Detectores em radiologia industrial e emergências

Prévia do material em texto

DEFINIÇÃO
Características dos detectores Geiger. Câmara de ionização e proporcional. Aplicação dos detectores gasosos. Características dos detectores de
estado sólido.
PROPÓSITO
Conhecer as particularidades e características dos detectores gasosos e dos detectores de estado sólido. Compreender as suas aplicações na área
industrial e em emergência radiológica.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Identificar características dos detectores gasosos
MÓDULO 2
Identificar características dos detectores de estado sólido
INTRODUÇÃO
Os detectores de radiações ionizantes, por meio do acoplamento de um sistema eletrônico, tornam possível registrar a presença de radiação, bem
como sua quantificação ou caracterização.
Nos módulos a seguir, conheceremos as principais características de detectores gasosos e sólidos, assim como seus tipos e suas aplicações. Eles
estão normalmente associados a um sistema eletrônico que lhes permite monitorar e quantificar a radiação ionizante apropriadas.
javascript:void(0)
Quando selecionamos um tipo de detector (monitor de radiação), devemos saber detalhes como: a sua aplicação, o tipo de radiação, o nosso propósito
para usá-lo, o intervalo de dose a ser medido e a energia da radiação. Assim, podemos selecionar os detectores mais apropriados para representar o
que se quer medir ou quantificar.
RADIAÇÕES IONIZANTES
Radiação alfa, beta e gama.
MÓDULO 1
 Identificar características dos detectores gasosos
CARACTERÍSTICAS GERAIS DE DETECTORES
A principal função de um detector de radiação, como o próprio nome já sugere, é acusar a presença de radiação em determinado campo, por meio de
interações como geração de cargas elétricas, sensibilização de filmes radiográficos, geração de luz visível e criação de buracos no material.
Para ser considerado um bom detector, segundo Tauhata et. Al (2013), o aparelho deve ser capaz interagir de modo apropriado com o tipo de radiação
ionizante a ser quantificado e apresentar as seguintes características:
REPETITIVIDADE
Grau de concordância dos resultados obtidos sob as mesmas condições de medição;
REPRODUTIBILIDADE
Grau de concordância dos resultados obtidos em diferentes condições de medição;
ESTABILIDADE
Aptidão do instrumento em conservar suas características de medição ao longo do tempo;
EXATIDÃO
Grau de concordância dos resultados com o “valor verdadeiro” ou “valor de referência” a ser determinado;
PRECISÃO
Grau de concordância dos resultados entre si, normalmente expresso pelo desvio padrão em relação à média;
SENSIBILIDADE
Razão entre a variação da resposta de um instrumento e a correspondente variação do estímulo; e
EFICIÊNCIA
Capacidade de converter em sinais de medição os estímulos recebidos.
Assista ao vídeo Qualidade em detectores
Dentro da eficiência de um detector existem duas definições de eficiência:
EFICIÊNCIA INTRÍNSECA
Ela pode ser obtida pela relação:
ΕINTR 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Onde εintr representa a eficiência intrínseca que será um valor no máximo igual a 1,0, representando que toda a radiação incidida em um detector foi
registrada. Na prática, isso não ocorre, logo seus valores são menores que 1,0.
Alguns fatores influenciam a eficiência intrínseca e diferem de acordo com cada tipo de detector, sendo os mais comuns: o número atômico do
elemento químico do material do detector, a tensão elétrica de operação do equipamento, sensibilidade da emulsão radiográfica (no caso de filmes)
etc.
EFICIÊNCIA ABSOLUTA
Ela é representada pela relação:
ΕABS = NÚMERO DE SINAIS REGISTRADOSNÚMERO DE RADIAÇÕES IEMITIDAS PELA FON
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Onde εabs representa a eficiência absoluta que será também um valor no máximo igual a 1,0, representando toda a radiação emitida pela fonte foi
registrada no detector. Na realidade, isso não ocorre, sendo a eficiência absoluta um valor menor que 1,0.
Essa eficiência está relacionada às características do detector, às da fonte de radiação e à geometria do arranjo experimental usado.
Alguns fatores influenciam a eficiência absoluta, como a distância entre a fonte e o detector, o formato do feixe de radiação (radial ou colimado), além
de aspectos que interferem na eficiência intrínseca.
 DICA
Essas informações são importantes para entendermos os detectores de radiações ionizantes de modo geral. Agora, vamos entrar em mais detalhes
relacionados aos detectores gasosos.
MODO DE OPERAÇÃO DE DETECTORES GASOSOS
São utilizados desde o início de experimentos para mensurar e quantificar as radiações ionizantes de maneira indireta.
A radiação ionizante pode causar excitação e ionização nos átomos do material que compõe o gás.
Na excitação, a radiação transfere pouca energia para um elétron orbital, suficiente apenas para retirá-lo de sua camada eletrônica e deslocá-lo para
uma camada subsequente, de maior energia.
Na ionização, a radiação, ao interagir com os átomos do gás, transfere energia suficiente para retirar pelo menos um elétron, ionizando o átomo (íon
positivo).
Desse modo, temos na ionização um par de íons, um elétron (íon negativo) e um átomo ionizado (um íon positivo).
Durante a mensuração da radiação, coleta-se os elétrons ou íons positivos por meio de um campo elétrico produzido pelo equipamento no gás,
relacionando a radiação incidente com os elétrons ou íons gerados após a ionização.
Isso possibilita a quantificação da radiação ionizante com uma grandeza.
MODO DE OPERAÇÃO TIPO CORRENTE
Para produzir um par de íons em determinados tipos de gás (elétron e átomo ionizado), existe uma energia média. Durante a interação com a
radiação, o átomo do gás é ionizado, geralmente, nas últimas camadas eletrônicas, onde a energia de ligação dos elétrons orbitais é da ordem de 10 a
20eV. Contudo, como não podemos garantir que toda ionização será nas camadas mais externas, o valor médio para formação de um par de íons é
entorno de 20 a 45eV nos gases mais usados em detectores, conforme apresentado na tabela a seguir:
 
