Desenvolvimento de um monitor para raios-X, raios gama e nêutrons

Abstract

Neste trabalho foram projetados e montados sistemas detectores de raios-X, raios gama e nêutrons utilizando dispositivos disponíveis no mercado a baixo custo, mas que podem produzir um equipamento compatível com aparelhos comerciais: fotomultiplicadoras de silício (SiPM), cintiladores sensíveis a raios gama, cintiladores sensíveis a nêutrons, e um Arduino. A estrutura do sistema de detecção de raios-X e raios gamas é formada por um circuito de polarização de uma SiPM acoplada a um cintilador, um pré-amplificador sensível à carga, um filtro gaussiano e um sistema de contagem formado por um conversor de pulsos analógicos para digitais, que são processados por um Arduino, além de uma saída de pulsos analógicos para aquisição de espectros, e seu ruído eletrônico ficou no patamar de 45 keV, utilizando um cintilador BGO com dimensões de 3x3x5 mm3. A detecção de nêutrons foi desenvolvida para dois tipos de reações: reações (n,γ), com o cintilador GAGG(Ce), e reações (n,α), com o cintilador CLYC(Ce). Nas reações (n,α), o cintilador possui respostas com amplitudes muito maiores que os pulsos resultantes de interações com radiação gama, o que torna simples o circuito do detector: um amplificador sensível à tensão e um discriminador por altura de pulso, seguido do sistema de contagens de pulso. Os cintiladores que utilizam reações (n,γ) têm necessidade de blindagem de interferências externas nas contagens de suas emissões, além de medidas de amplitude (energia) dos pulsos e um processamento estatístico das contagens para o resultado final de contagem de nêutrons. Os detectores de nêutrons apresentaram respostas lineares em relação às contagens de um detector com gás 3He. Todas as fases do projeto foram abordadas detalhadamente para cumprir o objetivo do trabalho de construir um sistema que sirva de base para a montagem de qualquer detector que utilize pré-amplificador sensível à carga ou sensível à tensão: a troca de cintiladores direciona o tipo de sensibilidade à radiação e o tratamento dos pulsos os conforma à resposta desejada do sistema detector.