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

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.