"Eficiência de detetores HPGe para fótons de 4 a 10 MeV"

Abstract

AgradecimentosEu gostaria de agradecer a todos aqueles que contribuíram de forma direta ou indireta para a realização desse trabalho.Agradeço especialmente ao professor Vito Vanin pela sua paciência, apoio e orientação que foram fundamentais para o desenvolvimento desse trabalho. Agradeço também aos funcionários do Laboratório de Análise de Materiaispor Feixes Iônicos (LAMFI) pelo apoio e paciência nos dias em que foram feitas as medidas.Ao grupo de espectroscopia Gama do Laboratório Oscar Sala (antigo Pelletron) pelo apoio na solução de problemas técnicos e pelo empréstimo do detetor.Ao amigo e colega Diogo Bernardes Tridapalli pela ajuda na parte técnica, pelo companheirismo, pela leitura da dissertação e por continuar com o projeto. código MCNP, sendo que as dimensões internas do detetor, inacessíveis para medição, foram escolhidas de modo a reproduzir parâmetros deduzidos de espectros gama experimentais. A simulação se mostrou capaz de descrever tanto a eficiência para absorção total de energia quanto a razão entre as áreas dos picos de absorção total de energia, escape simples e duplo do gama de aniquilação, mas não foi capaz de descrever a razão entre a área total do espectro e a do pico.vii AbstractAn HPGe detector was calibrated in the 4 to 10 MeV energy range using photons from the decay of the 992 and 1317 keV proton resonances in the reaction 27 Al(p, γ) 28 Si on-line. Energy and photon detection efficiencies were calibrated and the dependence of the peak full width at half maximum on the transition energy and initial level half-life was analyzed. The effects of the reaction product motion, likeDoppler shift due to in-flight decay, slowing down in the target, and nuclear recoil energy from photon emission, are important for energy calibration and peak width analyses. The efficiency calibration required other calibrations: the full energy peak to single and double escape counting ratios, and total spectrum to peak areas ratio.The experimental results were compared to simulations with MCNP code, where internal detector dimensions, inaccessible to measurement, were chosen in order to fit the experimental gamma spectrum parameters. The simulation was able to explain the full energy peak to single escape and double escape counting ratios, and full-energy peak detection efficiency, but was unable to fit the total spectrum to peak areas ratio.ix

66Ga como padrão de calibração de raios de altas energias para detectores HPGe

“…Resta, ainda, a questão de se estabelecer os requisitos mínimos a serem atendidos pela produção do 66 Ga. Certamente, a atividade mínima desejada do 66 Ga, o tempo máximo disponível de acelerador, a capacidade de enriquecimento do Zn, e a faixa de energia disponível para a irradiação com prótons são parâmetros que impõem requisitos mínimos ao acelerador no qual Tabela 1.1: Níveis de energia de interesse, probabilidades de emissão e intensidades relativas do decaimento radioativo do 66 Ga [2]. E γ (keV) σ γ i (b) P γ i /γ 1039keV 3766,850(9) 0,00136 (19) 0,00423 (7) 3791,036(8) 0,0102(11) 0,002941 (19) 4085,853(9) 0,0114 (19) 0,03445 (18) 4295,224 (10) 0,035(7) 0,1030(8) 4461,202(9) 0,0072 (15) 0,0226(3) 4806,007(9) 0,015(4) 0,0503(3) Tabela 1.2: Seções de choque de captura de nêutrons térmicos [2] de interesse para a calibração em altas energias.…”

“…Tabela 1.5: Razões de probabilidade de emissão de raios γ preenchendo e desocupando um nível comum de energia após a captura de um nêutron térmico, para a reação 35 Cl(n,γ) 36 Cl. E 1 (keV) E 2 (keV) P 1 /P 2 5715,187 2863,815 0,959 (12) 5902,700 2676,300 0,699 (7) 6110,848 1951,141 1,062 (14) 6619,638 1959,356 0,606 (8) 6677,847 1601,082 0,607 (13) 7790,325 788,428 0,502 (8) Fica, ainda, a questão da infra-estrutura necessária para levar a cabo Figura 1.2: Diferença entre a multiplicidade de um espectro γ resultante de uma fonte de 66 Ga [3], abaixo, e o espectro γ resultante de captura de nêutrons térmicos pelo 59 Co [6], acima (a) 1000-4000 keV e (b) 4500-8000 keV.…”

“…Tabela 1.7: Seções de choque de captura de prótons, σ γ i , dos raios γ mais significativos para a reação 23 Na(p,γ) 24 Mg na ressonância de E p = 1417 keV, e as respectivas probabilidades de emissão, P γ i , [2]. E γ (keV) σ γ i (mb) P γ i 1778,969 (12) 77 (17) 0,948 (15) 10762,9 62 (14) Estas reações foram já foram estudadas [7] como fontes de raios γ para calibração de detectores de HPGe, pois os requisitos impostos por estas reações são compatíveis com as características operacionais do LAMFI-IFUSP (Laboratório de Análise de Materiais por Feixes Iônicos).…”

“…: largura da ressonância, a dispersão em energia do feixe e a espessura do alvo, não degradem a resolução ou a calibração em eficiência do detector. Ainda, e talvez mais importante, a cinemática da reação, em especial o efeito Doppler (emissão em vôo), introduz complicações no processo de calibração [7,8]. A utilização de uma fonte radiativa, por outro lado, apesar de não contemplar faixas de energias tão amplas, não sofre dos citados problemas.…”

“…Uma vez apresentadas as diversas opções de produção de raios γ de alta energia, a seleção do método a ser utilizado na presente disertaçãoé ditada: (I) pelas características inerentes de cada método (II) pelos trabalhos anteriores e (III) pela infra-estrutura disponível. As reações de captura e espalhamento inelástico de prótons já foram previamente utilizadas [7,8]. Restringindo-se as opções disponíveisàquelas com resultados experimentaisúteis do ponto de vista metrológico, restam: (I) reações de captura de nêutrons e (II) o radioisótopo 66 Ga. As reações de captura de nêutrons são uma solução atraente, não fosse a multiplicidade do espectro resultante e a necessidade de medição no local de irradiação.…”