CÁLCULO DA CAMADA SEMIRREDUTORA

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SEMIRREDUTORA 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Raios X são ondas eletromagnéticas de frequência alta (acima do ultravioleta), 
de mesma natureza dos raios gama, porém são produzidos fora do núcleo atômico. Essa 
produção geralmente se dá a partir da aceleração de um feixe de elétrons gerados no 
cátodo em direção ao ânodo de metal pesado, a partir de uma diferença de potencial 
promovida pelo gerador, no qual ocorrem interações que promovem dois fenômenos: 
radiação de freamento (Bremsstrahlung) e radiação característica (OKUNO; 
YOSHIMURA, 2010). 
A radiação de freamento ocorre quando os elétrons interagem com o campo 
elétrico do núcleo dos átomos do alvo e reduzem a energia cinética, mudando de 
direção e emitindo a diferença de energia sob a forma de raios X. A radiação 
característica basicamente se dá quando um elétron do átomo do alvo é removido, 
provocando realocação dos elétrons, e estes emitindo a diferença de energia sob a 
forma de raios X, porém com valores preestabelecidos, característicos de cada material. 
Um esquema do tubo de raios X está ilustrado na Figura 1 (OKUNO; YOSHIMURA, 2010). 
 
 
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Figura 1. Esquema geral de um tubo de raios X. 
Fonte: SILVA; RIGUE; CARARA, 2016. 
 
Dessa forma, temos que os raios X apresentam um comportamento contínuo, 
não discreto, em que fótons de várias energias, até a energia máxima equivalente à 
tensão máxima fornecida pelo gerador de raios X ao tubo, promovem um espectro de 
energia contínuo, conforme ilustrado na Figura 2. 
 
 
Figura 2. Espectro de radiação simulado e gerado pelo site da Siemens. 
Fonte: Siemens Booneweb. 
 
Os raios X geralmente interagem com a matéria a partir de três efeitos: 
fotoelétrico, Compton e produção de pares (Figura 3). O primeiro ocorre quando há 
transferência total da energia do fóton incidente para um elétron do átomo, ejetando-
o. No efeito Compton, o fóton é espalhado por um elétron de baixa energia de ligação, 
que recebe somente parte de sua energia, e o fóton continua em outra direção e com 
menor energia. A produção de pares, por sua vez, ocorre quando fótons de energia 
superior a 1,022MeV passam perto de núcleos de número atômico elevado, interagindo 
com o forte campo elétrico nuclear. A partir dessa interação, são gerados um elétron e 
um pósitron. Ambos continuam a interagir com o meio, porém, quando o pósitron 
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encontra um elétron, estes se aniquilam e emitem 2 fótons em direções opostas com 
0,511MeV cada. 
 
 
Figura 3. Efeitos da interação dos fótons com a matéria. 
Fonte: International Atomic Energy Agency. 
 
A probabilidade de interação de cada um dos efeitos é dada a partir do gráfico 
na Figura 4 (OKUNO; YOSHIMURA, 2010). 
 
 
Figura 4. Probabilidade de interação dos fótons com a matéria. 
Fonte: SA, 2017. 
 
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As características dos raios X são expressas em função da sua qualidade e da 
quantidade. A quantidade refere-se à quantidade de fótons do feixe. A qualidade está 
relacionada com sua dureza ou poder de penetração. A intensidade do feixe, por sua 
vez, depende tanto da qualidade quanto da quantidade. A atenuação desse feixe 
(redução da intensidade) quando atravessa algum meio depende tanto do 
espalhamento, quando o fóton muda sua trajetória inicial devido à perda de energia na 
interação com o material, quanto da absorção integral dos fótons pelo material 
(OKUNO; YOSHIMURA, 2010). 
A regra existente para descrever a atenuação de um feixe de raios X 
monoenergético (teórico) por um material específico no vácuo é dada por: 
 
 I = 𝐼0𝑒
−𝜇𝑥 (1) 
 
onde I é a intensidade do feixe de raios X atenuado pela espessura 𝑥 de material 
específico que tem coeficiente de atenuação linear µ, e 𝐼0 é a intensidade do feixe de 
raios X quando não tem atenuador no feixe, ou seja, 𝑥 = 0 (OKUNO; YOSHIMURA, 
2010). 
A camada semirredutora (CSR) é definida como a espessura necessária para 
atenuar a intensidade do feixe de raios X pela metade. Realizando as devidas operações 
matemáticas, podemos chegar à equação da CSR (𝑥1 2⁄ ) (OKUNO; YOSHIMURA, 2010): 
 
𝑥1 2⁄ = ln 2 𝜇⁄ ou 𝑥1 2⁄ = 0,693 𝜇⁄ (2) 
 