Fonte: Autor
 Esquema do funcionamento de um detector de radiação a gás com coleta de íons positivos e negativos.
TABELA 1: Energia média para formação de um par de íons.
Gás
Valor W (eV / par de íon)
Elétrons rápidos Partículas alfa
Ar não comprimido 26,4 26,3
He 41,3 42,7
H2 36,5 36,4
N2 34,8 36,4
Ar 33,8 35,1
O2 30,8 32,2
CH4 27,3 29,1
 Fonte: adaptado de Tauhata et. al. , 2013
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
 
Os pares de íons são coletados pelo circuito elétrico acoplado ao detector a gás. Durante a interação com o circuito, há uma alteração na quantidade
de carga elétrica, a qual é transformada em sinal elétrico. Considerando essa quantidade de carga elétrica em um dado intervalo de tempo de
medição, temos a geração de uma corrente elétrica (i = C/s, i=A). Essa operação que quantifica a corrente elétrica gerada é denominada de modo de
operação tipo corrente.
MODO DE OPERAÇÃO TIPO PULSO
No modo de operação tipo pulso, o número de íons produzidos e coletados corresponde à intensidade (amplitude) do pulso gerado para o detector.
 SAIBA MAIS
Expressão: ∆V=R.∆I , onde ∆V é a variação da tensão, R é a resistência e ∆I é a intensidade do pulso de corrente proveniente da coleta de carga
elétrica no detector (TAUHATA et. al. , 2013).
Veremos a seguir uma representação gráfica dos detectores que descreve a relação entre a amplitude do pulso e a tensão elétrica (diferença de
potencial) aplicada ao gás dentro de seu volume sensível. A amplitude do pulso está relacionada à quantidade de íons coletados. O gráfico demonstra
a variação do número de pares de íons em relação à do campo elétrico, para duas radiações de mesmo tipo e de energias diferentes. É possível
separar o campo elétrico aplicado em seis regiões, pelas características específicas de geração e coleta de carga produzida pela radiação ionizante.
 
