radiação com a matéria . Cada tipo de partícula interage de maneira diferente, portanto, devemos descrever a interação das partículas beta (radiação como um fluxo dessas partículas) separadamente.

Detecção de radiação beta usando contador de cintilação

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 e  gama . Eles podem ser usados ​​também para a  detecção de nêutrons . Para esses fins, diferentes cintiladores são usados.

• Partículas beta . Para a detecção de partículas beta, cintiladores orgânicos podem ser usados. Cristais orgânicos puros incluem cristais de antraceno, estilbeno e naftaleno. O tempo de decaimento desse tipo de fósforo é de aproximadamente 10 nanossegundos. Este tipo de cristal é freqüentemente usado na detecção de partículas beta. Os cintiladores orgânicos , com um  Z menor  que os cristais inorgânicos, são mais adequados para a detecção de partículas beta de baixa energia (<10 MeV).

Um dos três principais tipos de detectores, que registram diferentes tipos de sinais, é um contador . A atividade ou intensidade da radiação é medida em contagens por segundo ( cps ), que expressa uma taxa de contagens por unidade de tempo registrada por um instrumento de monitoramento de radiação. Em geral, as quantidades mais usadas são:

• contagens por minuto (cpm)
• contagens por segundo (cps) 

O contador mais conhecido é o contador Geiger-Müller. Nos contadores de radiação, o sinal gerado a partir da radiação incidente é criado pela contagem do número de interações que ocorrem no volume sensível do detector.

A unidade de contagem por segundo , detectada por um dispositivo, é de alguma forma proporcional à atividade de uma amostra medida. Mas observe que essa proporcionalidade é determinada também pela distância entre o detector e a amostra e também pela eficiência da detecção.

O que é uma contagem

Vamos assumir detectores de ionização gasosa . O detector básico de ionização gasosa consiste em uma câmaraque é preenchido com um meio adequado (ar ou gás de preenchimento especial) que pode ser facilmente ionizado. Como regra geral, o fio central é o eletrodo positivo (ânodo) e o cilindro externo é o eletrodo negativo (cátodo), de modo que os elétrons (negativos) são atraídos para o fio central e os íons positivos são atraídos para o cilindro externo. O ânodo está em uma tensão positiva em relação à parede do detector. À medida que a radiação ionizante entra no gás entre os eletrodos, um número finito de pares de íons é formado. Sob a influência do campo elétrico, os íons positivos se moverão em direção ao eletrodo carregado negativamente (cilindro externo) e os íons negativos (elétrons) migrarão em direção ao eletrodo positivo (fio central). A coleta desses íons produzirá uma carga sobre os eletrodos e umapulso elétrico através do circuito de detecção . No entanto, é um sinal pequeno, esse sinal pode ser amplificado e depois gravado  como uma contagem .