Desenvolvimento de cristal de Csl:TI e plástico cintilador para uso em equipamento nacional de inspeção em tempo real com raios-X

Resumo

O proponente será o responsável pela interação IPEN-Brapenta. Participará na definição dos testes experimentais a serem realizados no projeto. A meta principal do projeto será selecionar e otimizar as condições de formação de imagens projetadas a partir de objetos em movimento em esteira de produção com velocidade de até 150cm/s em processo de inspeção dinâmica por raios X e em tempo real. Para alcançar esta meta serão desenvolvidos e estudados dois tipos de cintiladores (Csl:TI e plástico cintilador contendo solutos PPO e POPOP). A espessura final dos detectores terá de ser definida de modo que a imagem projetada garanta as melhores condições de contrastes e luminosidade a fim de se obter resultados com a melhor resolução espacial. Dentre os desafios desta pesquisa os melhores processos para se alcançar a eficiência de conversão RX →; fótons visíveis e sua coleção em uma câmara CCD constituem tópicos de maior importância. Uma das técnicas analíticas a ser utilizada será o uso do método de Monte Carlo (programa a ser desenvolvido pelo proponente) para estudar o transcorrer das interações da radiação X (efeito fotoelétrico, Compton e Rayleigh) com o detector cintilador. Este estudo fornecerá as primeiras diretrizes para a definição da melhor espessura do filme (ou fatia) do cintilador. Os dados fornecidos pelo método de Monte Carlo servirão como semente de informações para os experimentos que se realizarão para estabelecer as melhores condições de projeto. Tendo em vista que o detector ficará exposto a um fluxo constante de raios X, por longo tempo, torna-se necessário elaborar os experimentos que levam ao conhecimento do efeito de dano da radiação no detector a fim de conhecer uma estimativa do tempo de vida útil do mesmo. Os parâmetros de qualidade dos detectores (Csl:TI e plástico cintilador), a saber: (I) eficiência na emissão de luz medida pela altura de pulso avaliada com osciloscópio de 200MHz), (II) espectro de emissão de luminescência determinado com uma fonte radioativa de -22Na (551keV) em monocromador e (III) análise por difração de raios X constituirão os experimentos conduzidos sob orientação do proponente e servirão de base para a análise de viabilidade da utilização dos detectores cintiladores estudados para sua utilização na nacionalização de um equipamento para análise de inspeção em tempo real com raios X. As metas a serem desenvolvidas para alcançar o objetivo serão: 1) desenvolvimento de um programa computacional baseado no método de Monte Carlo para estudar as interações da radiação com a matéria (efeitos: fotoelétrico, Compton e espalhamento Rayleigh); 2) avaliar, a partir dos dados inferidos do método de Monte Carlo, uma estimativa da melhor espessura do detector; 3) estudar o efeito da concentração de Tálio na matriz cristalográfica de CsI:T1 na eficiência do cristal de Csl:TI como formador de imagem; 4) estudar o efeito da concentração dos solventes PPO e POPOP, na matriz polimérica à base de estireno, na eficiência do cintilador como formador de imagem; 5) projetar e elaborar os experimentos para estudar os parâmetros de qualidade dos detectores em função das concentrações dos constituintes: Tálio, PPO e POPOP. Nestes experimentos serão utilizados um osciloscópio com frequência de pelo menos 200MHz. Desses experimentos espera-se obter as informações das condições que conduzem aos melhores valores de eficiência quântica (conversão raios X em fótons de luz) e do tempo de decaimento da luminescência; 6) análise por ativação neutrônica e por espectrometria de absorção atômica para avaliar eventuais gradientes de concentração de Tálio no cristal de Cs:TI; 7) análise de danos de radiação. Nesse experimento os detectores serão submetidos ao feixe de raios X por várias horas estabelecendo-se a dose de exposição (kilograys). Em seguida aplicar-se-á um modelo matemático do dano (p.ex. diminuição do rendimento de luz, transmitância em função da dose). A partir da definição dos parâmetros da análise dos danos de radiação, o tempo de vida útil dos detectores será estimado. (AU)