Fonte: Tauhata et. al., 2013
 Regiõesde operação para detectores a gás.
Vamos conhecer essas regiões de tensão?
REGIÕES DE OPERAÇÃO PARA DETECTORES A GÁS
REGIÃO NÃO PROPORCIONAL
Essa região possui menor valor do campo elétrico gerado dentro do gás. Como a tensão elétrica é pequena, uma menor quantidade dos íons
produzidos no gás é coletada no circuito elétrico do detector. A maior parte dos íons se combina, tornando-se átomos eletricamente estáveis. Isso faz
com que a quantidade de carga coletada no circuito seja muito pequena, produzindo uma amplitude de pulso (quantidade de cargas coletadas no
circuito do detector), a qual não é proporcional à quantidade ou energia da radiação que interagiu com o detector. Por essa razão, não é uma região de
tensão elétrica recomendada para a operação dos detectores.
SATURAÇÃO IÔNICA
Aumentando um pouco a tensão, campo elétrico de operação do detector, chegamos à saturação iônica. Nessa região, todos os íons produzidos no
gás pela radiação incidente são coletados pelo circuito do detector, assim o sinal elétrico passa a ser proporcional à energia da radiação incidente no
detector. O valor do sinal permanece o mesmo para um determinado intervalo de valores da tensão elétrica, onde o fato de o circuito do detector
coletar cargas elétricas não altera a amplitude do pulso. Veja que no gráfico anterior há uma variação da tensão elétrica (eixo X), enquanto a amplitude
de pulso (eixo Y) permanece constante, sem alteração. Essa região de tensão elétrica é a de operação dos detectores denominados de Câmara de
ionização.
REGIÃO PROPORCIONAL
Aumentando um pouco mais a tensão elétrica, chegamos à região proporcional, onde o campo elétrico faz com que os elétrons gerados na ionização
sejam acelerados e passam a ter energia alta o suficiente para retirar elétrons orbitais de outros átomos. Isso cria um maior número de pares de íons
(elétrons e átomos ionizados), havendo então uma multiplicação de modo linear e proporcional ao número de pares de íons gerados pela radiação
primária. No gráfico anterior, podemos ver uma reta crescente, representando o aumento da tensão de operação do detector (eixo X) e da quantidade
de pulsos coletados no seu circuito (eixo Y). Esse intervalo de tensão é chamado também de região proporcional verdadeira, onde operam os
detectores proporcionais. Há uma proporcionalidade linear nesse aumento. A carga elétrica gerada inicialmente pela radiação incidente é multiplicada
por um fator de 102 a 104 vezes, dependendo do gás e da tensão aplicada, o que facilita o processamento do sinal gerado.
REGIÃO DE PROPORCIONALIDADE LIMITADA
Aumentando ainda mais a tensão elétrica de operação, chegamos à região denominada de proporcional limitada. Nela, a multiplicação dos íons
gerados devido ao aumento do campo elétrico não apresenta linearidade entre a relação do aumento da tensão com o da amplitude dos sinais
coletados (quantidade de íons coletados). Os elétrons gerados pela multiplicação são rapidamente coletados no circuito (no anodo, lado positivo do
circuito) enquanto os íons positivos se movem mais lentamente para serem coletados no lado negativo (anodo). Isso gera uma concentração grande
de cargas elétricas positivas no lado negativo do circuito (catodo), alternando a forma do campo elétrico no detector.
Como as multiplicações subsequentes dependem do valor do campo elétrico, surge então a não linearidade. Isso afeta a proporcionalidade entre a
tensão elétrica do detector e a amplitude do pulso gerado. Nessa região, os detectores não operam.
REGIÃO DO GEIGER-MÜLLER
Aumentando mais um pouco a tensão chegamos à região denominada de Geiger-Müller, onde a tensão aplicada é alta o bastante para causar uma
maior perturbação no campo elétrico a ponto de interromper o processo de multiplicação de íons. Isso faz com que o número de íons sempre seja da
mesma ordem, independentemente da quantidade de pares criados pela radiação incidente, de modo que a amplitude de pulso coletado não dependa
da energia da radiação incidente. Nesse intervalo de tensão, operam os detectores conhecidos como Geiger-Müller.
REGIÃO DE DESCARGA CONTÍNUA
Aumentando ainda mais a tensão elétrica, ocorrem formações de centelhas no interior do detector (gás) sem nenhuma associação com o número de
íons formados. Os detectores a gás não devem operar nesta faixa de tensão, pois podem ser danificados.
A seleção da diferença de potencial (tensão elétrica, campo elétrico) é bastante importante. Vimos que ela deve ser alta o suficiente para permitir a
coleta de cargas elétricas produzidas antes da recombinação, mas não a ponto de causar descargas elétricas no gás. Sendo assim, existem apenas 3
regiões de tensão de operação onde os diferentes tipos e aplicações dos detectores a gás são construídos:
Região II – Saturação Iônica: região de operação dos detectores Câmara de Ionização;
Região III – Região Proporcional: região de operação dos detectores Proporcionais;
Região V – Geiger-Müller: região de operação dos detectores Geiger-Müller.
DETECTORES DE CÂMARAS DE IONIZAÇÃO
Devido à região de operação em que trabalham (região de saturação), para cada par de íons gerado pela radiação incidente dentro do volume sensível
do detector, é produzido um sinal contabilizado. Ainda assim, a corrente elétrica coletada (Carga / tempo = C/s = A – Ampère) é muito abaixo da ordem
de grandeza de pA – pico Ampère (=10-12A).
As câmaras de ionização normalmente são constituídas de gás onde as ionizações irão ocorrer. Por possuírem estabilidade ao longo do tempo, não
precisam ser recalibradas, por este motivo são muito usadas como detector de referência em laboratórios de calibração. Vamos apresentar a seguir
dois equipamentos bastante usados.
CANETAS DOSIMÉTRICAS
As canetas dosimétricas são utilizadas para a monitoração individual, ou seja, quantificar a interação da radiação com uma pessoa, e devem ser
usadas na parte central do tórax.
Esse equipamento é uma câmara de ionização, sendo carregado (zerado) com dispositivo externo. Devido à exposição à radiação, o equipamento
perde carga elétrica e um fio de quartzo interno se move, indicando a quantidade de radiação à qual o indivíduo foi exposto. A visualização da
quantidade de radiação pode ser feita por um sistema ocular direto que possui lentes que permitem observar a marcação do quantitativo na escala
interna.
 ATENÇÃO
É usado para dosimetria pessoal de leitura direta logo após a exposição à radiação.
 
