Aula 4.1 - Detectores e Dosímetros de Radiações Ionizantes

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Resumo da Malu – 2020.1 
Detectores e Dosímetros de Radiações Ionizantes 
Detectores 
• Princípio: 
- Interação da radiação com o meio material, podendo causar 
alterações químicas ou físicas no meio 
• Classificação dos sistemas físicos de detecção de acordo com: 
- Meio – sólido, líquido, gasoso → detectores sólidos e gasosos 
são os mais utilizados 
- Fenômeno – excitação eletrônica ou ionização da matéria 
- Pulso eletrônico gerado – amplitude constante, proporcional 
à energia da radiação 
• Representação esquemática: 
- Detector – meio com o qual a radiação interage, podendo 
ser sólido, liquido ou gasoso 
- Fonte de alta voltagem – no qual o detector (pode ser uma 
câmara contendo o gás, cristal cintilador ou tubo contendo 
líquido cintilador) 
- Gerador de pulsos – ocorre pela interação da radiação com 
o detector. Gera um pulso eletrônico de pequena amplitude 
que precisa ser pré-amplificador 
- Pré-amplificador – conectado ao gerador de pulsos que 
funciona como um sistema de controle de controle dele. O 
sinal pré-amplificado por ele chegará ao amplificador 
- Amplificador – amplifica o sinal eletrônico encaminhando-o 
ao computador 
- Computador – pode gerar imagens, ou pode fazer contagem 
de radiação 
- Contador de Escalas – o sinal gerado pelo amplificador será 
associado a uma escala numérica digital ou analógica 
- Timer – conectado ao escalímetro, ele irá fazer a contagem 
 
 
Detectores a Gás 
 
• Princípio: 
- Formação de pares iônicos dentro de uma massa gasosa, 
contida em um recipiente (tubo ou câmara) 
• Tipos: 
- Câmaras de ionização 
- Contadores proporcionais 
- Tubos Geiger-Muller 
• Estrutura básica de um detector gasoso-ionização: 
- Detector gasoso baseado no processo de ionização 
- A radiação incidente atravessa uma janela de material bem 
fino de forma que não altere as características ou 
intensidade da radiação, e interage com as moléculas do gás 
contidas no interior de uma câmara 
- Esse gás pode ser o ar ou uma mistura de gases especial 
- Há uma estrutura central que funciona como anodo e a 
parede desse gás que funciona como catodo 
- O sinal eletrônico será proveniente do processo de ionização 
e da coleta das cargas elétricas (elétrons) pelo anodo (polo 
positivo) 
- A radiação ao penetrar na câmara promove a ionização do 
gás, e a captação desses elétrons pelo anodo, gerando uma 
pequena corrente elétrica que será armazenada no 
capacitor 
- A carga elétrica contida no capacitor será proporcional à 
intensidade de radiação que penetrou na câmara 
- Dessa forma, teremos um detector gasoso de radiação 
ionizante 
- Ele é necessário pois os nossos sentidos não são capazes de 
detectar essas radiações no ambiente (alfa, beta ou gama) 
 
• Funcionamento de um detector gasoso-ionização: 
- Representação da radiação entrando na câmara e causando 
ionizações, os elétrons sendo retirados dos átomos que 
compõe esse gás e sendo capturados pelo anodo e gerando 
uma corrente elétrica que será aferida por um amperímetro 
- A corrente elétrica aferida por esse amperímetro pode ser 
associada a uma escala numérica, dando uma boa ideia da 
intensidade da radiação ionizante que está penetrando na 
câmara gasosa 
- Possibilita medir a intensidade da radiação no ambiente 
 
• Regiões de Operação de um detector gasoso-ionização: 
- Representa os diferentes tipos de detectores gasosos a 
partir da diferença de DDP aplicada entre o anodo e o 
catodo 
 
