quinta-feira, 8 de dezembro de 2011

Detectores de Radiação Ionizante

Após longos 9 meses de recesso e faltando quase 4 meses para completar 3 anos de existência, o blog Física&Medicina está de volta. E com FORÇA TOTAL. O texto abaixo, que traz uma revisão sobre detectores, foi escrito pelo Físico Juliano Soares Alves.

Como sabemos a presença de um campo de radiação não pode ser percebida pelos cinco sentidos humanos, uma vez que esta não possui cor, cheiro e muito menos gosto. Desta forma, se torna imprescindível a existência de sistemas capazes de detectar sua presença e muitas vezes quantifica-la. Tal técnica baseia-se no princípio da interação do campo de radiação com a matéria, resultando em fenômenos como a produção de luz, sensibilização de películas, ionização de moléculas, etc. Existem vários processos pelos quais diferentes radiações podem interagir com o meio material utilizado para medir ou indicar características desta radiação.

De maneira simplória, um detector de radiação nada mais é do que um dispositivo que, quando interposto em um meio onde exista radiação, seja capaz de indicar sua presença. Basicamente um detector é constituído de um elemento ou material sensível à radiação, e um sistema que converte esses efeitos em valores relacionados a uma grandeza de medição dessa radiação.

A escolha apropriada de um detector envolve além da concordância com o tipo de radiação, alguns parâmetros avaliados ao longo de suas medidas, tais como: repetitividade, reprodutibilidade, estabilidade, exatidão, precisão, sensibilidade e eficiência (intrínseca e extrínseca). Por outro lado, outros fatores são de suma importância ao escolhermos um detector ideal, como por exemplo, o tipo de radiação a ser medida (α, β, ɣ, X, n, etc.), o intervalo de tempo de exposição, resolução energética, condições de trabalho (relacionado à robustez, portabilidade e autonomia do detector), tipo de informação desejada, características operacionais e finalmente o custo do mesmo.

Alguns dos detectores de radiação mais utilizados são detectores a gás. Estes se baseiam no princípio de ionização de moléculas de um gás específico confinado em uma câmara (volume sensível). Esta ionização se dá através da interação da radiação incidente com as moléculas do gás, resultando na liberação de pares elétron-íon que por sua vez serão coletados por eletrodos com carga oposta e submetidos a uma diferença de potencial elétrico. Na medida em que se aumenta o potencial elétrico, a coleta de carga se torna mais abundante, o que gera um pulso elétrico cada vez maior. Esta variação de DDP aplicada caracteriza o que chamamos de faixa de operação de um detector a gás, onde identificamos seis regiões com características específicas de coleta e geração de carga, sendo que em apenas 3 delas (saturação iônica, região proporcional e região Geiger Muller) é possível empregar o uso de detectores. Estas faixas de operação diferenciam o tipo e aplicação dos detectores a gás, como podemos visualizar na figura abaixo.

Acoplado a essa câmara de gás, existe um sistema eletrônico que vai transformar o pulso gerado em sinal elétrico a partir de onde serão transpostas as informações referentes à radiação (exposição, taxa de contagens, atividade, etc.).

Outra configuração para detecção de radiação é pelo método de cintilação. A cintilação nada mais é do que um clarão provocado pela passagem de uma partícula ou de um fóton através de uma substância (cristal) capaz de transformar a energia que lhe é cedida em energia luminosa. Esse processo baseia-se na propriedade de alguns cristais, que após terem sido excitados por uma radiação incidente, retornam ao seu estado fundamental de energia emitindo fótons de luz visível. A esse cristal são acoplados dispositivos conhecidos como fotomultiplicadoras, os quais irão converter o sinal luminoso em corrente elétrica e posteriormente transmitir a um circuito eletrônico onde essas informações serão convertidas em unidades de medida de radiação.

A termoluminescência é um fenômeno que de certa forma se parece com o método descrito anteriormente para a detecção de radiação, pelo fato de transformar a energia cedida pela radiação em energia luminosa, porém este método utiliza o que chamamos de armadilhas eletrônicas. Muito usado em dosimetria pessoal, os dosímetros termoluminescentes (TLD) “aprisionam” essa energia que lhe é cedida durante a exposição à radiação, e posteriormente, quando submetido a elevadas temperaturas, emitem essa energia na forma de um clarão. É o que chamamos de fenômeno termicamente estimulado. O clarão emitido pelo cristal termoluminescente durante o aquecimento é proporcional à energia que lhe foi cedida durante a irradiação.

Um dos mais compactos e modernos métodos de detecção de radiação são os cristais semicondutores (detectores de estado sólido). O fenômeno de detecção de radiação é análogo ao dos detectores a gás, porém, neste caso não é um gás que sofre ionização e sim um cristal semicondutor. Neste caso, o cristal é dopado com impurezas com excesso de elétrons em sua última camada. Impurezas com três e com cinco elétrons na camada de valência são adicionadas em cristais de maneira separada, e posteriormente “juntando-os” caracterizando o que chamamos de junção P-N. A junção P-N é feita com o propósito de imediatamente conduzir corrente quando a tensão for aplicada de maneira correta. Entre a junção é formada uma região chamada de região de depleção onde as cargas geradas pela interação da radiação com o material são rapidamente e eficientemente coletadas, sendo este o verdadeiro volume ativo do detector. Dentre as grandes vantagens deste tipo de detector estão a leitura instantânea de dose e a dose acumulada ao longo das exposições.

Lembrando de este texto foi apenas um apanhado geral dos principais tipos de detectores utilizados atualmente, e que para um estudo aprofundado recomendo consultar as literaturas específicas.

Espero ter contribuído para o aprendizado dos leitores.

Um abraço!

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