Fonte: Fonte: Tauhata et. al., 2013.
 Esquema interno de uma Caneta Dosimétrica.
 
Fonte: Autor
 
Fonte: Autor
 Canetas dosimétricas à esquerda e carregador (para zerar as canetas) à direita.
CÂMARAS PORTÁTEIS
As câmaras de ionização portáteis, construídas com ar ou um gás sob determinada pressão, são muito usadas para quantificação no modo taxa de
dose (dose por unidade de tempo) e permitem medir também no modo dose. São bastante utilizadas para aplicações com exposições aos raios X e
radiação gama.
Esse equipamento se destina inicialmente a quantificar a dose no ar, mas se construído com uma capa de material chamado tecido-equivalente (build-
up ), também é possível medir uma grandeza operacional para representar a dose efetiva, para fins de radioproteção.
 
Fonte: Autor
 
Fonte: Autor
 Câmaras de ionização portáteis à esquerda com volume maior de gás e à direita com volume menor, porém pressurizada.
Há ainda as câmaras de ionização usadas em laboratórios de calibração, com volumes de gás interno de diferentes tamanhos para diversas
aplicações ou faixas de taxas de doses. Também são usados para quantificações como determinação do tamanho do campo de irradiação. Esse
equipamento precisa estar acoplado a um eletrômetro que permite quantificar o total de carga coletadas (C = Coulomb) ou a corrente elétrica gerada
(A = Ampère) durante a irradiação.
 
Fonte: Autor
 
Fonte: Autor
 Câmaras de Ionização de 30cc e de 1L, usadas em laboratório como equipamentos de referência para a calibração de monitores de radiação
gama.Eletrômetro usado para a quantificação.
DETECTORES PROPORCIONAIS
Esses equipamentos trabalham no modo pulso e têm sua detecção baseada na multiplicação dos íons no gás devido às ionizações secundárias.
Desse modo, possuem a quantidade de amplitude de pulso maior do que das câmaras de ionização, sendo mais úteis para medir radiação onde o
número de pares de íons é menor. Aplicam-se em espectroscopia de raios X e medições de radiação beta de baixa energia. Contadores proporcionais
também são usados para medir radiações alfa e nêutrons.
 
