"Energy dependence of different beta radiation detectors" N.P.P. Albuquerque, M. Xavier and L.V.E. Caldas

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1 ^«-0-7/007*7 "Energy dependence of different beta radiation detectors" N.P.P. Albuquerque, M. Xavier and L.V.E. Caldas Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), são Paulo, Brazil Proceedings of the "X Encontro Nacional de Física da Matéria Condensa* da", Caxambú, Ninas Gerais, Brazil, 5-8±t> May, Abstract The beta radiation secondary standard of the Calibration Laboratory of Sao Paulo was used for the energy dependence determination of the main radiation monitoring instruments. Calibrated Sr + fi Y, "Tl and "'Pm sources constitute this secondary standard. Portable Geiger-MUller type instruments, cylindrical ionizatlon chambers, alarm and pocket dosemeters, as well as parallel-plates ionization chambers, were studied in relation to beta radiation. The results were compared with those obtained with the extrapolation chamber (that is the reference instru ment for beta radiation detection) and with thermoluminescent dosemeters of CaSO.:Dy. Beta radiation Beta-gamma monitoring instruments Thermoluminescent dosemeters

2 M DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA DB DIl-'KHMfilS! INSTRIMTTTOS DETF3CTORFS DA KADIACÃD BETA MARIA P. P. MARCOS XAVIKR LINDA V. K. CALDAS DF. ppscmsas wifngfttcar F. COMISSÃO NACIONAL DE ENERGTA NIK3/ÍAR (CIFM), PÃO PPULO INTRODUÇÃO \ C LABORATÓRIO DE CALIBRAÇÃO DE INPTRDMNTOG DO IPEN OCNSTITUÍDO POR R U 6 SALAS OCM ARRANJOS ESPECIAIS EB PADIAÇÃO X, GAMA E BETI7V. IWA W; SUAS i ^ ATIVIDA PRDOPAIS OCNSISTC NA PIESTAÇÃO DE SEKV1Ç06 A F1WVB EXTOWWS. SAO CALIBRADOS CFJCA IE C50 APAWaUnR FM TOWP AS FSCMAS F COM 2 OU 3 mergi/vs RENTES DE RADIAÇÃO, SENDO OlE EM SUA MAIORIA ESTES APARELHOK SÃO MXJITORES POFOA 1EZS UTILIZADOS A NÍVEL DE PROTÍTÃO RADIOLÕGIOV POR FIRMAS DE GAMAGRAFIA DIFK -r INDUSTOI AL, HOSPITAIS E CLÍNICAS DE RADIOTCRAPIA. ENTRE OS CLIENTES, FIGURAM AINDA INDUS TOMS EB TOCXDOS, METMS FINOP, CIGARROS, T7TC, OtK SE IITLTZAM FT! PCMTEf? DE Çfc BETA (EM GERAL 85 Kr, 90 Sr + 90 Y) P^JW O CONTROLE R MTOrVS DP FSPFJSSliRAf?. RADIA CADA ITRMA PORRUIDORA DF