Laboratório de Nêutrons

Montagem de um detector cintilador para o
espectrômetro de multiesferas de Bonner do LN –
Laboratório de Nêutrons
Leandro Barbosa da Silveira Gatto e Evaldo Simões da Fonseca
Instituto de Radioproteção e Dosimetria – IRD
INTRODUÇÃO
METODOLOGIA
A medição de espectros de nêutrons é uma
atividade complexa, mas fundamental para
auxiliar na determinação, por exemplo, do
fator de calibração de monitores individuais
para nêutrons, e da função resposta de
monitores de área nesses espectros. Um dos
equipamentos mais usados para esse fim é o
espectrômetro de multi-esferas de Bonner.
Esse equipamento é constituído por esferas
maciças de polietileno de alta densidades com
diferentes diâmetros e de um detector
cintilador de LiI(Eu). Como o LN – Laboratório
de Nêutrons dispunha dos componentes
necessários, foi feito um projeto para montar
2 novos detectores cintiladores, com auxílio
do grupo de engenharia mecânica e eletrônica
do IRD – Instituto de Radioproteção e
Dosimetria. Para a montagem foram
construídos dois invólucros de alumínio um
para cada detector. As dimensões do
invólucro pemitem que o cristal cintilador fique
posicionado no centro de cada uma das
esferas de polietileno. No interior de cada
envólucro foram montados o cristal cintilador
de LiI(Eu), a fotomultiplicadora, o soquete
do divisor de tensão e os conectores de sinal
(tipo BNC) e alta tensão (tipo SHV). Concluída
a montagem foram feitos testes para avaliar
o ponto de operação de cada um dos novos
detectores e sua resposta a um dos espectros
de referência do LN.
No projeto para montagem dos novos
detectores foi feito inicialmente o cálculo e
montagem do divisor de tensão.
No equipamento original a corrente do divisor
de tensão era reduzida, permitindo que o
tempo de uso do equipamento fosse
extendido quando usado com baterias. Como
o LN usa o espectrômetro com uma fonte de
alta tensão externa, foi possível nesse projeto
aumentar a corrente no divisor de tensão de
modo que a aumentar a intensidade dos
pulsos de saída da fotomultiplicadora. Para
reduzir o ruído a fotomultiplicadora foi
polaridade com alta tensão positiva. Na
construção dos 2 detectores foram usadas
fotomultiplicadoras marca: DARIO, tipo: 150
AVP e soquetes de 12 pinos para montagem
do divisor de tensão. Para teste do divisor
de tensão foi usado um cristal cintilador para
fótons (NaI(Tl)). A fotomultiplicadora foi
recoberta com fita preta para evitar entrada
de luz no fotocatodo.
A parte externa do detector na qual estão
montados em seu interior o cristal de LiI(Eu),
o guia de luz, a fotomultiplicadora e o soquete
com o divisor de tensão é de alumínio e foi
fabricada na oficina mecânica do IRD.
A parte externa do detector tem dimensões
críticas pois tem que se encaixar em cada
uma das esferas de polietileno. Quando a
parte externa é encaixada o cristal cintilador
de Li(Eu) deve ficar no centro da esfera de
polietileno. Na parte externa do detector
também são montadas 2 peças onde são
colocados os conectores de alta tensão (tipo:
SHV) e de sinal (tipo BNC).
OBJETIVO
O espectrômetro de Bonner do LN apresentou
problemas em seu detector, devido ao longo
tempo de atividade (mais de 10 anos),
inviabilizando seu uso. Sem esse equipamento
o LN perde sua capacidade de determinar
espectros de nêutrons. Como o LN possuia
os componentes básicos do detector cintilador
(fotomultiplicadora e cristal detector de
LiI(Eu)), foi feito um projeto para construir e
testar 2 novos detectores e retormar o uso
do espectrômetro.
RESULTADOS
Concluída a montagem foram iniciados os
testes de sinal de cada um deles. Foi usado
o espectro de nêutrons de referência
produzido por uma fonte de AmBe de 1,85 x
1011 Bq posicionada a 1 m do centro
geométrico do cristal cintilador. Para o
detector 01 a tensão de operação foi de
+1000 V. Sendo obtidos pulsos de –22 mV na
saída da fotomultiplicadora. Na saída do
amplificador os pulsos são bipolares com
amplitude de 800 mV de pico a pico.
Para o detector 02 a tensão de operação foi
de +900 V. Sendo obtidos pulsos de –35 mV
na saída da fotomultiplicadora. Na saída do
amplificador os pulsos são bipolares com
amplitude de 1 V de pico a pico. A pequena
diferença na amplitude do sinal na saída do
amplificador é decorrente da maior
sensibilidade do cristal de LiI(Eu) apresentada
pelo detector 02. Essa diferança não
compromete os resultados das medições.
CONCLUSÕES
Após os testes com o espectro de nêutrons
de referência ficou demonstrado que os dois
detectores estão funcionando perfeitamente,
permitindo que as medições de espectros de
nêutrons possam ser retomadas pelo LN.
Esses novos detectores fazem parte de um
programa de capacitação técnica e melhoria
da infraestrutura de medição do LN.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] A.V Alevra, H. Farrar IV, E.P. Lippincott,
J.G., Willians, J.G. and D.W. Vehar. “Accurate
neutron fluence measurements using Bonner
spheres”. Reactor Dosimetry ASTM STP 1228,
p. 290-299, Eds. American Society for Testing
and Materials, Philadelphia (1994).
[2] R. M. Lemos Junior. “Medidas de espectros
de referência de nêutrons com o
espectrômetro de multiesferas de Bonner”.
Dissertação de Mestrado. Instituto de
Radioproteção e Dosimetria. Rio de Janeiro.
2004.
APOIO FINANCEIRO AO PROJETO
MCT/PCI