Detectores de nêutrons

1. Como agem os detectores de nêutrons?

Os detectores de nêutrons produzem um pulso de saída rápida para cada nêutron detectado. As medidas ainda podem ser obtidas indiretamente através da radioatividade induzida pela interação de nêutrons em alguns materiais. Desta maneira, pode-se deduzir informaçãoes quanto à distribuição dos nêutrons nos campos de radiação. Esses instrumentos são conhecidos como detectores de ativação de nêutrons e são mais comumente utilizados para medição de nêutrons lentos.

2. Quais os parâmetros levados em consideração?

Considera-se que o fluxo de nêutrons medido se mantém inalterado, pois as probabilidades de interações com os fios ou a película são muito pequenas. A taxa de ativação por unidade de massa é um indicador direto da magnitude do fluxo de nêutrons.

R = φΣ_actV

Onde:

• φ é o fluxo de nêutrons estimado sobre a superfície da película
• Σ_act é a ativação da seção de choque estimada no espectro de nêutrons
• V é o volume dos fios
• R é a taxa de ativação

Na medida em que a película é irradiada, os materiais radioativos formados também sofrem decaimento: assim, a taxa de decaimento é expressa por λN. Desta maneira, a taxa de alteração em N é atribuída à diferença entre a taxa de formação e a taxa de decaimento.

dN/dt = R - λN

Onde

• λ é a constante de decaimento
• N o total de núcleos presentes.

Assume-se que R seja uma constante, e que o fluxo de nèutrons não deve variar durante a exposição ou decair em número de núcleos alvos. Após exposto ao fluxo de nêutrons, a película é transferida para um contador de radiações para medir sua atividade. Levando-se em consideração o decaimento contínuo durante esse estádio, devem ser realizadas as contagens a cada etapa envolvida.

3. Quais os materiais utilizados para detecção por ativação de nêutrons?

São considerados vários aspectos na escolha dos melhores materiais a serem utilizados para este fim, a saber: forma e magnitude da seção de choque, decaimento constante e natureza das atividades induzidas, interferências e propriedades físicas dos materiais.

• Para detectores de nêutrons lentos, a captura radioativa e interações (n, γ) ocorrem mais amplamente próximas às regiões de energia térmica. Reações (n, p), (n, α), (n, 2n) requerem um limiar mínimo de energia; materiais nos quais essas interações predominam são preferíveis para a detecção de nêutrons rápidos e, portanto, insensíveis aos nêutrons lentos.
• A atividade é diretamente proporcional à média da seção de choque para ativação de nêutrons, portanto são escolhidos materiais que propiciem a maior seção de choque, embora seja preciso considerar também a necessidade de manter a absorção de nêutrons suficientemente pequena para que não interfira nas medidas do fluxo.
• A meia-vida da atividade induzida não pode ser muito longa ou muito curta. Isso pode causar problemas quando da transferência da película para o contador. Muitas atividades específicas decrescem com o aumento da meia-vida.
• No intuito de evitar ou minimizar interferências, são requeridos materiais com alta pureza. A interferência causada por materiais de meia-vida muito curta pode ser resolvida adiando temporariamente o início do período de contagem.

O decaimento produzido nas ativações normalmente emitem partículas β ou raios γ. Privilegia-se a contagem dos γ devido à sua natureza de alta penetração que minimiza os efeitos da autoabsorção com a amostra. Os raios γ.permitem ainda discriminar mais facilmente as atividades de interferência. Em alguns casos, entretanto apenas são produzidas partículas β.

4. Quais as propriedades físicas requeridas para a escolha dos materiais para detecção de nêutrons?

A escolha dos materiais é determinante. Materiais na forma líquida ou gasosa são muito difíceis de serem aplicados. A grande maioria dos detectores para medida de nêutrons é composta por películas e fios de metal em dimensões apropriadas para cada caso.

O dosímetro Albedo é, por exemplo, recomendado para detecção de nêutrons epitérmicos,  combinando B (como moderador) e Li, que representa a maior aproximação das características do tecido mole.

São indicados parra detectores durante a desaceleração dos nêutrons: magnésio (⁵⁶Mn), cobalto (^60mCo; ⁶⁰Co), cobre (⁶⁴Cu; ⁶⁶Cu), prata (¹⁰⁸Ag; ^110mAg), índio (¹¹⁴In; ^114mIn; ¹¹⁶In; ^116mIn), Disprósio (¹⁶⁵Dy; ^165mDy) e ouro (¹⁹⁸Au). Clique aqui para visualizar a tabela das energias limiares para que os detectores se tornem úteis.

 

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