 Esquema de um detector proporcional cilíndrico.
 
Fonte: Autor
 Um equipamento que usa detector proporcional.
Esses detectores correlacionam a energia da radiação incidente (J=Joule) com a tensão aplicada. Assim, conhecendo a massa de gás contida no seu
interior, é possível a quantificação direta da grandeza da dose absorvida, que é energia depositada por unidade de massa J/kg = Gy.
DETECTORES GEIGER-MÜLLER
 
Fonte: Autor
 Um detector Geiger-Müller portátil, usado para monitoração de área.
Os detectores Geiger-Müller são um dos modos mais antigos de quantificar radiação ionizante, sendo úteis até os dias atuais devido à sua
simplicidade de construção e operação e baixo custo de produção. Esse equipamento funciona como um contador e não permite discriminar a energia
da radiação incidente. Para cada radiação que interage no volume sensível do detector, são criados íons no gás na ordem de 109 pares, não havendo
a necessidade de pré-amplificar o sinal a ser contado.
Embora tenha uma ótima relação sinal-ruído, ele é mais lento para estabilizar as contagens do que os outros 2 tipos de equipamentos. Detectores
Geiger-Müller apresentam dificuldade maior em detectar radiação beta menos (elétrons), que são partículas carregadas.
 
Fonte: Autor
 À direita, uma probe , onde podemos ver a grade que permite medição de contaminação em superfícies e medição de beta menos.
Por essa razão, são construídos probes externas com janelas na forma de grades com espaçamento suficiente para permitir a melhor interação das
partículas carregadas e facilitar sua chegada ao volume sensível do detector. Para radiação gama (fótons), a interação maior ocorre com a parte
envoltória do volume sensível do detector, isso produz mais elétrons secundários e aumenta a contagem. Diferentemente dos detectores proporcionais
e das câmaras de ionização, não permitem medir nenhuma grandeza radiológica nem a energia da radiação incidente.
 SAIBA MAIS
Por meio de artifícios metrológicos, no momento da calibração, é possível construir uma escala para estes equipamentos, usando como referência
uma câmara de ionização que mede a dose ou a taxa de dose em uma dada posição afastada de uma fonte de Cobalto-60 de referência. Em seguida,
troca-se a câmara de ionização pelo Geiger-Müller e anota-se os valores de contagem, substituindo os obtidos com a câmara de ionização de
referência.
ARTIFÍCIOS METROLÓGICOS
Esses artifícios são feitos usando, na mesma posição, em um laboratório de calibração, um detector calibrado. Medimos o valor da quantidade de
radiação, substituímos este detector calibrado pelo nosso e anotamos o mesmo valor para a quantidade de radiação medida no nosso
equipamento.
Entenda mais sobre o tema com o vídeo Comportamento elétrico nos gases: tensão X região de operação
javascript:void(0)
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. ASSINALE A OPÇÃO CORRETA A RESPEITO DA PRINCIPAL CARACTERÍSTICA DE UM DETECTOR GASOSO:
A) O gás serve como refrigeração do sistema do detector.
B) A radiação só interage com a parede do detector e o gás serve de meio de transporte da radiação.
C) O gás funciona como um meio de condutor de eletricidade e tensão elétrica.
D) Coleta de íons positivos e negativos gerados pela ionização da radiação no gás.
2. QUAIS SÃO OS DETECTORES A GÁS POSSÍVEIS DE SEREM CONSTRUÍDOS E EM QUE INTERVALO DE TENSÃO
ELES TRABALHAM?
A) Câmara de ionização: região de saturação iônica; Proporcional: região proporcional; Geiger-Müller: região Geiger-Müller
B) Câmara de ionização: região não proporcional; Proporcional: região proporcional; Geiger-Müller: região Geiger-Müller
C) Câmara de ionização: região não proporcional; Proporcional: região Proporcional; Geiger-Müller: região de Descarga Contínua
D) Câmara de ionização: região de saturação iônica; TLD: região Proporcional; Geiger-Müller: região Geiger-Müller
GABARITO
1. Assinale a opção correta a respeito da principal característica de um detector gasoso:
A alternativa "D " está correta.
 