FTNTKP RADIOATIVAS TEM OfP SPR CWTtPNTTADA PFTA CNEN PARA PODER ITITLIZ/l-IAS PnpFISSIONALWNTR, ASSIM (TÍT» ffp PPnPPTETAPIA PF ITfJI TOJES PORTÁTEIS DR RADIAÇÃO, CALIBRADOS mraríhttoamrrr IWA W POP /VJO POR IM D05 LABORATÓRIOS DE CAURRArÃO OFICIAIS. ISTO IMPTJCA EM OfR O VrORATflRIO D^ CAIt BRACfo DO IPFN RKCERA VARIAS FCSACTIMCite* r-op ANO PAPA CALIBRAR APARWCfi COM W>X)I ACfo KJIA TAW*ÉM. ALfiM OISSO, ft OOMM RRCPBFH-SR CONSITLTAS TO«E OtPIS MAIS INDICADOS PARA A DETECÇÃO DA RADIAÇÃO PIFTA. APARELICS A FINALIDADE DD PPEStKIB TRABALHO FOI ESTUDAR TANTO A SENSIBILIDArE O0MD A DEPEtttfiOA ENERGÉTICA DE DIVERSTG TIPOS DE TNFTmJHfimfi MTNITORES, NOHWI/ffNTE UTILIZADOS NO BRASIL PARA RADIAÇÃO X E GAMA, TO RELAÇÃO A RADIK^O RFT7\. WALKER E JACOBS (1) ESTUDARAM ALGUNS 1NSTRUMFNTOS PRODUZIDOS ESPECIMJ^NTH PARA A DETECÇÃO DA RADIAÇÃO BETA. POTE-SE OBSERVAR RADIAÇfo BFTIA B GAMAfilMULTANFAMt^JTEEM VÁRIOS MATE RIAIS RMHCffnvre. A CONTRIBUIÇÃO DA RADIAÇÃO RBÜA A TAXA TOTOL DF HOPE fi, NA MATO MA DAS VEZES NA PRATICA, ATft MFSMD DKRPPFZADA, FMRORA JUFTTAMWTE NAS PARCIAI3 DO CORPO ft OUR A TAXA, DF DOSE BPTA PODF TPR UM SIGNIFICADO WXÜSIW. IRRADIAÇCES TABELA 1 S f o APRESENTATOK, POR EWWPLO, Pfl TAJtAS DR PORE NA VTTHHH^NrA DR UMA TB ABTRTA, PUfTTTroWC,DR 60 Oo, DFPPPFZANDO-PF A AirtO-APSOnrAjO NA PW*>R1A fcnte. E8IE fscbfvlo KSTRA OUB A PROXIMIDADE DA PONTE A TAXA DE DOSFJ BFTA POITT EXCEDER DB M3D0 CXWSICERAVEL A TAXA DE DOSE GAMA. KM ATIVIDADES PEOTO HE PCNTES RADIOATIVAS ABERTAS E PEQUENAS, A TAXA DE DORR DEVIDA A FADIACAO BtTTA MirTTAR VEZES t DAMüíTE ALTA E AS PíWTAS ÍXK DED0f5 PODEM fjecrpep UMA DORE NA INESPERA

3 T í B E L A 1 TAXAS DF. DOPF D NA VIZINHWÇA DE IMA FCNTE ABERTA, PUNT1PORME, re 6 V *>AR< 2 > DISTANCIA (an) ÜiGy/ h) (ngy/h) V \ (ti ,60. 2,50. 4,70. 4,12. 0 IO 6 10 b JO 4 IO 2 1,12 4,48 1,12 4,48 1,12.IO 5.10 J. IO 3.IO 2.IO 2 9,71. IO 6 2,54. IO 5 4,81. IO 4 8,60. IO 2 1,12. IO 2 98,9 98,4 97,7 47,9 0 A DIFICULDADE PRINCIPAL NA DOSIM3TRIA BETA E DEVIDA A FÁCIL ABSORÇÃO DESTA RADIAÇÃO NA MATÉRIA E, EM CCWSRpCIENCIA, DO SEU CURTO ALCTNCE. DEVIDO A PCR TO tependênoa DA TAXA DE DOPE BETA OOM A PTfTrANCIA F DA FflCIL N&CBCfo DA RAD» ÇSO, PARA SB TER