This work consists in the assembly, study, and characterization of a large area, position sensitive, and energy dispersive X-ray gaseous detector based on GEMs (Gas Electron Multiplier), optimized to operate in the energy range from 1keV to 30keV. The advantage of using such large detectors is to reconstruct images without the need to scan the sample. These detectors are cost effective when compared to solid state devices, they can reach high gains using multiple multiplication structures and, with a suitable readout electronics, it is possible to work at high counting rates. Moreover, handling these detectors is relatively simple since they can work without flammable or toxic gases and, by making small changes in their assembly, it is possible to detect different types of radiation. The construction of a detector that operates in this energy range is interesting to the scientific community because it may assist research from different areas with position sensitive X-ray fluorescence imaging. Exploiting this technique it is possible to detect the presence of different chemical elements and to obtain their spatial distribution in a sample. Cultural heritage studies can be performed using this technology and also this equipment can be implemented in different fields such as industry, crystallography and nuclear safety and security. In this work, the SAMPA chip was integrated in CERN's Scalable Readout System to collect the signals produced by the detector. Software tools for acquisition control, data acquisition, and the reconstruction of images and spectra were also developed. To test this new system a thin-gap detector for 1-D X-ray imaging and fluorescence, and also on a small Time Projection Chamber for cosmic ray detection were build. Along with the experimental results, a set of simulations were made in order to adapt and optimize this type of detectors, initially developed for high energy physics, to low energy applications such as X-ray imaging and fluorescence.

Este trabalho consiste na construção, estudo e caracterização de um detector gasoso de grande área, sensível à posição e à energia baseado em GEMs (Gas Electron Multiplier), optimizado para operar na faixa de energias entre 1keV e 30keV. Estes detectores de microestruturas apresentam resultados satisfatórios para amostras grandes pois permitem a reconstrução de imagens sem a necessidade de fazer uma varredura no objeto estudado. Além disso, podem alcançar altas taxas de contagens, apresentam baixo custo quando comparados com os detectores de estado sólido e ganhos elevados pois podem ser utilizados em estruturas múltiplas para multiplicação. Ademais, o manuseio e manutenção desses detectores é relativamente simples quando não são utilizados gases inflamáveis ou tóxicos, e acabam sendo versáteis em relação à montagem, podendo detectar diferentes tipos de radiação. A construção de um detector que opera nessa faixa de energia é de interesse da comunidade científica pois pode auxiliar no trabalho de pesquisadores das mais diversas áreas do conhecimento através da técnica de fluorescência de raios-X. Explorando esse fenômeno físico é possível inferir a presença de diversos elementos químicos e obter informações em relação às suas distribuições espaciais. Com isso, estudos aprofundados ligados ao patrimônio histórico e cultural podem ser feitos, além da utilização desse equipamento para aplicações na indústria, cristalografia e para segurança e proteção nuclear. Para leitura dos sinais e obtenção de dados com o detector o chip SAMPA foi integrado no Scalable Readout System e um conjunto de ferramentas para o controle da aquisição, recebimento de dados na rede, monitoramento e reconstrução das imagens e espectros em energia foram desenvolvidos durante o período. Para testar as ferramentas desenvolvidas um detector triplo-GEM foi desenvolvido e utilizado para obtenção de dados em 1-D de imagem e fluorescência de raios-X, assim como uma pequena Câmara de Projeção Temporal capaz de detectar a passagem de raios cósmicos. Junto com os resultados experimentais, um conjunto de simulações computacionais foram feitas de forma a ajudar no projeto, estudo e construção do detector, adequando a sua montagem da melhor maneira à aplicação de imagem de raios-X de baixa energia.