TEMPO MORTO DETECTORES

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR
PROGRAMA DE CIÊNCIAS E TÉCNICAS NUCLEARES
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE OPERAÇÃO E DO TEMPO
MORTO DE UM DETECTOR GEIGER-MÜLLER
INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA – 2
PROFESSOR: CLEMENTE
PAULO MÁRCIO CAMPOS DE OLIVEIRA
PETERSON LIMA SQUAIR
ABRIL DE 2006
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1. Resumo
Foi determinada a curva característica de um contador G-M para o cálculo de sua faixa tensão de
operação e a inclinação de seu patamar, encontrando-se o valor de 855 a 995 V e 8,8% / 100 V
respectivamente. Determinou-se em seguida o tempo morto do detector G-M pelo método de duas
fontes e da análise dos pulsos por um osciloscópio, encontrando-se 271 µs e (325 ± 25) µs
respectivamente, os quais apresentaram uma discordância de 16,7 %.
2.Introdução
A verificação da existência de radioatividade, a determinação de sua quantidade, energia, tipo etc., é
feita através de um detector de radiação. É no detector que ocorre a interação da radiação que é então
transformada em um sinal elétrico chamado pulso. Dentre os detectores de radiação mais utilizados
encontram-se os detectores à gás denominados Geiger-Müller (G-M), no qual seu funcionamento é
baseado na detecção de pares de íons formados pela interação da radiação em um gás específico. Neste
tipo de detector as amplitudes de pulso são independentes da ionização primária, portanto não se pode
determinar a energia e os tipos de radiações que interagem no gás e isto se deve à tensão de operação
na qual um detector G-M trabalha.
Um outro fator importante de um detector G-M é o seu tempo morto, que pode ser definido como o
tempo durante o qual uma nova partícula ou fóton não pode produzir um novo pulso. Portanto, perdas
de contagens durante este intervalo de tempo podem existir. Se a taxa de contagens é muito baixa, a
influência do tempo morto pode ser desprezada, porém, se a taxa de contagens é suficientemente alta, o
tempo morto pode subestimar a quantidade de radiação que chega no detector.
Neste trabalho foi determinada a curva característica de um detector G-M para a verificação de sua
tensão de operação e o valor de seu tempo morto através de dois métodos de determinação: o método
de duas fontes e o método do osciloscópio.
3. Materiais e Métodos
Para a realização dos experimentos foi utilizada duas fontes de amerício-241, um detector
G-M modelo LND 7232 com janela de mica, ligado a uma fonte de alta tensão regulável e um
osciloscópio Tektronik.
3.1. Determinação da Curva Característica do Detector G-M
Para o levantamento da curva característica, uma fonte de amerício-241 foi posicionada próxima à
janela do detector Geiger e foram realizadas medidas do número de contagens aplicando-se uma tensão
entre seus eletrodos iniciando-se em 750 V e aumentando-se esta tensão em passos de 35 V até chegar
ao patamar de 1065 V.
Foi realizada uma média de contagens para cada degrau de tensão na faixa mencionada e os resultados
analisados graficamente (Figura 4.1). Para a obtenção do patamar de inclinação por 100 V da curva
característica do detector G-M, foi utilizada a seguinte equação:
3
100
100
100
(%)
⋅
−
�
�
�
�
�
�
⋅��
�
	