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- Região de Recombinação – região na qual a diferença 
de potencial entre o anodo e o catodo é muito pequena. 
Nenhum detector de radiação funciona em voltagens 
dentro dessa faixa 
- Região da Câmara de Ionização – É o primeiro tipo de 
detector á gás. Há 3 intensidades (curvas) diferentes de 
altura de pulso dependendo da radiação. A radiação 
gama é a que gera menos ionização da matéria e a alfa 
é a que causa maior ionização da matéria (+ utilizados) 
- Região Proporcional – Região de funcionamento dos 
contadores proporcionais que são os menos utilizados na 
área de saúde. 
- Região do Geiger-Muller – A alta do pulso é a máxima 
possível e qualquer evento de ionização dentro dessa 
câmara que contem o gás causa uma quantidade muito 
grande de ionizações secundárias e terciárias (+ 
utilizadas) 
- Região da Descarga Contínua – É quando o anodo e o 
catodo são submetidos a uma diferença de potencial 
muito elevada, ocorrendo uma descarga continua entre 
o anodo e o catodo, podendo danificar o detector 
 
→ Câmaras de Ionização: 
• Aplicação: Medida da intensidade de radiação ou doses 
cumulativas 
• Avalia equipamentos de radiologia (raio X) para verificar 
se eles estão funcionando dentro das condições ideais → 
se estão emitindo as doses de radiação adequadas para a 
realização do procedimento e obtenção da imagem 
• Utilizada também para o monitoramento ambiental 
• Detecta qualquer tipo de radiação (alfa, beta e gama) 
• Usadas em sistemas de geração de imagem (cintilografia 
ou imagem PET) 
• Usada para fazer inspeção de serviços e equipamentos de 
radiologia 
• Exemplos: 
- Dosímetro de bolso – medida da quantidade de radiação 
liberada por unidade de tempo (usada em ambientes 
onde já campos de radiação ionizante de intensidade 
considerável) 
- Medidor portátil de bolso – medida da taxa de dose de 
radiação no ambiente 
- Calibrador de dose – utilizado na determinação da 
atividade a ser administrada (utilizado na medicina 
nuclear para determinar a dose do radiofármacos a ser 
administrado no paciente para realizar cintilografia, que 
são imagens que refletem o funcionamento/metabolismo 
do órgão ou tecido, sendo de grande importância para o 
diagnóstico ou acompanhamento do tratamento da 
doença) 
• Representação Esquemática de uma Câmara de Ionização: 
- Verde – catodo 
- Amarelo – catodo 
- A – amperímetro 
 
• Exemplos de Câmaras de Ionização: 
 
 
→ Contadores Proporcionais: 
• Aplicação: Usados para detecção de partículas alfa e beta 
• Exemplo: 
- Contador proporcional de fluxo gasoso – funcionam 
dentro da região de proporcionalidade (região da câmara 
de ionização e região proporcional 
 
 
→ Tubos Geiger-Muller: 
• Aplicação: 
- Monitoramento ambiental e pessoal 
- Detecção de radiações alfa, beta e gama 
 
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• São os mais utilizados e conhecidos em geral 
• Princípio de Funcionamento: 
- A radiação penetra através de uma janela feita de um 
material fino para não alterar a intensidade dela e 
promove a ionização das moléculas do gás no interior da 
câmara 
- Os elétrons são coletados por um eletrodo central 
(anodo) gerando uma corrente elétrica que será aferida 
por um amperímetro no interior do dispositivo e essa 
corrente elétrica estará associada a uma escala 
numérica 
- Esses detectores emitem um ruído que pode ser mais 
agudo e de maior intensidade conforme o detector se 
aproxima da fonte emissora de radiação 
- Ou emite um ruído intermitente que se emite uma 
frequência e intensidade cada vez maior conforme se 
aproxima da fonte emissora de radiação 
 
 
 