MEDinAf! PREafWS, SÃO NECFPSÍRI0f5 TXK^WTTPCf PR PIMFNSOFS WTTO IBDUZIDOS E OOBERTOS POR UM INWDUCRO MUITO FINO. AMRAS EXKÍNCIAS SÃO DIFÍCEIS DE SEREM SATISFEITAS NA PRATICJU \M POSlMETRO EOTTOBO, OHMD ft O CATO DPS DETEÇ TORES PORTÁTEIS, JWMFNTE FORNECE A DOPE MFDIA NO VOIMf! SFNSlVEL, E ERTE VALOR MÉDIO PODE AS VFZES SER MUITO DIFEREOTE DO VALOR DA DOBE "faom. TTTP, FATO PODE SER DECISIVO NUM EVENTUAL DANO POR RADIAÇÃO. DAÍ SURGE A GRANDE NECESSIDADE DA CMJBRAÇÃO DOR INSTRCMENIOF, Ç*E CONSISTE FJ1 SE DETERMINAR O FATOR DE CALIBRAÇÃO PARA CADA QUALIDADE DE RADIAÇÃO, PARA A CORREÇÃO DAS MEDIDAS REALIZADAS. PARTE EXPERIMENTAL DIVERSOS TIPOS DE DBTECTORSS DE RADIAÇÃO FORAM TESTADOS, UTILIZANDO- -S E O SISTEMA PADRÃO SEONDARIO DE RADIAÇÃO BETA, DO OlM. FAZEM PARTE PTWTES CA LIBRADAS DE 90 Sr + 90 Y (l,85g3g), ^Sr + ^Y (74fflo), 204 Tl (18,5M»T) E 147 Pm (518MBq). O DETECTOR DE RADIAÇÃO BETA PADRÃO ft CCNSTITUfDO POR UMA CÂMARA DE I O NIZAÇÃO DE PLACAS VABNFU&, JANELA DE ENTRADA FINA F DE VttZJME VARIÁVEL, OIAMA EA CÂMARA DE FjnTOPOMCÃO, ACOPIAM A UM ELWI'WOWIW, CM? PFRMITF A MEDIDA CORRENTES DE ATft 10 A. ESTE SISTEMA PADRÃO* ' FOI Nffl WILIZADO, W»RA COMPARA Çfo COM AR RFSPO6TAS POR DETECTORES TEPTADOB. VISTO NA FOTORRAFIA ANEXA. (4) DE O ARRANJO TV. IRRATíTATÃO PODR SER FORAM UTILIZADOS 06 DOSlMRTOS TERMDWMINEflCENTES DE OiSO^i Dy TE DE E5PESS17RA 0,3m, FORNECIDOS PELO IABOBATORIO DE PRODUÇÃO DE MATERIAIS DOSIMÊIRICOP DO IPEN. OB TRATMfWTOS TfilWIOnR, O PROCEDIMENTO DE CALIBRAÇÃO, AS CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DESTES DOSlMJTTROS FORAM DEFINIDOS E ESTUDADOS POR CAMPOS, L. L. (4)

4 TODOS OS DKTECTORES FORAM IRRADIADOS NO AR, TOMANDO-SE COMO REFERENCIA O CENTRO DO VDUÍE SENSÍVEL, EXCETO NO CASO DAS CÂMARAS DK ICNIZACSO DE PLACAS PA RALELAS, ONDE A REFERENCIA FOI MANTIDA NA SUPERFÍCIE DA JWELA DE ENTRADA. AS CA MARAS DE IONIZAÇÃO DE PLACAS PARALELAS FORAM EXPOSTAS A RADIAÇÃO SEMPRE DE FORMA FRONTAL, ENQUANTO CXE NOS OUTROS CASOS, A IRRADIAÇÃO DEU-SE PWPFNPICIUAFMFIIIE AO EIXO L0NG1TUDIANL DOS DETRCTORFS. COMO A GRANDEZA EXPOSIÇÃO NÃO P. nrttnida NO CAPO PR RADIATWO PETA, F OS INSTRUMENTOS TESTADOS SÃO NORMALMENTE iftilizados PARA DETECÇÃO DA RADIAÇÃO