�
� −
=
AC
M
AC
VV
C
CC
V
I (1)
onde: I(%) é o patamar de inclinação da curva característica do detector;
CC é o valor de contagens no ponto C plotado no gráfico da figura 4.1;
CA é o valor de contagens no ponto A plotado no gráfico da figura 4.1;
CM é o valor de contagens no ponto M plotado no gráfico da figura 4.1;
VC é o valor da tensão no ponto C;
VA é o valor de tensão no ponto A.
3.2. Verificação do Tempo Morto do Detector G-M pelo Método do Osciloscópio
No detector G-M foi aplicada uma tensão entre seus eletrodos de aproximadamente 1000 V. Foi
produzido um sinal suficiente no detector, através do posicionamento de uma fonte de amerício-241
próxima a este, e o sinal gerado foi encaminhado a um osciloscópio, onde foram feitas imagens dos
pulsos obtidos e uma das imagens foi armazenada para a determinação do tempo morto � e tempo de
recuperação TR.
3.2. Verificação do Tempo Morto do Detector G-M pelo Método das Duas Fontes
Foram posicionadas próximas ao detector G-M duas fontes de amerício-241, conforme o esquema da
figura 3.1 e o experimento foi composto de três partes:
Na primeira parte foram realizadas medidas da taxa de contagem com a fonte 1 blindada e a fonte 2
sem blindagem. Na segunda parte foram realizadas medidas da taxa de contagem com a fonte 2
blindada e a fonte 1 sem blindagem e na terceira parte do experimento foram realizadas medições da
taxa de contagem com as duas fontes sem blindagem.
Figura 3.1. Modelo de posicionamento para a determinação do tempo morto do detector G-M pelo método de duas fontes.
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Para a determinação do tempo morto foi a calculada a média da taxa de contagens em cada parte do
experimento e utilizou-se a seguinte equação:
1221
2121122121 ))((
RRR
RRRRRRRR −−−
=τ (2)
Onde: � é o valor do tempo morto;
R1 é a taxa de contagens na primeira parte do experimento;
R2 é a taxa de contagens na segunda parte do experimento;
R12 é a taxa de contagens na terceira parte do experimento;
Para a correção das contagens devido ao tempo morto, foi utilizada a seguinte equação:
τi
i
R
RR
−
=
1
(3)
Onde: R é o valor real da taxa de contagens;
Ri é a taxa de contagens com influência do tempo morto;
� é o valor do tempo morto em segundos.
4. Resultados
4.1. Análise da Curva Característica do Detector G-M
Um bom detector deve apresentar um patamar (variação de contagens por unidade de tempo com a
tensão aplicada) com extensão superior a 100 V e uma inclinação menor que 3% / 100 V. De acordo
com as especificações do fabricante do detector, a inclinação deve ser no máximo de 10 % / 100 V.
O valor da extensão do patamar (Figura 4.1) foi de 140 V (faixa de tensão compreendida entre o ponto
A e C) e sua inclinação, calculada de acordo com equação 1, foi de 8,8 %.
Curva Característica do Detector G-M
0
100
200
300
400
500
600
700 800 900 1000 1100
Tensão Aplicada (V)
N
úm
e
ro
 
de
 
Co
n
ta
ge
n
s
A
M
C
Figura 4.1 – Gráfico que representa a curva característica do detector G-M.
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4.2. Análise do Tempo Morto do Detector G-M pelo Método do Osciloscópio
De acordo com a análise do osciloscópio (Figura 4.2), o tempo morto � do detector G-M foi de
(325 ± 25)* µs e o seu tempo de recuperação TR foi de (950 ± 50)* µs.
*As incertezas foram estimadas levando-se em consideração somente a resolução do osciloscópio.
Figura 4.2. Imagem obtida de um osciloscópio conectado a um detector G-M.
4.2. Análise do Tempo Morto do Detector G-M pelo das Duas Fontes
Através da utilização da equação 2 o valor do tempo morto do detector G-M foi de 272 µs e os valores
médios das taxas de contagem de cada parte do experimento estão apresentados na tabela 4.1. As
correções foram feitas através da resolução da equação 3 para cada parte experimental:
Tabela 4.1. Dados experimentais do método de duas fontes.
1ª Parte 2ª Parte 3ª Parte
R1 (c/s) R2 (c/s) R12 (c/s)
A- Sem correção 770,7 628,4 1178,0 1399,1
B- Corrigidas 974,9 757,9 1732,8 1732,8
Diferença entre A e B (%) 20,9 17,1 32,0
R1 + R2 (c/s) 
Comparando-se as taxas de contagem sem correção com as taxas de contagem corrigidas, verifica-se
um aumento na perda de sinal à medida que esta aumenta. Para este experimento a perda de contagens
máxima foi de 32 %.
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5. Conclusões
A análise da curva característica do detector G-M apresentou um patamar de operação satisfatório, bem
como sua inclinação, que apresentou resultados de acordo com recomendações do fabricante.
A determinação do tempo morto pelo método do osciloscópio comparada ao método de duas fontes
apresenta umdesvio de 16,7 %. Porém, o mais importante de ser ressaltado, é a necessidade de se
realizar as devidas correções para taxas de contagens elevadas, pois sem a correção, subestima-se a
quantidade de radiação que chega ao detector. Quanto maior a taxa de contagens de um detector G-M
maior será a perda de sinal devido a influência do tempo morto.
6. Referências Bibliográficas
1. Price, W.J.: Nuclear Radiation Detection, 2ª ed., McGraw-Hill Book Conpany, Inc., New York,
1964.
2. Mafra, O.Y.: Técnicas e Medidas Nucleares, 1ª ed., Edgard Blücher Ltda – Editora da Universidade
de São Paulo, São Paulo, 1973.
3. KNOLL, G.F.: Radiation Detection and Measurement, 3ª ed., New York, NY: John Wiley, 2000.
4. Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Trabalho Prático: O
Contador de Geiger Muller, conteúdo extraído do site: http://www.lip.pt/~luis/fr/tp-geiger.pdf em
04/04/2006.