INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de...
Transcript of INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de...
![Page 1: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/1.jpg)
1
INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR
PROPRIEDADES GERAIS DE DETECTORES DE RADIAÇÃO
![Page 2: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Propriedades gerais de um detector
1. Para que seja possível a detecção é imprescindível que ocorra uma interação da radiação com o material do detector.
2. O resultado final da interação deverá ser a produção de elétronspara, através de uma diferença de potencial, que as cargas sejamcoletadas com a produção de um sinal elétrico.
)(ti
ct
∫=ct
dttiQ0
)(
tempo
Carga gerada Corrente
![Page 3: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Propriedades gerais de um detector
Na situação real, muitos fótons interagem com o detector em certo intervalo de tempo.
)(ti
tempo
A altura do pulso dependerá do número de elétrons liberados que, por sua vez, dependerá da energia transferida para o
material do detector.
![Page 4: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Energia /par de íons (W) e fator de Fano (F)
3Ge
20NaI(Tl)
30Gases
W(eV)Material
0.05Ge
1NaI(Tl)
0.2Gases
FMaterial
W
EN = NFN .2 =σ
![Page 5: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Modos de operação de detectores
Modo pulso
registra cada interação individualmente
mede a energia não mede a energia
ESPECTROSCOPIA CONTADOR
Modo corrente
mede a média da corrente no tempo
Em campos de radiação muito altos, o modo
pulso é impossível de ser
aplicado.
![Page 6: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Modos de operação de detectores
a. Modo correnteIDetector
tempo
I(t)
qW
ErrQI ==0
r � taxa de eventos
Q = Eq/W � carga produzida por evento
E � energia média depositada por evento
q � 1.6E-19C
amperímetro
I(t)
I0
![Page 7: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Modos de operação de detectores
b. Modo pulso
tempo
V(t)
tc
Vmax
WC
Eq
C
QV ==max
Como q, W e C (capacitância) são constantes :
Vmax é proporcional a E.
Detector C R V(T)
![Page 8: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Sistema de medida de pulsos
detector
HV pré-amp. monocanalamp. contador
mV 0 a 10 V 5 V
![Page 9: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Resolução em energia
Para a identificação de radionuclídeos é necessário a medida da distribuição em energia da radiação incidente:
ESPECTROSCOPIA DE RADIAÇÃO.
ctg
altura de pulso
resolução boa
resolução pobre
![Page 10: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Resolução em energia
H
FWHMR =
σ35.2=FWHMy
y/2
H
FWHM
σ
( ) ( ) ( ) ( ) ...2222 +++= DRIFTRUÍDOCOESTATÍSITITOTAL FWHMFWHMFWHMFWHM
Duas energias são bem distinguidas quando a diferença entre elas seja maior que uma FWHM.
ctg
![Page 11: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Resolução em energia - exemplo
44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
0
10000
20000
30000
40000Pico de absorção total
2,2 keV em 50 KeV
Pul
sos
por
cana
l
Energia (keV)
HPGe� 0.1% Cintilador� 5 – 10%
![Page 12: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Eficiência de detecção
Pode ser dividida em duas classes:
1. eficiência absoluta
2. eficiência intrínseca
emitidosfótonsdenúmero
pulsosdenúmeroabs =ε
incidentesfótonsdenúmero
pulsosdenúmero=intε
θφ
θ>φ
εabs(θ) > εabs(φ)
εint(θ) ≈ εint (φ)
![Page 13: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Geometria de detecção
Existe uma forte dependência entre dimensões da fonte e distância do detector com a eficiência de detecção.
Ao determinar uma geometria de contagem, esta deverá ser respeitada.
![Page 14: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Eficiência total e pico
Eficiência pico– considera apenas a deposição total da energia.
Eficiência total– considera todos os pulsos gerados no detector.
total
picorεε
=
pico
ctg
altura de pulso
total
![Page 15: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Tempo morto
Praticamente todos os sistemas de medida necessitam de um tempo mínimo separando dois eventos para que seja possível distingui-los; seja por processos no próprio detector ou na eletrônica associada.
Devido a propriedade aleatória do decaimento radioativo, sempre haverá a possibilidade de dois eventos ocorrerem em tempo menor que o necessário. Nestes casos ocorrerá “perda” de informação que poderá se tornar muito severa conforme aumenta a taxa de contagem.
Há a necessidade de correção para o tempo morto.
![Page 16: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Modelos de comportamento de tempo morto
a. Paralizado: Durante o TM qualquer evento, apesar de não ser contado, alarga o TM.
b. Não-paralizado: Durante o TM qualquer evento não tem efeito.
Eventos no detector
tempo
TM
![Page 17: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Efeito do tempo morto
![Page 18: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Medida do tempo mortoSejam m1,m2 e m12 as taxas de contagens (fonte + bg) com a fonte 1, fonte 2 e ambas fontes, respectivamente; sejam nb e mb as taxas de contagem real e observada do bg sem fonte.
( )
2
)1221.(
)21.(12.)12.(2.1
12.2.1
11
X
mbmmmYZ
mmmmbmbmmmY
mmbmmXY
ZX
−−+≡
+−+≡−≡
−−=τ
Caso mb=0:
( )( )[ ]12.2.1
212.112.2.12.1 2/1
mmm
mmmmmmmm −−−=τ
![Page 19: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Exercício
Um espectrometro gama registra duas energias: 435 e 490 keV. Qual deverá ser a menor resolução em energia (em %) para que sejam distinguidos?
![Page 20: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Exercício
Em um detector com o fator de Fano igual a 0.1, qual deve ser o minimo de cargas por pulso para uma resolução estatística de 0.5%?
![Page 21: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Exercício
Um detector apresenta eficiência absoluta de 5% para fótons de 1 MeV. Qual o número de contagens no pico de 1 MeV para uma fonte de 20 kBq após 100s de tempo de contagem?
![Page 22: INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR PROPRIEDADES GERAIS DE … · q 1.6E-19C amperímetro I(t) I0. 7 Modos de operação de detectores b. Modo pulso tempo V(t) tc Vmax WC Eq C Q ... (capacitância)](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070215/61174fc44dd72067a5111ba8/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Exercício
Um detector de bg desprezível, apresenta 10000 ctg para uma fonte durante contagem de 1s. Quando uma outra fonte identica a primeira é posicionada, o detector registra 19000 ctg. Qual é o tempo morto do detector?