GA MA E PORTANTO APRESENTAM tnidades DE EXPOSIÇÃO (dl TAXA DE FXPOSICÃO), "TOMOU-SE A UNIDADE DE ROENTGEN NESTE CASO COMO "IWOTADE HE ESCALA" (u.e.). RESULTADOS OS DETECTORES 1TSTADOS OllANTO A SENSIBILIDADE E A DEPENDÊNCIA ENERCÉTI CA NESTE TRABALHO APRESENTAM JANELAS DE ENTRADA DE ESPESSURAS DIITCRENTEF (NO CASO DAS CÂMARAS DE IONIZAÇAO DE PLACAS PARALELAS) E INVCLUJRDS DE ESPESSURAS DIFEREN TES (NOG OUTROS DETECTORES). A PIG. 1 APRESENTA O CCWORTAMTO1TO DA CÂMARA DE EX TRAPOLAÇAO EM FUNÇÃO DA ESPESSITOV DO MATERIAL ABSORVEDOR POSTCiaJADO A SUA ITEN TE, DÜRflNTE AS EXPOSIÇÕES A RADIAÇÃO BETA DE 90 Sr + ^Y, 204 Tl E 147 Pm. NA ORDENA DA FORAM REPRESENTADOS 05 FATORES DE 'jtowsmssão. PARA A OBTENÇÃO DOS FATORES DE TRANSMISSÃO, FORAM tntijzados FOLHAS DF PLfcTOCO HOPTAPHW, CX»1 EffNSinADE SIPERFI CIAL HÍTRE 0,324 E 38,9mg/cm 2, E PJ.ACAP FIWAS DR LICITE, ODM nenridade SlJPERFlrt AL ENTRE 116 F. 91ftn*tm 2. DURANTE AS IRRADIAOÕES, IWrFR AJSORVTOORES FORAM COLOCA DOS SUCESSIVAMENTE A FTFNTE DA CflMAPA DF fwtrapolacívo, (XT VOUVF. FIJT> DE AS DISTANCIAS DE CALIBRACÂO DE 30, 30 E 20an RESPECTTWrNTF P^RA A«? FONTES ^sr S0 y, 204 Ti E 147 pm. NESTAS oonmrfw^ FORAM FEITA 1? AS WTODAS DF ODRRFNTE DE IONIZAÇAO. NO CASO DE W Sr + 9Q Y PODE-SE ORSERVAR OriR O FWDR DE TRWSriSSAO INICIAIM0JTE CRESCE, PATIJRA K DEPOIS DECRFPCE, ENOIWJTO CUE PARA 204 Tl F 147 P«n O OtWORTAMHTIO fí SEMPRE DECRESCENTE, MOSTRANDO COMO OCORRE í. APrOHCÃO DA RADIACto PEZA MMÊRIA (CAMADAS ABSORVEnORAS EOflVALENTES A TECItX)) ' NA TABEIA 2 SÃO APRESENTADAS AS CARACiyRlSTJCAF PPTNTTPAIR DOB IW.STPl) MQITOS (TIPO OilCFR-MBLLERE TIPO CÍMARA DE TCNI7JW7ÃO), OUE PORSHFM JANELA IX ENTRADA FINA. OS OUTROS TIPOB DE DRTECTPRES OTNS1WI DA TAHELA 3. OR FATORES DF CORRBÇfc PARA A SENSIBILIDADE DE CADA DETECTOR EM RTLACÃO A RADIAÇÃO DE 90 Y FORAM TAMRfiM REPRBSRNTADOB PM AMWVS TABEFAS. TODOS 06 DETECTORES DA TABELA 2 FORAM TESTADOS Ofi AS TRÊS FONTES CE DERCIAS DIFEFKNTES, EXCETO A CÂMARA. CS ICNIZACÂO CE PLACAS PARALELAS, DA NUCLEAR ENTERPRISES, POROtE ESTA CÂMARA APRESENTA UM Wffilf SFNSÍVEL MUITO PFTKIFNO, TJMDO POR ISSO ALTAS TAXAS TK DOSE ABSORVIDA, OHE NAO FRA O CASO DAS FONTRS DE Ti E Pm. A DEPINDÊNCTA ENERGÉTICA ÜFJZTFS INSTRUMfjntTR PDDP PFR OPSHRVADA NA TIG. 2, A CÂMARA DE BOTWOMtífe PTW Ê A MAIS Twrnrunw PM>A K nnnrnrkn nm. 90 Sr DE