A utilização de um detector para quantificar uma grandeza no uso de radiações ionizantes é de muita importância e segurança para o seu uso correto.
Vimos que os detectores, em suas características gerais, devem possuir um conjunto destas características imprescindíveis para um aparelho
confiável e seguro.
2. Quais são os detectores a gás possíveis de serem construídos e em que intervalo de tensão eles trabalham?
A alternativa "A " está correta.
 
Os detectores a gás trabalham em intervalos de tensão elétrica aplicada; sendo assim, existem 3 regiões de intervalo onde são construídos e
classificados os detectores a gás.
MÓDULO 2
 Identificar características dos detectores de estado sólido
DETECTORES DE ESTADO SÓLIDO
Detectores desse tipo não são construídos com substâncias líquidas ou gasosas e, normalmente, são semicondutores ou detectores cintiladores.
Os semicondutores são mais empregados em espectrometria de radiação. Ao sofrerem a interação da radiação ionizante, geram em seu material um
elétron e um “buraco” (vacância na camada eletrônica da rede cristalina do material), ao invés de um elétron e um íon como ocorre no gás.
Desse modo, esse tipo de detector necessita de cerca de 10 vezes menos energia para produzir um elétron-buraco (um elétron livre e uma vacância
na estrutura atômica do material onde a radiação está interagindo), em comparação com a necessidade de energia para produzir um par elétron-íon no
gás.
Contudo, os semicondutores precisam de um sistema de resfriamento do detector, tornando-o mais caro e trabalhoso, razão de ser pouco empregado
na radiologia. Além disso, esse sistema requer laboratórios muito especializados, com emprego muito específico na identificação de materiais
radioativos em locais com pouca presença de substâncias radioativas, não havendo um emprego industrial para este tipo de detector.
DETECTORES CINTILADORES
Os detectores cintiladores não precisam de um sistema de resfriamento e transformam a maior parte da energia da radiação ionizante incidente em luz
detectável em seu sistema.
As substâncias usadas em seus cristais possuem características principais, como, por exemplo, ter boa qualidade ótica, ou seja, a luz que ele produz,
devido à interação da radiação, deve ser proporcional à energia depositada. Além disso, deve ser também facilmente moldável, de modo a produzir
detectores de tamanhos e formas adequados.
Os detectores cintiladores são muito usados nas aplicações de proteção radiológica, nas atuações em aplicações industriais do uso de radiação
ionizante e nas atuações de emergência radiológica.
São mais usados os detectores de materiais cintiladores inorgânicos, onde o mecanismo para produzir a cintilação depende dos estados de energia
definidos pela rede cristalina do material do detector.
Dentro da rede cristalina desse tipo de material (isolantes e semicondutores), os elétrons podem ocupar algumas faixas discretas de energia, também
denominadas de bandas de energia:
A banda de valência representa os elétrons ligados à rede cristalina do detector;
A banda de condução representa a região em que os elétrons têm energia cinética suficiente para percorrer o cristal do detector;
A banda proibida é uma região intermediária entre as duas bandas anteriores, região onde os elétrons não deveriam estar presentes.
 SAIBA MAIS
Contudo, quando certas substâncias são introduzidas em um cristal, que chamamos de dopagem ou ativador, esse materialintroduzido cria regiões
especiais na rede cristalina, bem como na região da banda proibida.
 
Fonte: Tauhata et. al., 2013
 Esquema das bandas de condução, de valência e a região intermediária (banda proibida).
Assista ao vídeo Semicondutores
A radiação incidente, ao interagir com os elétrons presentes na banda de valência do cristal, fornece energia suficiente para que estes caminhem para
a banda proibida, devido à presença da substância ativadora. Nesse caso, os elétrons foram excitados e, por conservação de energia, irão retornar à
banda de valência emitindo a diferença de energia existente entre essas bandas, energia esta emitida na forma de fótons que se propagam pela rede
cristalina.
A quantidade de fótons produzidos é proporcional à de energia da radiação incidente. A eficiência de detecção depende da radiação incidente e do
material usado no detector.
Os detectores cintiladores possuem uma válvula fotomultiplicadora, que serve para aumentar a quantidade de fótons gerados devido à interação da
radiação incidente, melhorando o processo de quantificação.
 
