Detectores HPGe
Detectores de germânio de alta pureza ( detectores HPGe ) são a melhor solução para espectroscopia precisa de raios gama e raios-x . Em comparação com os detectores de silício , o germânio é muito mais eficiente do que o silício para a detecção de radiação devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e à menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios , que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Devido ao seu número atômico mais alto, o Ge possui um coeficiente de atenuação linear muito maior, o que leva a um caminho livre médio mais curto. Além disso, os detectores de silício não podem ser mais grossos do que alguns milímetros, enquanto o germânio pode ter um esgotamento, espessura sensível de centímetros e, portanto, pode ser usado como um detector de absorção total para raios gama de até poucos MeV.
Vantagens dos detectores HPGe
- Maior número atômico. O germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação com raios gama.
- O germânio possui uma energia média mais baixa necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio.
- Muito boa resolução de energia . O FWHM 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.
- Grandes cristais . Enquanto os detectores à base de silício não podem ser mais grossos que alguns milímetros, o germânio pode ter uma espessura sensível e esgotada de centímetros e, portanto, pode ser usado como um detector de absorção total para raios gama de até poucos MeV.
Desvantagens dos detectores HPGe
- Arrefecimento . A principal desvantagem dos detectores HPGe é que eles devem ser resfriados a temperaturas de nitrogênio líquido. Como o germânio possui um intervalo de banda relativamente baixo , esses detectores devem ser resfriados para reduzir a geração térmica de portadores de carga para um nível aceitável. Caso contrário, o ruído induzido pela corrente de fuga destrói a resolução de energia do detector. Lembre-se, a diferença de banda (uma distância entre a valência e a banda de condução ) é muito baixa para o germânio (Egap = 0,67 eV). O resfriamento até a temperatura do nitrogênio líquido (-195,8 ° C; -320 ° F) reduz as excitações térmicas dos elétrons de valência, de modo que apenas uma interação de raios gama pode fornecer ao elétron a energia necessária para atravessar a folga da banda e alcançar a banda de condução.
- Preço . A desvantagem é que os detectores de germânio são muito mais caros que as câmaras de ionização ou contadores de cintilação .
Cintiladores NaI (Tl)
Um contador de cintilação ou detector de cintilação é um detector de radiação que usa o efeito conhecido como cintilação . A cintilação é um flash de luz produzido em um material transparente pela passagem de uma partícula (um elétron, uma partícula alfa, um íon ou um fóton de alta energia). A cintilação ocorre no cintilador, que é uma parte essencial de um detector de cintilação. Em geral, um detector de cintilação consiste em:
- Cintilador . Um cintilador gera fótons em resposta à radiação incidente.
- Fotodetector . Um fotodetector sensível (geralmente um tubo fotomultiplicador (PMT), uma câmera de dispositivo acoplado a carga (CCD) ou um fotodiodo), que converte a luz em um sinal elétrico e eletrônico para processar esse sinal.
O material de cintilação mais utilizado é o NaI (Tl) (iodeto de sódio dopado com tálio) . NaI (Tl) como cintilador é usado em detectores de cintilação, tradicionalmente em medicina nuclear, geofísica, física nuclear e medições ambientais. O iodo fornece a maior parte do poder de parada do iodeto de sódio (já que possui um alto Z = 53). Estes cintiladores cristalinos são caracterizados por alta densidade, elevado número atómico, e tempos de decaimento do pulso de cerca de 1 microssegundo (~ 10 -6 seg). O comprimento de onda da emissão máxima é de 415 nm .
Vantagens dos contadores de cintilação
- Eficiência . As vantagens de um contador de cintilação são sua eficiência e as altas taxas de precisão e contagem possíveis. Esses últimos atributos são uma conseqüência da duração extremamente curta da luz pisca cerca de 10 a 6 (cintiladores inorgânicos) segundos.
- Espectroscopia . A intensidade dos flashes e a amplitude do pulso da tensão de saída são proporcionais à energia da radiação . Portanto, os contadores de cintilação podem ser usados para determinar a energia, bem como o número, das partículas excitantes (ou fótons gama). Para espectrometria gama, os detectores mais comuns incluem contadores de cintilação de iodeto de sódio (NaI) e detectores de germânio de alta pureza. O cintilador NaI (Tl) tem uma resolução de energia mais alta que um contador proporcional, permitindo determinações de energia mais precisas. Por outro lado, se uma resolução de energia perfeita for necessária, precisamos usar um detector à base de germânio, como o detector HPGe.
Desvantagens dos contadores de cintilação
- Higroscopicidade . Uma desvantagem de alguns cristais inorgânicos, por exemplo, NaI, é a higroscopicidade , uma propriedade que exige que eles sejam alojados em um recipiente hermético para protegê-los da umidade.
- NaI (Tl) não tem resposta beta ou alfa e baixa resposta gama de baixa energia.
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