5 PRINCIPALMENTE FNTRE AP FNEPGIAS CE 2M Tl F 9 Fr + 9( V NÃO APRESOTOV DFPENDENCIA ENERGÉTICA. ESTO CÂMARA TEM A POSSIBILIDADE DE PERMITIR A TVCA DA JANELA DE FN TRADA, DE MODO A SE TFR MEDIDAS PARA VARIAS FSPESSURAS PR JANFLA. F*TRAFOLANC0 -OS PARA UMA ESPESSURA NUIA, TEM-SE IMA INDEPENDÊNCIA TOTAL COM /> FNERGIA DA RA DIAÇAO BETA INCIDENTE. MAS ESTA CÂMARA NÃO fi POFI#TII. F PPBTMTO ft POUOO PPATI CA. A CSMARA NORMALMFWTE OCNUEanA POR MFXINEX. COM UM VT)Ui<E SFNSlVEL DE 600an? UM UCltXJlUR MUITO OfIL PARA ESTE TTPO DE RADIATÀY), MAS TWÍ1ÉM NÃO Ê POR TATU.. ENTRE A REGIÃO DE DETEOÇÃO DA RADIAÇÃO BETA MAIS IMPORTANTE (ENTRE 0,24 E 0,80MeV), 05 DOSlMETROR TERMMWaNESCENTES CCNSTITIEM OS DETECTORES MAIS IMPOR TJWTES, ABAIXO DA CÂMARA HW. A CÂMARA PANORAMIC LM SISTEMA DETECTOR BETA- -GAMA E O MAIS OFIL DOS INSTRUDiroS ELETRÔNICOS PORTÁTEIS PARA A DETECÇÃO DA RADIAÇÃO BETA, NA REGIÃO DE INTERESSE. ENTRE OS INSTRUMENTOS EIETIftJICOS NACÜCNAIS, O FABRICADO PELO IPEN (PI-760) MDBTROU A MAIC«SENSIBILIDADE PARA A RADIAÇÃO DE 90 Sr + ^Y E A MENOR DEPENDÊNCIA ENFRG&TICA EM TODO O INTERVALO DE ENERGIA ESTUDADO. O APARELHO DA NUCLEAR CHICAGO MDSTKX>-SE TAMBÉM DE INTERESSE NESTE CASO, MAS ATUALMEUTE NÃO FABRICADO. an OS DETECTORES DA TARFLA 3 FDRAM TESTADOS APiílAS CTM A RADIAÇÃO DE Sr + ^f POHWE NÃO PERMITEM A DETBOÇÃO DE FADI7CÕES BFTA DR FMFRRIAS MFNORES, DE VIDO A ESPESSURA DE SUAS RONDAS. PODE-SE NOTAR OVF A CANETA DOSTMETRICA PM O DF ractor DE SENSIBILIDADE MAIS ALTA KNTRR nfx, APRFSFNIWrnO O FATDR DR CORREÇÃO MAIS BAIXO. CONCLUSÕES TODOS O5 Ub-HJfHUHWS DAS TABELAS 2 E 3 PODEM SER UTILIZADAS COM RADIA ÇÍO BETA, DESDE QUE PREVIAMENTE CALIBRADOS; DEVEM, ENTRETANTO, SER PREFERIDOS A QUEX S COM ALTA SENSIBILIDADE E BAIXA DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA. EXCETUANDO-SE A CÃ MARA PADRÃO PTW, FOI POSSÍVEL OBSERVAR CUE OS DOSlMETROS TERMOLlMINESCEMrES APRE SENTARAM O COMPORTAMENTO MAIS INDICADO PARA A DETECÇÃO DA RADIAÇÃO BETA. ENTRE 05 INSTRUMENTOS PORTÁTEIS ETETHCNICOS DEVE-SE DESTACAR O PANORAMIC, DA VICTOREEN. KEHiKENCIAS 1) WALKER, E. AND JACOBS, R., PROC. INTERN. BETA DOSIM. SYMP., WASHDiTTON, USA, FEBRUARY 15-18, 1983, NUREC/CP-0050, P ) HEDtZEIMNN, M., FACHVERMND FOR STRAIII01SCHUTZ FV, FS-3, JULICH, ALEMWHA, ) CALDAS, L.V.E., APPL. RADIAT. ISOT. 37(9), 9«8(1986). i 4) CAMPOS, L.I...AND UW, M.F., RADIAT. PROT. DORIM. 18(3), (1987)