Fonte: Tauhata et. al., 2013
 Esquema de funcionamento de detecção em um Cintilador.
Os principais elementos físicos dos cintiladores são o fotocatodo e a estrutura de multiplicação dos elétrons. O fotocatodo tem a função de transformar
os fótons de luz gerados no cristal em elétrons, ambos em baixa quantidade. Desse modo, o sinal gerado será ineficiente para a quantificação da
radiação incidente.
Os dinodos oferecem energia aos elétrons que chegam e os multiplicam. Assim, sucessivamente, os elétrons conseguem retirar ainda mais elétrons no
próximo dinodo.
Desse modo, a quantidade de elétrons é multiplicada de tal maneira que há carga suficiente para produzir um pulso de tensão que será coletado no
anodo da fotomultiplicadora. Essa multiplicação de elétrons é também chamada de emissão secundária (TAUHATA et. al. , 2013).
Os detectores atualmente mais usados no Brasil possuem cristais de:
NAI(TL)
Iodeto (I) de Sódio (Na) ativado com Tálio (Tl);
CSI(TL)
Iodeto (I) de Césio (Cs) ativado com Tálio (Tl);
LABR
Brometo (Br) de Lantânio (La).
Os equipamentos que possuem detectores de CsI(Tl) são eficientes com cristais pequenos, por isso possuem dimensões menores se comparados
àqueles que usam NaI(Tl), onde o detector deve ter um maior volume. Já os de LaBr ficam em uma dimensão intermediária, mais próximo do NaI(Tl).
Veja a seguir equipamentos que usam esse tipo de detector e são usados em atividades de emergência radiológica.
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
 
Fonte: Autor
 Monitor de radiação com detector de NaI(Tl) ou LaBr, possui cerca de 5kg de massa e 40 cm de comprimento.
 
Fonte: Autor
 Monitor de radiação com detector de CsI(Tl), possui cerca de 200g de massa e 10 cm de comprimento.
FILMES DOSIMÉTRICOS E TLD
Filmes dosimétricos e TLD também podem ser considerados detectores sólidos. Ambos são empregados em dosimetria pessoal, visando avaliar a
quantidade de radiação que chega a um profissional exposto – IOE. Devido aos avanços do TLD, os filmes dosimétricos não são mais usados para
esse fim, ainda assim vamos conhecer um pouco mais a respeito deles.
TLD
Do inglês Thermoluminescent dosimeter , que significa detectores termo luminescentes.
javascript:void(0)
 
Fonte: Tauhata et. al., 2013
 Representação esquemática de um badge com uso de dosimetria de filmes.
 
Fonte: Autor
 Figura 14: Dois badges com filtros e mostrando como fixar no tórax na forma de um crachá.
Os filmes dosimétricos são emulsões fotográficas usadas em pequena dimensão, normalmente 3cm x 4cm, colocadas dentro de embalagens plásticas.
Também chamadas de badges , essas camadas permitem a colocação do sistema dosimétrico no tórax do IOE, o qual deve ser usado em atividades
profissionais em áreas controladas, onde há fontes de radiação ionizante. Esse sistema é composto por dois filmes sensíveis à radiação ionizante,
sendo um de alta sensibilidade e outro de baixa sensibilidade, para quantificar radiações de baixa e alta energia. Por meio de filtros metálicos, a
radiação incidente é adequadamente filtrada, gerando diferentes valores de densidades óticas nos filmes. Isso permite a quantificação da relação da
densidade ótica obtida com a dose absorvida de radiação, quantificando assim a radiação à qual o IOE foi submetido em um mês.
Os detectores TLD também são muito utilizados para quantificar a dose dos indivíduos expostos. A maioria dos laboratórios credenciados pela
Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) utiliza o TLD para dosimetria pessoal dos IOE por serem baratos e terem sistema relativamente fácil
de leitura, apresentando resultados muito bons na quantificação da dose.
Os cristais termoluminescentes têm a dimensão da ordem de 0,3cm x 0,3cm. São construídos com um material cristalino e contém ativadores com a
função de criar imperfeições na rede do cristal, criando armadilhas para capturar os elétrons gerados devido à interação da radiação incidente. Os
elétrons gerados são mantidos nestas armadilhas até o cristal ser aquecido e, em razão da energia térmica, retornam à sua posição inicial. Assim, é
emitida a diferença de energia na forma de fótons na faixa de alguns eV (faixa de energia da luz visível), permitindo a quantificação da radiação
ionizante incidente, a dose.
 
