Monitoramento das Radiações Ionizantes
DosÃmetros termoluminescentes
1. Como funciona o mecanismo dos detectores termoluminescentes?
O processo consiste em levar os eletrons da banda de valência para a banda de condução pela radiação incidente. Quando há impurezas ou imperfeições no cristal são criados centros que podem ser ocupados pelos elétrons. Os elétrons podem ser capturados em vários centros chamados "armadilhas de elétrons". O aquecimento do material facilita sua passagem para a banda de condução. Quando a distância do nível de captura de energia abaixo da banda condutora é suficientemente grande, há apenas uma pequena probabilidade por unidade de tempo que o elétron escape à armadilha.
De maneira análoga, são também criados centros com ausência de elétrons, conhecidos como "armadilhas de buracos". Um buraco criado pela radiação incidente pode migrar até uma armadilha de buracos. Se a diferença de energia é suficientemente grande o buraco será barrado, salvo se alguma energia térmica adicional for acrescentada ao cristal.
Uma amostra do material termoluminescente funciona como um detector no qual á quantidade de elétrons e buracos capturados é uma medida do número de pares elétron-buraco formados pela exposição à radiação.
Dentre os materiais mais populares, pode-se destacar aqueles baseados em LiF, que detém a melhor combinação entre o número atômico dos seus constituintes e o número atômico efetivo do tecido mole. Assim sendo, a energia depositada no LiF é a mais próxima à exposição do tecido mole aos raios gama.
2. Quais os materiais termoluminescentes passíveis de serem utilizados?
Os dosímetros termoluminescentes pertencem a uma classe de cristais inorgânicos. Alguns dos materiais mais utilizados consistem em cristais aos quais é acrescentada uma pequena concentração de impureza que funciona como ativador. Um exempo é o CaSO4: Mn, no qual o manganês é o ativador.
Outros materiais não requerem a adição de um ativador, as armadilhas são criadas pela impureza inerente ao próprio cristal. A escolha do material deve considerar a profundidade da armadilha, a energia necessária para levar o elétron à banda de condução, e o número atômico efetivo do material em questão. Se os níveis de energia da armadilha são muito próximos aos da fronteira da banda, como no caso do CaSO4:Mn, o número de capturas por unidade de exposição pode ser muito elevado, com sensibilidade para exposições a partir de 0.2 μGy, porém perdem precisão em tempos mais prolongados, no decorrer de alguns dias.
Para tempos de exposições mais prolongados, são recomendados materiais como CaF2: Mn ou LiF: Mg, Ti, com armadilhas mais profundas, embora com menor sensibilidade em várias ordens de magnitude. Esses materiais tendem a ser excitados quando em contato com a radiação ionizante e desexcitados quando submetidos ao calor, emitindo então uma quantidade de luz diretamente relacionada com a dose absorvida pelo material.
Materiais com número atômico efetivo mais alto tendem a exagerar as respostas a baixas energias de raios X ou gama. Como o lítio natural contém 7,4% de 6Li, os detectores termoluminescentes feitos com LiF são também sensíveis a nêutrons lentos, de reação (n, α).
3. Quais as contribuições dos dosímetros OSL no monitoramento individual
A Luminescência Opticamente Estimulada OSL (Optically Stimulated Luminescence) apresenta-se como uma alternativa para estimular a luminescência dos materiais utilizados nos detectores. Ao invés do calor, a desexcitação do material ocorre quando exposto à luz, como um laser ou um diodo.
Esta técnica, explorada desde a década de 80 foi vastamente utilizada no processo de datação geológica e arqueológica, demonstrando bons resultados tanto em materiais naturais, como o quartzo, quanto sintéticos, como a porcelana.
Uma vantagem da OSL é que, como a temperatura das amostras não aumenta significativamente, podem ser utilizados substratos de plástico, por exemplo, o que não seria compatível com o ciclo de aquecimento que sofrem os dosímetros termoluminescentes. O OSL tem uma alta sensibilidade: utilizando como material dosimétrico o óxido de alumínio - normalmente dopado com carbono - o nível de sensibilidade pode chegar a apenas alguns μGy, bem abaixo que os dosímetros termoluminescentes tradicionais. Outra vantagem é que o número de centros estimulados é menor que a população total de centros criada, então podem ser feitas novas leituras posteriores e é possível sua reutilização.
4. Quais as características das placas de imagem?
Embora possa ser utilizada para diferentes tipos de radiação ionizante, como partículas alfa, elétrons rápidos e até nêutrons térmicos, em alguns casos, esta é uma técnica utilizada principalmente para imagens de raios X.
Estes detectores consistem em uma placa de até 40 cm que contém uma camada de fósforo com características semelhantes às encontradas nos materiais dos termoluminescentes tradicionais. O fósforo é normalmente combinado com uma película orgânica e depositado em um substrato plástico em uma fina camada de até 200μm. Comumente é utilizada a escolha BaFBr: Eu2+ com alto número atômico, o que auxilia a promover uma eficiente detecção da radiação incidente.
Nas condições acima mencionadas, a placa teria, por exemplo 50% de eficiência na detecção de raios X com 50 KeV, o que é superior a outros métodos de detecção para raios X. Para energias de até 20 KeV as placas de imagem são 100% eficientes.
A radiação ionizante que interage com a camada de fósforo produz armadilhas de elétrons e de buracos muito próximas ao local de interação formando imagens latentes dos centros que representarão o padrão de incidência da radiação. Após a exposição a leitura é concluída por um feixe de laser que escaneia a área total da placa; a luminescencia é conduzida a um tubo fotomultiplicador para medir sua intensidade em função da posição do laser. A imagem digital gravada corresponderá ao padrão original da radiação incidente. A placa então pode ser apagada e reutilizada.
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