 
Detectores Sólidos 
 
→ Cintiladores Sólidos: 
• Aplicação: Detecção de radiação gama 
• Princípio de Funcionamento: 
- Gera uma cintilação (clarão de luz) quando interage com 
um cristal 
- A cintilação é proporcional à intensidade da radiação 
• Cristais: 
- Orgânicos – compostos de derivados benzênicos 
- Inorgânicos – compostos de semicondutores + impureza 
• Qualidades desejáveis de um cintilador: 
- Bom rendimento óptico – ele próprio não deve absorvera 
cintilação que ele produz e deve ser permeável à 
radiação ionizante 
- Tempo de luminescência curto – tempo entre a interação 
da radiação e a emissão da cintilação desse ser curto 
(microssegundos) 
- Número atômico do cristal elevado – pois a radiação 
gama interage pouco com a matéria, logo, quantomaior 
a densidade do meio, maior a probabilidade da interação 
ocorrer 
- Densidade alta do meio – facilita a interação visto que 
a radiação gama interage pouco 
- Transparência – da cintilação obtida 
- Alta eficiência – para ter um melhor desempenho 
- Perdas por transmissão < 50% - deve absorver menos de 
50% da cintilação que ele mesmo gera 
• Representação Esquemática: 
- Colimador – peça que faz parte do detector responsável 
por direcionar os fótons para o cristal cintilador 
- Cristal – está associado aos tubos fotomultiplicadores 
- Tubos FM – gera um sinal eletrônico (corrente elétrica) 
de baixa intensidade 
- Pré-amplificador – irá pré-amplificar essa corrente de 
baixa intensidade 
- Amplificador – vai amplificar a corrente elétrica 
- Escalímetro – vai associar essa corrente elétrica à uma 
escala para que seja possível a sua medição 
- Timer – disposto que ajusta o tempo de detecção de 
acordo com as características do equipamento 
 
• Cristais cintiladores: 
 
 
 
 
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• Componentes de um cintilador: 
1. Iodeto de sódio + tálio: 
▪ O tálio é a impureza 
▪ Características: 
- Transparente à luz que emite 
- Alto rendimento óptico 
- Baixa constante de tempo (2,5 x 10-7 s) – emite a 
cintilação de forma rápida 
- Alta densidade (3,67 g/cm3) 
- Alto número atômico (Z=50) 
- Pequena variação de sensibilidade entre 10 a 2000 
KeV – detecta radiações de uma faixa ampla de 
energia, tendo grande versatilidade 
- Higroscópico – se torna opaco quando entra em 
contato com o vapor de água, logo, são colocados 
em câmaras hermeticamente seladas 
 
2. Fotocatodo: 
▪ Característica: 
- Funciona como uma célula fotoelétrica, absorve a 
cintilação obtida pelo cristal, emitindo elétrons e 
gerando uma corrente elétrica (baixa intensidade) 
- Constituído por material semitransparente aplicado 
à superfície do tubo FM (cristal cintilador) 
▪ Composição – Sb-K2-Cs 
▪ Espessura – 200 nm 
▪ Representação do Cristal Cintilador e Fotocatodo: 
- A radiação ionizante interage com átomos no 
interior do cristal gerando uma cintilação 
- Os fótons da cintilação interagem com o fotocatodo 
e como resultado ele vai emitir elétrons 
- Os elétrons serão focalizados e direcionados para o 
interior do tubo fotomultiplicador 
- Os elétrons ao serem atraídos para os dinodos, que 
são peças metálicas localizadas dentro desse tubo 
FM organizados em DDPs crescentes, vão interagir 
com eles, arrancando os elétrons dos átomos que 
constituem esses dinodos 
- A cada interação eles vão arrancar mais elétrons 
do dinodo, levando a um processo de multiplicação 
dos elétrons, aumentando a intensidade do sinal 
eletrônico gerado 
- O resultado disso é que quando os elétrons chegam 
no anodo, eles chegam em uma quantidade muito 
maior, gerando um impulso eletrônico (intensidade 
da corrente elétrica) muito maior que aquela 
gerada pelo fotocatodo 
- Esse sinal eletrônico será pré-amplificado e depois 
amplificado, para ser aferido por um amperímetro, 
e a intensidade da corrente elétrica aferida por 
esse amperímetro será associada a uma escala de 
intensidade de radiação 
 
Dosímetros Físicos 
• Dosímetros – Aferem a dose recebida de radiação ionizante 
por um indivíduo 
• Toda pessoa que se expõe a radiação ionizante deve utilizar 
um dosímetro 
• É um instrumento individual, não devendo ser compartilhado 
 
→ Dosímetro de Bolso: 
• Chamado também de caneta dosimétrica 
• Aplicação: 
- Medida da quantidade de radiação liberada por tempo 
• É um detector de radiação que funciona como dosímetro 
• Usado por profissionais que se expõe a radiação ionizante 
em quantidades significativas 
• Permite saber a dose recebida por um profissional durante 
a realização da tarefa 
• Representação: 
- Presença de um eletrodo central que funciona como um 
eletrodo de carregamento 
- A radiação ao penetrar na câmara contendo um gás, 
promove a ionização desse gás 
- As cargas elétricas são coletadas e armazenadas no 
capacitor 
- Ao ocorrer um descarregamento do capacitor, liberando 
essas cargas elétricas armazenadas nele, a quantidade 
de carga armazenada será proporcional à intensidade 
da radiação ionizante 
 
