Apresentação do PowerPoint

INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR
Cláudio Domienikan
ESPECTRO OBTIDO COM UM
SISTEMA DE MEDIDAS TÍPICO
Co60
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
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.
ESTRUTURA DO CABO COAXIAL
Impedância
Velocidade de
Propagação
A: revestimento de plástico
B: tela de cobre
C: isolador dielétrico interno
D: núcleo de cobre
V ~ 0.65c
c = 300.000 km/s
(20 cm=1 ns)
OSCILOSCÓPIO
Instrumento utilizado para visualizar e
analisar sinais elétricos.
MULTÍMETRO
Instrumento
utilizado
para medir as principais
grandezas elétricas:
tensão, corrente elétrica
e resistência.
Lei de Ohm
V = R.I
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.
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

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.
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
𝑄
𝑉=
𝐶
FONTES DE ALTA-TENSÃO
As fontes de alta-tensão (H.V.) são
utilizadas para alimentar a válvula
fotomultiplicadora e, ou, polarizar
um detector semicondutor.
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.
FORMA DOS PULSOS DE SAÍDA DO
AMPLIFICADOR
UNIPOLAR
BIPOLAR
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).
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.
DISCRIMINADORES DE FRAÇÃO
CONSTANTE – LÓGICA
A
sinal de entrada
B
t
atenuação e
inversão
B
A
t
A
B
atraso
t
delay
soma
saída
A
B
t
t
ANALISADOR MONOCANAL (SCA)



Analisador
Monocanal:
Módulo com entrada analógica
e saída digital. Operação:
V2
V1
Modo Normal: Pulso lógico de
saída quando na entrada Vi
estiver com sua altura máxima
entre dois valores V1 e V2.
Modo Integral: Saída lógica
quando Vi>V1.
V1
CONVERSOR TEMPOAMPLITUDE (TAC)
Gera um sinal linear com amplitude
proporcional a diferença de tempo de
chegada de dois pulsos, “start” e
“stop”.
start
sinais de
stop
entrada
tempo
sinal de
saída
amplitude
CIRCUITOS LÓGICOS (E, OU)
inversor
S = A’
ou (soma)
S=A+B
e (coincidência)
S=A
.B
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.
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, 1024.
Espectro Típico
EXEMPLO DE SISTEMA DE
MEDIDAS
Esquema de um típico espectrômetro gama,
utilizado para gerar espectros de energias.
computador
fonte de
alta-tensão
tubo
fotomultiplicador
pré-amplificador
amplificador
linear
NaI(Tl)
Cristal
detector
cintilador
analisador
multicanal
QUEM NÃO GOSTA?
ESPECTRO DE RAIOS GAMA
Espectro típico
de raios gama
obtido a partir
da irradiação de
batatas “chips”
utilizando
um
espectrômetro
gama.
FIM
Referências para consulta:

Roberto Vicençotto Ribas
Apostila do Mini Curso de Pós Graduação “Instrumentação Nuclear”
http://www.dfn.if.usp.br/~ribas/download.html

Luiz Tauhata
Apostila de Radioproteção e Fundamentos
http://ird.gov.br/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=
45&Itemid=64
Contato: Eng. Cláudio Domienikan
Centro do Reator de Pesquisas - CRPq
Email: [email protected]
Fone: 3133-9988