O que é a detecção de radiação alfa – Detector de partículas alfa – Definição

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.

Interação de partículas carregadas pesadas com matéria

A radiação alfa consiste em partículas alfa em alta energia / velocidade. A produção de partículas alfa é denominada decaimento alfa . As partículas alfa consistem em dois prótons e dois nêutrons unidos em uma partícula idêntica a um núcleo de hélio. As partículas alfa são relativamente grandes e carregam uma carga positiva dupla. Eles não são muito penetrantes e um pedaço de papel pode detê-los. Em geral, partículas carregadas pesadas transferem energia principalmente 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.

A distância necessária para que a partícula descanse é chamada de faixa. A faixa de partículas carregadas pesadas em sólidos é de apenas alguns mícrons e, portanto, a maior parte da energia dessas partículas é convertida em calor muito próximo ao ponto de sua criação. No caso de gases, o alcance aumenta para alguns centímetros, dependendo dos parâmetros do gás (densidade, tipo de gás etc.) Essa distância é muito importante para os detectores e determina significativamente o design de todos os detectores. Nos materiais, a trajetória de partículas carregadas pesadas não é muito afetada, porque elas interagem principalmente com elétrons atômicos leves. Outras partículas carregadas, como os prótons, se comportam de maneira semelhante com uma exceção – para partículas carregadas mais leves, os intervalos são um pouco mais longos.

Uma variável conveniente que descreve as propriedades de ionização do meio circundante é o poder de parada . A expressão clássica que descreve a perda de energia específica é conhecida como fórmula de Bethe. Para partículas alfa e partículas mais pesadas, o poder de parada da maioria dos materiais é muito alto para partículas carregadas pesadas e essas partículas têm faixas muito curtas. Por exemplo, o intervalo de uma partícula alfa de 5 MeV é de aproximadamente apenas 0,002 cm em liga de alumínio. A maioria das partículas alfa pode ser parada por uma folha de papel comum ou tecido vivo.

Detectores de radiação alfa

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 alfa 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 . Mas isso não significa que a radiação alfa não possa ser detectada por uma câmara de ionização.

Por exemplo, em alguns tipos de detectores de fumaça, você pode encontrar radionuclídeos artificiais, como o americium-241, que é uma fonte de partículas alfa. O detector de fumaça possui duas câmaras de ionização, uma aberta ao ar e uma câmara de referência que não permite a entrada de partículas. A fonte radioativa emite partículas alfa em ambas as câmaras, que ionizam algumas moléculas de ar. A câmara de ar livre permite a entrada de partículas de fumaça no volume sensível e altera a atenuação das partículas alfa. Se alguma partícula de fumaça entrar na câmara de ar livre, alguns dos íons se fixarão nas partículas e não estarão disponíveis para transportar a corrente nessa câmara. Um circuito eletrônico detecta que uma diferença de corrente se desenvolveu entre as câmaras abertas e seladas e soa o alarme.

Detecção de radiação alfa usando o contador Geiger-Mueller

Os contadores Geiger são usados ​​principalmente para instrumentação portátil devido à sua sensibilidade, circuito de contagem simples e capacidade de detectar radiação de baixo nível. Embora o uso principal dos contadores Geiger seja provavelmente na detecção individual de partículas, eles também são encontrados em medidores gama. Eles são capazes de detectar quase todos os tipos de radiação, mas há pequenas diferenças no tubo Geiger-Mueller. No entanto, o tubo Geiger-Müller produz uma saída de pulso que é da mesma magnitude para toda a radiação detectada; portanto, um contador Geiger com um tubo na janela final não consegue distinguir entre partículas alfa e beta.

Tipo de janela final

Para que partículas alfa e beta sejam detectadas pelos contadores Geiger , elas devem ser fornecidas com 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 para permitir que partículas beta de baixa energia (por exemplo, do carbono 14) entrem no detector. A redução de eficiência para alfa é devida ao efeito de atenuação da janela final, embora a distância da superfície sendo verificada também tenha um efeito significativo, e idealmente uma fonte de radiação alfa deve estar a menos de 10 mm do detector devido à atenuação no ar.

Detecção de Alfa 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 Alfa e Íons Pesados . Devido ao alto poder ionizante dos íons pesados, os contadores de cintilação geralmente não são ideais para a detecção de íons pesados. Para energias iguais, um próton produzirá de 1/4 a 1/2 da luz de um elétron, enquanto as partículas alfa produzirão apenas cerca de 1/10 da luz. Onde necessário, cristais inorgânicos, por exemplo, CsI ​​(Tl) , ZnS (Ag) (normalmente usados ​​em chapas finas como monitores de partículas α), devem ser preferidos aos materiais orgânicos. O CsI puro é um material cintilante rápido e denso com rendimento de luz relativamente baixo que aumenta significativamente com o resfriamento. As desvantagens de CsI são um gradiente de alta temperatura e uma ligeira higroscopicidade.

Detecção de Alpha 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.