 
→ Filme Dosimétrico: 
• Foi usado durante muito tempo, mas vem sendo substituído 
pelo dosímetro termoluminescente 
• Composição por sais de prata (haletos de prata) 
• Princípio semelhante a um filme fotográfico ou radiológico 
- A radiação ionizante ao interagir com eles sais de prata 
vai promover a redução desses sais promovendo a 
ativação química → o filme é revelado, e o grau de 
escurecimento do filme é proporcional à intensidade da 
radiação que interagiu com ele 
 
 
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• Aplicação: 
- Dosimetria pessoal para radiações corpusculares (alfa e 
beta) e eletromagnéticas (gama e X) 
• Vantagens: 
- Distingue diferente tipos de radiações 
- Amplo uso 
- Registro permanente 
• Desvantagens: 
- Baixa precisão para doses > 0.2 mGy 
- Propensos a falhas 
- Sensível ao calor 
- Leitura demorada 
- Requer processamento 
• O filtro plástico e os filtros metálicos possuem densidades 
diferentes, permitindo o contraste no filme dosimétrico, e 
através do contraste é feita a leitura da dose da radiação 
• Esses filtros metálicos possuem espessuras diferentes que 
permitem o contraste no filme, e também o cálculo da dose 
recebida 
 
 
→ Dosímetro Termoluminescente – TLD: 
• Composto por cristais de fluoreto de lítio (LiF) 
• Princípio: 
- A radiação ao interagir com os cristais de LiF, ele eleva 
os elétrons desse átomo, podendo absorver parte dessa 
radiação, passando para um nível superior de energia 
- Essa é uma situação instável e o elétron tende a voltar 
para o seu nível de energia de origem 
- Para esses elementos (LiF) o elétron não consegue voltar 
da banda de condução para a banda de valência, tendo 
o aprisionamento de e- na banda de condução 
- O cristal sendo aquecido a cerca de 240℃, os elétrons 
ganham energia e conseguem retornar para o seu nível 
fundamental de energia, e para isso eles emitem luz 
- E a radiação emitida no salto eletrônico é proporcional 
à dose da radiação 
- Aquecimento → liberação de e- → emissão de luz 
 (240 ℃) (∝ dose) 
• Aplicação: 
- Dosimetria pessoal assim como o filme dosimétrico 
• Vantagens: 
- Pequeno (podendo ser utilizado na forma de anéis) 
- Equivalência mais próxima a tecidos vivos que o filme 
dosimétrico 
- Faixa de sensibilidade grande → 𝜇Gy – MGy 
- Adequado para radiologistas, ou quaisquer profissionais 
que trabalhem diretamente no setor de medicina nuclear 
- Diferentes aplicações para diferentes profissionais 
• Desvantagens: 
- Leitura indireta 
- Sensível ao calor, UV e poeira 
- Difícil calibração 
- Perda fácil pelo seu tamanho pequeno 
• Princípio de Funcionamento: 
» Cristal termoluminescente exposto á radiação ionizante: 
- Um cristal no seu estado fundamental é aquele que 
ainda não foi exposto à radiação 
- Com a absorção da energia da radiação, os elétrons 
passam para um nível superior de energia, e o cristal 
no seu estado fundamental passa seu estado ativado 
- Esses elétrons tendem a retornar para o seu estado 
fundamental, mas no LiF, os elétrons são aprisionados 
em um estado intermediária 
 
» Cristal termoluminescente exposto ao calor após a 
exposição à radiação ionizante: 
- Quando esse cristal no seu estado intermediário é 
submetido ao calor, esses elétrons podem retornar 
para seu estado fundamental de energia 
- Quando isso ocorre, há emissão de luz, que será 
captada e quantificada 
- A quantidade de luz emitida é proporcional à 
quantidade de radiação absorvida pelo cristal e por 
isso ele funciona como um dosímetro