INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR. Cláudio Domienikan

Transcrição

1 INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR Cláudio Domienikan

2 ESPECTRO OBTIDO COM UM SISTEMA DE MEDIDAS TÍPICO Co60

3 ELETRÔNICA NIM (Nuclear Instrumentation Modules) Cabos Coaxiais Pulsos NIM Pré-Amplificadores Amplificadores Analisador Monocanal Módulos Lógicos Contadores e Medidores de Taxa Geradores de Marca de Tempo Conversor Tempo-Amplitude Aquisição de Dados

4 CABOS COAXIAIS Cabos coaxiais são caracterizados pela impedância característica e pela velocidade de propagação. Em física nuclear são utilizados cabos de 50 W e de 93 W. 1. Cabos de 50 W: pulsos rápidos 2. Cabos de 93 W: pulsos lentos (a tendência atual é utilizar-se cabos de 50 ohms para todos os tipos de sinais NIM) 3. Um pulso é rápido se o seu tempo característico de subida ou descida multiplicado pela velocidade de propagação for menor que o comprimento do cabo.

5 ESTRUTURA DO CABO COAXIAL Impedância A: revestimento de plástico B: tela de cobre C: isolador dielétrico interno D: núcleo de cobre Velocidade de Propagação V ~ 0.65c c = km/s (20 cm=1 ns)

6 OSCILOSCÓPIO Instrumento utilizado para visualizar e analisar sinais elétricos.

7 MULTÍMETRO Instrumento utilizado para medir as principais grandezas elétricas: tensão, corrente elétrica e resistência. Lei de Ohm V = R.I

8 INTEGRAÇÃO E DIFERENCIAÇÃO A integração é necessária para coletar toda a carga elétrica produzida no detector pela incidência da radiação (V = Q/C). A diferenciação pode ser utilizada para eliminar a parte lenta do pulso, produzindo um pulso rápido, capaz de caracterizar melhor o instante de chegada da partícula no detector.

9 PULSOS NIM Analógicos: de 0 a 10V Saída de amplificadores, TAC. Podem ser positivos ou negativos (em geral positivos) Lógicos: NIM Lento ou NIM velho: Falso 0V Verdadeiro 5V NIM Rápido ou NIM novo: Falso 0V, Verdadeiro -0.7V

10 BASTIDOR NIM Módulos eletrônicos padrão NIM se alojam em um bastidor (BIN) que fornece as tensões necessárias para o funcionamento dos módulos. Estes bastidores fornecem +/- 12V, +/- 24V e +/- 6V.

11 PRÉ - AMPLIFICADOR O pré-amplificador deve transformar a quantidade de carga coletada pelo detector de radiação em um pulso, cuja altura é proporcional à energia da radiação. PULSO V V = Q C

12 FONTES DE ALTA-TENSÃO As fontes de alta-tensão (H.V.) são utilizadas para alimentar a válvula fotomultiplicadora e, ou, polarizar um detector semicondutor.

13 AMPLIFCADORES PARA ESPECTROSCOPIA São utilizados em circuitos de medição de energia. O sinal do pré-amplificador é transformado em um pulso gaussiano, de altura ajustável entre 0 e 10V. As constantes de tempo de integração e diferenciação denominam-se tempo de conformação (shaping time). Variam entre 0.5 a 10 ms.

14 FORMA DOS PULSOS DE SAÍDA DO AMPLIFICADOR UNIPOLAR BIPOLAR

15 AMPLIFICADORES RÁPIDOS (FAST AMPLIFIER) Amplificadores com pequenas constantes de tempo de diferenciação e integração (de dezenas a algumas centenas de ns) são utilizados para filtrar somente os componentes rápidos dos pulsos produzidos pelos detectores, para serem posteriormente utilizados em circuitos geradores de marca de tempo. (São chamados Timing Filter Amplifiers).

16 DISCRIMINADORES DE FRAÇÃO CONSTANTE (CFD) São módulos utilizados para registrar com precisão o instante da detecção da radiação. Produz um pulso lógico para caracterizar este instante.

17 DISCRIMINADORES DE FRAÇÃO CONSTANTE LÓGICA sinal de entrada A B atenuação e inversão B A t t A atraso soma delay B A B t t saída t

18 ANALISADOR MONOCANAL (SCA) Analisador Monocanal: Módulo com entrada analógica e saída digital. Operação: V2 V1 Modo Normal: Pulso lógico de saída quando na entrada V i estiver com sua altura máxima entre dois valores V 1 e V 2. Modo Integral: Saída lógica quando V i >V 1. V1

19 CONVERSOR TEMPO- AMPLITUDE (TAC) Gera um sinal linear com amplitude proporcional a diferença de tempo de chegada de dois pulsos, start e stop. sinais de entrada tempo start stop sinal de saída amplitude

20 CIRCUITOS LÓGICOS (E, OU) inversor S = A ou (soma) S = A + B e (coincidência) S = A. B

21 MEDIDOR DE TAXA DE RADIAÇÃO São instrumentos utilizados para caracterizar a detecção de radiação e avaliar o nível da mesma do ambiente. Um exemplo muito comum é o contador Geiger, utilizados com o detector Geiger-Müeller.

22 ANALISADOR MULTICANAL (MCA) Instrumento que registra e armazena pulsos lineares de acordo com suas amplitudes. Gera um espectro de amplitudes (eixo x) por número de pulsos (eixo y). O número de diferentes valores de amplitude (canais) é um número binário, por exemplo, Espectro Típico

23 EXEMPLO DE SISTEMA DE MEDIDAS Esquema de um típico espectrômetro gama, utilizado para gerar espectros de energias. computador fonte de alta-tensão pré-amplificador tubo fotomultiplicador NaI(Tl) Cristal detector cintilador amplificador linear analisador multicanal

24 QUEM NÃO GOSTA?

25 ESPECTRO DE RAIOS GAMA Espectro típico de raios gama obtido a partir da irradiação de batatas chips utilizando um espectrômetro gama.

26 FIM Referências para consulta: Roberto Vicençotto Ribas Apostila do Mini Curso de Pós Graduação Instrumentação Nuclear Luiz Tauhata Apostila de Radioproteção e Fundamentos 45&Itemid=64 Contato: Eng. Cláudio Domienikan Centro do Reator de Pesquisas - CRPq [email protected] Fone: