I Workshop de Proteção Radiológica em Física Médica e Radioecologia

Determinação de Parâmetros para Simulação de Detectores

HPGe e NaI(Tl)

Claudio C. Conti

IRD/CNEN

Espectros gama

� Devido aos diferentes processos de interação daradiação gama com o meio de detecção, atémesmofeixes monoenergéticosdão origem amesmofeixes monoenergéticosdão origem auma complexa função resposta no detector.

Função resposta do detector

Inte

nsi

dad

eIn

ten

sid

ade

EnergiaInterações Compton

Interações múltiplas

Fotopico

Efeitos em detector HPGe

Arranjo experimental

S AAS

P - feixe diretoS - feixe espalhadoA - radiação de fundo

A

FonteP

S

S

P - feixe direto

Arranjo experimental

S AAS

P - feixe diretoS - feixe espalhadoA - radiação de fundo

A

FonteP

S

S

P - feixe direto

Experimental

HPGe coaxial

active Ge

reg

ion

3

reg

ion

10

region 11

reg

ion

6

plane 1 plane 2plane 3 plane 4

region 7

region 4

region 13

4 meios

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)

active Ge

non-active Ge

Aluminum Region 14

vácu

o

reg

ion

2

region 1

reg

ion

9reg

ion

5

region 8

region 12

plane 5

plane 6

plane 7

cilin

ders

4 meios14 regiões7 planos7 cilindros

Determinação das camadas

� Fonte 241Am – ~60keV� Determinação da camada morta + transição

� Fonte 137Cs – ~662keV� Determinação das dimensões do orifício

Curva de eficiênciaE

ficiê

ncia

(cp

m/g

am

a cm-1

s-1)

1 0 3

Con

tage

m (

com

/γcm

-1s-

1

Curva de eficiência para o detector HPGe, obtida por modelagem;os pontos representam os valores obtidos experimentalmente.

Efic

iênc

ia (

cpm

/ga

ma

cm

E ne rg ia (k e V )

1 0 2 1 0 3

1 0 2

Energia

Con

tage

m (

com

/

Espectro 662keV

Con

tage

m

Energia (M eV )0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Vermelho� simulaçãoPreto� experimental (espectro total - espectro com a blindagem de sombra)

Energia

Resultados

Fonte Calculado

(µGy/h)

HPGe

µGy/h)

K1 0,113 ± 0,005 0,111 ± 0,005K1 0,113 ± 0,005 0,111 ± 0,005

K2 0,109 ± 0,006 0,119 ± 0,004

Th1 0,534 ± 0,028 0,515 ± 0,018

U1 0,324 ± 0,017 0,312 ± 0,008

U2 0,184 ± 0,007 0,189 ± 0,005

Uth1 0,208 ± 0.009 0.209 ± 0,006

Uth2 0,446 ± 0,023 0.441 ± 0,020

HPGe planarz

3534

CI

23

6 7

y

1 2 3 4 5 6

3233

39

PLANOS

ILINDROS

Vácuo

BeGe

Al

Ar

Camada morta

Espectro de raios X

RAIOS X

VALOR MÁXIMO

ENERGIA

MÁXIMA

RAIOS X

CARACTERÍSTICOS

Determinação camada morta

� Geometria experimentalFonte241Am: DFD de 10 cm– Otimizaçãodascontagens– Otimizaçãodascontagens

� Processo interativoComparação: Modelagem x Experimental

Camada Morta4 4 µµµµµµµµmm

0.06

0.07

0.08

Effi

cien

cy (

coun

tings

/pho

tons

n°.)

100.02

0.03

0.04

0.05

Effi

cien

cy (

coun

tings

/pho

tons

n°.)

Photon energy (keV)

0.5µm 5µm 4µm 3µm Experimental

Curva de eficiência0.1

Efic

iênc

ia (

ctgs

/nº.

fóto

ns)

10 100

0.03

Efic

iênc

ia (

ctgs

/nº.

fóto

ns)

Energia (keV)

MCNP 4B Experimental

Arranjo experimental

Foco-Colimador = 50 cm

PVC alumínio

Colimador-Detector = 50 cmFoco-Colimador = 50 cm

PVC alumínio

Colimador-Detector = 50 cm

Tubo deraios X

Colimador3pinhole

laser

Colimador1

HPGe

Colimador2Conjunto

Detector-Blindagem

PVC alumínio

chumboTubo deraios X

Colimador3pinhole

laser

Colimador1

HPGe

Colimador2Conjunto

Detector-Blindagem

PVC alumínio

chumbo

Espectro real

250000

300000

350000

"Espectro" Medido (DAP) Espectro Corrigido

20 40 60 80 100

50000

100000

150000

200000

Con

tage

ns

Energia (keV)

Espectro 60 kV – 0,5 mA

80000

100000

Experimental Teórico

0 10 20 30 40 50 600

20000

40000

60000

Con

tage

ns

Energia (keV)

Espectro 100 kV – 0,5 mA

250000

300000

350000

Experimental Teórico

0 20 40 60 80 1000

50000

100000

150000

200000

Con

tage

ns

Energia (keV)

800000

1000000

1200000

Experimental Teórico

Espectro 150 kV – 0,5 mA

0 20 40 60 80 100 120 1400

200000

400000

600000

Con

tage

ns

Energia (keV)

ResultadosAJUSTES DO TUBO KERMA ( m Gy)

Tensão

(kV)

Corrente

(mA)

Detector

HPGe

Câmara de

Ionização

(CI)

Razão

(CI/HPGe)(CI)

0,5 17,13±0,32 18,20±0,61 0,9460

1,0 37,87±0,12 40,76±1,42 0,93

0,5 27,51±0,11 29,71±1,03 0,9380

1,0 62,45±0,17 68,78±2,33 0,91

0,5 37,65±0,14 41,30±1,4 0,91100

1,0 87,84±0,21 99,28±3,36 0,88

120 0,5 48,87±0,17 53,05±1,82 0,92

150 0,5 66,99±0,23 67,75±2,29 0,99

NaI(Tl)

4x 4L NaI(Tl)

100 ml NaI(Tl)

0.1

1

Con

tage

m n

orm

aliz

ada

Espectro fonte pontua 54Mn

0.001

0.01

0 200 400 600 800 1000

Energia (keV)

Con

tage

m n

orm

aliz

ada

medido

MC

Fonte Calculado

(µGy/h)

HPGe

µGy/h)

Medido GR320

µGy/h)

K1 0,113 ± 0,005 0,111 ± 0,005 0,124 ± 0,015

Resultados

K2 0,109 ± 0,006 0,119 ± 0,004 0,121± 0,014

Th1 0,534 ± 0,028 0,515 ± 0,018 0,497± 0,062

U1 0,324 ± 0,017 0,312 ± 0,008 0,314 ± 0.094

U2 0,184 ± 0,007 0,189 ± 0,005 0,176 ± 0,021

Uth1 0,208 ± 0.009 0.209 ± 0,006 0,186 ± 0.022

Uth2 0,446 ± 0,023 0.441 ± 0,020 0,394 ± 0,043

Atividade em superfícies urbanas

Solo

Paredes das construções

Resutados

Parede direita Parede esquerda Solo

Bibliografia� Conti, C.C.; Medida de Kerma no Ar e Determinação de Coeficientes de

Conversão para Dose Devido à Radiação Gama Ambiental; Tese Doutorado:www.ird.gov.br� Downloads� Trabalhos de Tese

Salgado,C.M.; Conti, C.C.; Becker,P.H.; Determinationof HPGeDetector� Salgado,C.M.; Conti, C.C.; Becker,P.H.; Determinationof HPGeDetectorResponse Using MCNP5 for 20-150keV X-Rays; App. Rad. Isto.;64, pg.700-705; 2006.

� Sachet, I.ª; Caracterização da Radiação Gama Ambiental em Áreas UrbanasUtilizando uma Unidade Móvel de Rastreamento; Tese Doutorado:www.ird.gov.br� Downloads� Trabalhos de Tese

FimE-mail:

ccconti@ird.gov.br

Slides: http://ccconti.vilabol.com.br/instnuc.html