instrumentaÇÃo nuclear espectrometria · germânio hiper puro - hpge detector semicondutor; alto...
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Espectroscopia gama
Análise quantitativa e qualitativa do radionuclídeo emissor gama.
Os principais detectores são:
1. Iodeto de Sódio – NaI(Tl) � detector cintilador inorgânico;baixo custo; alta eficiência; resolução pobre.
2. Germânio hiper puro - HPGe � detector semicondutor; alto custo para baixa eficiência; muito alto custo para alta eficiência; ótima resolução.
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Propriedades gerais de um detector
Na situação real, muitos fótons interagem com o detector em certo intervalo de tempo.
)(ti
tempo
A altura do pulso dependerá do número de elétrons liberados que, por sua vez, dependerá da energia transferida para o
material do detector.
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Efeito fotoelétrico
Efeito no qual o fóton desaparece transferindo toda a sua energia para um elétron.
ligaçãoe EhvE −=
hv E
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Efeito Compton
hv E
Efeito no qual o fóton transfere parcialmente sua energia para um elétron.
( )( )( )( )
−+−=
θθ
cos1/1
cos1/2
0
20
cmhv
cmhvhvEe
φ=πφ=0
πθ =−= eC EhvE
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Produção de pares
hv E
Efeito no qual o fóton dá lugar ao aparecimento de dois elétrons.
202 cmhvEE
ee−=+ +−
202 cm
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Efeitos do cristal – médio
dE
dN
Ehνhν−0,511
hν−2∗0,511
espalhamento múltiplo
joelho ComptonEc=hν -Ee(θ=π)
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Efeitos da blindagem
dE
dN
Ehν~0,2 keV 0,511 keV
12 3
1
2
3
raio X caracterísitico
retro espalhamento
aniquilamento
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Complicações no espectro
1. Escape de elétrons secundários
2. Escape de Bremsstrahlung
3. Escape de raio-X característico
4. Radiação secundária gerada perto da fonte
a. Radiação de aniquilamento
b. Bremsstrahlung
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Efeito soma60Co
2505
1332
0
100%
100%
Fontes muito próximas ao detector � efeito soma
aparecimento de um pico cujaenergia é a soma das energias dos
fótons envolvidos..
dE
dN
Ehν1+hν2hν2hν1
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Eficiência absoluta
( )kAiT
SE
...=ε
área
tempo de contagem
% de emissão
Atividade
correção de decaimento
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Eficiência intrínseca
t
N
ϕε =
ε = eficiência do detector no fotopico ou total (cps/γ/cm2);
N = taxa de contagem no fotopico ou total (cps);
ϕ = fluxo emitido pela fonte ou que incide sobre o detector (γ/cm2 .s);
t = tempo de contagem (s).
d4e S
= 2
d-
πϕ
µS = taxa de emissão da fonte
(γ/s);
µ = coeficiente de atenuação linear total no ar (cm-1);
d = distância fonte-detector (cm).
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Curva de eficiência
Efic
iên
cia
(cp
m/g
am
a cm-1
s-1)
Energia (keV)
10 2 10 3
10 2
10 3
Curva de eficiência para o detector HPGe, obtida por modelagem; os pontos representam os valores obtidos experimentalmente.
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Eficiência total e pico
pico
Eficiência pico– considera apenas a deposição total da energia.
Eficiência total– considera todos os pulsos gerados no detector.
total
picorεε
=
ctg
altura de pulso
total
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Eficiência total e pico
Energia (keV)
102 103
100
101
Efic
. tot
al /
Efic
.fot
opic
o
Curva da razão entre a eficiência total e de fotopico. A curva foi obtida por modelagem e os pontos representam os valores obtidos experimentalmente.
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Calibração em energia
121.79 493.09244.69 985.42344.27 1384.28778.89 3125.13867.32 3479.39964.01 3866.63
1085.78 4354.121112.02 4459.471407.95 5644.74
y = 0.2497x - 1.3298
R2 = 1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
canal
ener
gia
23
Energia (MeV)0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Co
ntag
em
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Espectro para o 137Cs obtido experimentalmentee o espectro obtido por simulaçãopara a energia de 661,66keV. O espectro experimental foi obtido pela subtração do espectro obtido por medida direta da fonte pelo espectro obtido com a blindagem de sombra posicionada.
Experimental e simulação