6 T A B E L A 2 J OVRACTmíSTlCAS PRINCIPAIS 006 JNSTWMSNTOS OCH J7NEXA DE ENTRADA FINA. XKMDXAÇfo INSXKDHOnO ESPESSURA DA JÍNEIA DE ENTRADA FAIXA DE OPERAÇfo RISCR OB OMBÇXO PARA FABTOGMRE MODELO I TIPO DE DETECTOR (mg/cm 2 ) DO APAFEU» IPEN (BRASIL) CaSO 4 :Dy LÜMINESCENTO (H06TAPHW) HARfTON 2.000AB MÍNIMO OPTECTÍ.VEL ÍOOUGV 1,64 X 10" PW CÂMARA DE SXTRA POLAfíO (PIACAS PARAIEUS) 4,5 (HPSTAPHPN) rrcrf 616 7,48 x 10" 10 Gy IT NUCLEAR 2581/3 DE IfKI- ZACfÒ (PIACAP PARAIfXAS) mR i»P BF 1,03 NUCtEAR \1CT0PEEN (EDA) FTCIAL 253 /3 PANO- RAMIC 47OA nr ZAÇftO (PLACAS PARAU2AS) CÍMPRA DE ICNI- ZAÇÃO (ELETTODO CENITOCL) (POLIESTIFESD EXPANDIDO) rP NPL 0-3/3000nR/h 0-3A0OOR/h. O-3A000mR (INTTXiRACÍO) 7,99 X 10" 1.21 NW3EAR OUCAGO (EOA) MORTRX4 (BRASH) NLH1CN (BRASIL) 2661 ÍWR NDG ,5-2,0 (MICA) 1.5-2,0 + FOLHA FINA DE pi/i?ncr» 1,5-2,0 (MICA) 0,1-lOOmR/h O-ljnR/h 0-lOOQWR/h 0-ln<R/h 0-lOOftnR/h 1,35 1,54 2,83 3PQ1 (BPASIL) Pl-760 1,5-2,0 (MICA) 1,35

7 T A B E L A 3: CAWCTCRÍSTXCAS FRQICXPAIS DOG XMSTRMiNIOS SEM JANEXA DE EMRWDA IRRADIAÇÃO FEJVENDICUUR AO EIXO X tx!xtu3inkl DO DEIBCIOR mstromono CKBklCMfXE MXEtO TIPO CE DETECTOR FMXA DE CPERKft) DO APARELHO CTSOR. DB OORRBÇfiO RRDIAÇÍto DB ^ S r VICIOVEEZf (rasa (EUft) 656R MDnMOJITOR II CANETA DCEIMfiTRICA mR 0-lOmR 0-10QmR 0-lOOftnR 3,47 1,13 x 1<T VICTOBEEN 692 O-lOOnR/h 2,99 x 10" ASS. feup.) GS 1OOQA O-lOiíP/h 0-100mPA O-lOOOmF/h 8.89 (EUA) SWC 252B 0-lOOnP/h WVh 6,31 x 1(T NOFOTOí (BRASIL) NDG-50F 0-lOOmR/h O-lOOOtnR/h 0-50R/h 7,05 x 10 J GPUETE AIEMWHA) O-ICtaR/h 0-100mR/h 2,78 x 10 J BEERUNE E130G 0-10mR/h 0-100n«/h O-lOOCWR/h 2,94 x 10 J

8 FATOR DE TRANSMISSÃO T O ro tn oi o o cn O o cn OI OI j i ro oi

9 1 1 1 I 1 I 10 m MELINEX -- J * /T^ NUC CHICAGO ~y // >f cr o o. to LU cr ia 1 1. i i PTW /JS /^/ J^f / PI-760 * ^ / / / PANORAMIC '/ / NDG-1000 ' / / m Ó 2 NMR-1000^ m 1 l l í l l l l ENERGIA MEDIA (MeV)