Fonte: Tauhata et. al., 2013
 Esquema do processo de emissão de luz de um TLD.
 
Fonte: Autor
 Imagem de um badge usado para dosimetria pessoal e o cristal do TLD.
As principais substâncias usadas para produzir detectores de TLD são:
CASO4:DY
sulfato de cálcio dopado com disprósio;
CASO4:MN
sulfato de cálcio dopado com manganês;
LIF
fluoreto de lítio;
CAF2
fluorita.
No Brasil os mais usados são CaSO4:Dy e LiF.
Esse tipo de detecção necessita de um leitor de cristais TLD, onde o equipamento faz o aquecimento dos cristais de maneira controlada. Uma válvula
fotomultiplicadora transforma o sinal luminoso em sinal elétrico, e um sistema que quantifica a luz a transforma em dose.
 
Fonte: Tauhata et. al., 2013
 Esquema e imagem de uma leitora de TLD.
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
 
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. QUAL O NOME DA REGIÃO PARA ONDE OS ELÉTRONS SÃO CONDUZIDOS QUANDO UMA RADIAÇÃO INCIDENTE
INTERAGE COM UM DETECTOR CRISTAL CINTILADOR?
A) Banda de rolagem
B) Banda de valência
C) Banda de condução
D) Banda proibida
2. QUAL TIPO DE DETECTOR PRECISA DE UM PROCESSO DE AQUECIMENTO PARA PODER TER O RESULTADO DA
QUANTIFICAÇÃO DA RADIAÇÃO IONIZANTE?
A) Geiger-Müller
B) NaI
C) TLD
D) Filme dosimétrico
GABARITO
1. Qual o nome da região para onde os elétrons são conduzidos quando uma radiação incidente interage com um detector cristal cintilador?
A alternativa "D " está correta.
 
É importante conhecer o processo de cintilação e saber que estes equipamentos são bastante sensíveis à radiação ionizante e muito úteis em atuação
de emergências radiológicas e localização de fontes.
2. Qual tipo de detector precisa de um processo de aquecimento para poder ter o resultado da quantificação da radiação ionizante?
A alternativa "C " está correta.
 
Os TLD são muito usados hoje em dia para dissimetria pessoal, contudo há sempre a necessidade de um equipamento extra, a leitora de TLD, por
meio da qual conseguimos controlar o aquecimento dos cristais e a emissão de luz nele armazenada devido à radiação incidente.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste tema, abordamos a maneira como podemos detectar a radiação ionizante e quantificar a sua interação com diferentes materiais, inclusive com o
ser humano. Esse é um assunto muito importante para todos que trabalham expostos à radiação, por essa razão há diferentes detectores para os mais
diversos propósitos. Deve-se ter em mente em qual região cada detector trabalha, a fim de especificar o equipamento certo para a grandeza correta.
Os detectores gasosos são normalmente de customenor. Já os detectores de estado sólido, os cintiladores, são de custo um pouco mais elevado,
contudo possuem menor tempo de resposta e melhor eficácia, além de serem usados como identificadores do radioisótopo emissor.
Antes de selecionar ou usar um equipamento, recomendamos que sempre sejam feitas as seguintes verificações: o que deseja medir, qual tipo de
radiação e o resultado esperado. Isso lhe possibilitará selecionar o equipamento com o detector apropriado.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
OKUNO, E., YOSHIMURA, E. M. Física das radiações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.
TAUHATA, L., SALATI, I. P. A., Di PRINZIO, R., Di PRINZIO, M. A. R. R. Radioproteção e dosimetria: Fundamentos. Rio de Janeiro: IRD/CNEN,
2013.
EXPLORE+
Há muitos estudos de pesquisadores voltados para como os detectores operam para medir radiação ionizante. Para se expandir seus
conhecimentos nesse assunto, recomendamos uma visita ao site do IPEN - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares.
CONTEUDISTA
Mario Cesar Viegas Balthar
 CURRÍCULO LATTES
javascript:void(0);