Na prática, temos algumas peculiaridades que contribuem para a distorção dessa 
regra. Entre elas, podemos citar a natureza contínua dos raios X, o fato de o meio de 
propagação da radiação entre o tubo e o medidor ser o ar (e não o vácuo), a pureza dos 
materiais utilizados para a atenuação do feixe de radiação e imprecisões nas medições 
realizadas. Essa lei será objeto de investigação nesta prática. 
Na medição da radiação, temos a câmara de ionização, que consiste em uma 
cavidade preenchida com ar, na qual ocorrerão os processos de ionização e coleta do 
sinal gerado. Basicamente, a cavidade é submetida a um campo elétrico constante e aos 
pares elétrons-íons gerados na ionização do ar. A quantidade de carga elétrica coletada 
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na cavidade é proporcional à energia depositada pela radiação incidente, e o valor 
estimado pela grandeza kerma no ar (INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, 2014). 
O kerma, 𝐾, é o quociente de d𝐸𝑡𝑟 por d𝑚, onde d𝐸𝑡𝑟 é a média da soma das 
energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas liberadas em uma massa d𝑚 
de um material pela interação das partículas não carregadas incidentes em d𝑚. Sua 
equação é dada por: (INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, 2014): 
 
𝐾 =
d𝐸𝑡𝑟
d𝑚
 (3) 
 
Onde seu resultado gerado em 𝐽 𝐾𝑔−1 e o nome definido para essa unidade é o gray 
(𝐺𝑦) (INMETRO, 2012). 
A dose absorvida (𝐷), por sua vez, é definida simplesmente como o valor 
esperado da energia transmitida (𝑑𝐸) por qualquer radiação ionizante à matéria de 
massa (𝑑𝑚). 
𝐷 =
d𝐸
d𝑚
 (4) 
 
A dose absorvida é expressa nas mesmas unidades que o kerma, isto é, joules 
por quilograma (𝐽 𝐾𝑔−1) ou gray (𝐺𝑦) (INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, 
2014). 
O kerma, que caracteriza um feixe de radiação de fótons, é utilizado para estimar 
a dose absorvida, que busca quantificar efeitos biológicos da radiação. 
 
2. CONCEITOS E SISTEMAS DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA APLICADOS 
 
Quando se trata de instalações que trabalham com radiação ionizante, a 
proteção radiológica (PR) deve ser uma preocupação de todos. Assim, é necessário 
destacar alguns pontos-chave para essa abordagem. 
A sala de comando, por exemplo, é uma criação com fins de PR. Como sabemos, 
caso você permaneça na sala de raios X durante seu funcionamento, fatalmente você 
ultrapassaria os limites de dose ocupacional permitidos por norma. Por ser uma área 
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com atividades críticas e acesso ao RX, ela é considerada uma área controlada, a qual, 
segundo a CNEN, é definida como: “área sujeita a regras especiais de proteção e 
segurança, com a finalidade de controlar as exposições normais, prevenir a 
disseminação de contaminação radioativa e prevenir ou limitar a amplitude das 
exposições potenciais” (CNEN, 2014). 
E, para que isso não aconteça, todas as pessoas devem transitar e/ou 
permanecer na sala munidas de um dosímetro pessoal, conforme requisitado na mesma 
norma. Esse dispositivo pessoal indicará o nível de exposição do trabalhador. 
Mensalmente, avalia-se se houve ou não a extrapolação dos limites de dose anuais, 
conforme indicado na Tabela 1 (CNEN, 2014). 
 
 
Tabela 1. Limites de dose anuais. Fonte: CNEN NN 3.01. 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR - CNEN. Diretrizes Básicas de Protecção 
Radiológica. Norma CNEN NN 3.01, v. 5, 2014. p. 1-24. 
 
INMETRO. Sistema Internacional de Unidades: SI. 2012. 
 
INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Diagnostic Radiology Physics: A Handbook 
for Teachers and Students. STI/PUB/1564. Vienna, 2014. 
 
INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Interação da radiação com a matéria. 
Disponível em: 
https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/073/45073468.pdf. 
Acesso em: 14 set. 2020. 
 
OKUNO, E.; YOSHIMURA, E. Física das radiações. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. 
 
SA, José Roberto et al. Interação da Física das radiações com o cotidiano: uma prática 
multidisciplinar para o ensino de Física. Rev. Bras. Ensino Fís., São Paulo, v. 39, n. 1, 
2017. Disponível em: https://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-
11172017000100603&script=sci_arttext&tlng=pt. Acesso em: 14 set. 2020. 
 
SIEMENS BOONEWEB. Disponível em: 
 https://health.siemens.com/booneweb/index.html. Acesso em: 14 set. 2020. 
 
SILVA, O. E. da; RIGUE, J.; CARARA, M. Study of Exchange Bias in Thin Films of 
NiFe/FeMn (Bilayers) and NiFe/IrMn (Multilayers). 2016. Disponível em: 
https://www.researchgate.net/publication/322940573_Study_of_Exchange_Bias_in_T
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hin_Films_of_NiFeFeMn_Bilayers_and_NiFeIrMn_Multilayers. Acesso em: 14 set. 2020. 
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