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O detector de radiação é um dispositivo que, colocado em um meio onde exista um campo de radiação ionizante, seja capaz de indicar a sua presença. Existem diversos processos para medir ou indicar as características dessas radiações. Entre esses processos os mais utilizados são os que envolvem a geração de cargas elétricas, a geração de luz, a sensibilização de películas fotográficas, a criação de traços (buracos) no material, a geração de calor e alterações da dinâmica de certos processos químicos.

Normalmente um detector de radiação é constituído de um elemento ou material sensível à radiação e um sistema que transforma esses efeitos em um valor relacionado à grandeza dosimétrica que se deseja medir (IAEA, 2003).

Os detectores do tipo espectrômetros gama são muito utilizados nas avaliações da radiação natural terrestre. A dose absorvida no ar pode ser inferida a partir das medições da atividade e da calibração e uso de coeficientes de conversão apropriados. Outros sistemas dosimétricos, baseados em cintiladores, também foram caracterizados e utilizados para obtenção da dose absorvida no ar, como os dosímetros termoluminescentes (de CaSO4:Dy ou CaF2:Dy) (SAITO; PETOUSSI-HENSS, 2014).

Dentre os vários tipos de detectores, um dos mais utilizados em analises radiométricas ambientais é o detector de cintilação. Isso se deve as inúmeras vantagens deste equipamento, que além de identificar a emissão de fótons, são capazes de indicar suas energias, atividades e outras grandezas dosimetrias. Além disso, as análises podem ser realizadas tanto no laboratório como no campo (monitoração in situ) (YANAGIDA, 2018).

Materiais cintiladores são aqueles que emitem luz (cintilam) quando expostos a um estímulo químico (quimiluminescência), biológico (bioluminescência) ou físico, por calor ou radiação (fotoluminescência) (KNOLL, 2010).

Quando um material cintilador é exposto à radiação, dentre os fenômenos que podem ocorrer se destacam a fluorescência e a fosforescência. Na fluorescência, o material excitado pela radiação emite luz imediatamente (na ordem de ≈ 10-9

emissão de luz se dá depois de um intervalo de tempo maior (da ordem de ≈ 10-3

segundos). Para um cintilador ser considerado adequado, o seu material deve converter a maior parte da radiação incidente em luz, através da fluorescência, minimizando os efeitos de fosforescência (SMITH, 2010).

Existem quatro classes de cintiladores, os cristais inorgânicos: NaI, KI, CsI, LiI, usados na detecção de fótons gama; os cristais orgânicos: antraceno, usado na detecção de fótons gama; os plásticos: poliestireno, usado para detecção de alfa, beta, gama e nêutrons; e os líquidos: soluções de substâncias como 2,5-difeniloxasol em tolueno, p-dioxano, etc., usados na detecção de partículas beta e fótons gama de baixa energia.

Se o objetivo é a detecção de radiação gama os mais usados são os cristais inorgânicos ativados, como Nal(TI) ou Csl(TI), em razão do elevado número atômico de seus constituintes (YANAGIDA, 2018).

Os cintiladores inorgânicos são cristais que contêm pequenas quantidades de impurezas que funcionam como ativadoras do processo de luminescência. A teoria das bandas representa esses cristais como contendo uma banda de valência repleta de elétrons e uma banda de condução quase vazia. A banda de condução encontra-se acima da de valência e ambas estão separadas pela banda proibida, na qual elétrons livres não podem existir.

A passagem da radiação ionizante pode mover elétrons da banda de valência para a banda de condução num processo chamado ionização. O elétron deixa, dessa forma, uma lacuna na banda de valência e um elétron na banda de condução, ambos livres para se moverem independentes dentro da estrutura cristalina.

Nos cristais puros, o retorno do elétron à banda de valência com emissão de fóton visível, não é o processo mais frequente. Imperfeições no cristal ou impurezas, chamadas de ativadores, podem criar níveis de energia na banda proibida, em pontos isolados, por todo o cristal, através dos quais os elétrons podem voltar à banda de valência.

A lacuna deixada captura um elétron do ativador que, ficando ionizado, neutraliza-se capturando um elétron que foi até a banda de condução. Se o ativador for escolhido convenientemente, funcionará como uma armadilha que ao se neutralizar passará por um estado excitado, de meia-vida da ordem de 10-7 s, decaindo para o estado fundamental com emissão de fóton visível. (NOVOTNY, 2005).

A Figura 5 apresenta um esquema simplificado de um sistema de medidas com detector do tipo cintilador inorgânico.

Figura 5 - Esquema de funcionamento de um cintilador sólido

Fonte: Medeiros (2018)

A fonte de alta tensão deve ser muito bem estabilizada, para não haver flutuações de ganho do fotomultiplicador. Com cristal de NaI(Tl) acoplado a uma estrutura fotomultiplicadora. Na fotomultiplicadora, a quantidade de elétrons gerados pelo fotocátodo não é suficiente, sendo necessário o conjunto de dinodos, arranjados de maneira que permita que os elétrons colidam com a superfície de cada dinodo, arrancando um número maior de elétrons em cada colisão.

Esse fenômeno é também conhecido como emissão secundária e gera uma carga suficiente, que será coletada pelo anodo, para produzir um pulso de tensão (IRD, 2011). O amplificador tem a dupla função, amplificar o sinal de certo fator (ganho), resultando num sinal à saída com amplitudes entre 0 e 10 V e de dar forma aos sinais, variar o tempo de subida e a duração do impulso. O conversor ADC converte a amplitude dos sinais analógicos de entrada num número (canal).

5 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo procurou-se apresentar as características da pesquisa, sua contextualização e o aporte metodológico. Objetivou-se mostrar o caminho percorrido para a realização da referida pesquisa, os conceitos relacionados e também cada uma das etapas da coleta de dados.