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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2021.tde-14072021-123833
Documento
Autor
Nome completo
Natália Fiorini da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Caldas, Linda Viola Ehlin (Presidente)
Pinto, Teresa Cristina Nathan Outeiro
Pires, Silvio Ricardo
Vivolo, Vitor
Título em português
Desenvolvimento e caracterização de um detector do tipo TH-GEM para metrologia das radiações ionizantes
Palavras-chave em português
detector TH-GEM
feixes padronizados de mamografia
metrologia das radiações
Resumo em português
O campo de detectores gasosos microestruturados representa atualmente um setor de tecnologias em crescimento dinâmico, entre as quais os detectores do tipo TH-GEM (THick Gas Electron Multiplier ) estão em destaque para uso em larga escala e aplicações generalizadas. As variações de detectores neste conceito têm sido utilizadas para dosimetria para diversos tipos de feixes de radiação e na produção de imagens. Com o intuito de contribuir com essa linha de pesquisa, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um protótipo com características adequadas para metrologia das radiações ionizantes de baixas energias (feixes padronizados de mamografia). Este estudo foi pautado em simulações para otimização das condições de detecção e do detector, construção de um protótipo e na sua caracterização experimental. Determinou-se, por simulação de Monte Carlo, a influência de cada componente do detector do tipo TH-GEM na energia depositada no volume sensível, obtendo-se os valores de 0,09% para o invólucro, 0,01% para a placa coletora e 44% para a placa de amplificação. A espessura de 6 mm de alumínio para a blindagem foi obtida para uma eficiência de 99%. A placa de amplificação construída consiste em uma placa de circuito impresso perfurada em um padrão hexagonal, com orifícios de (0,254 ± 0,021) mm de diâmetro e (1,11 ± 0,12) mm de distância entre eles. A placa de amplificação foi submetida à caracterização elétrica onde foram obtidos os valores de (15,3 ± 0,4) GΩ para resistência e de (65,3 ± 1,7) pS para condutância. Para a caracterização experimental o detector do tipo TH-GEM foi preenchido com a mistura de Ar/CH4 na concentração 90/10. Foram obtidos experimentalmente valores para o ganho efetivo de 1,45 ± 0,10, 1,60 ± 0,10, 1,90 ± 0,12 e 2,20 ± 0,10 para as diferenças de potenciais aplicadas à placa de amplificação de 200 V, 300 V, 400 V e 450 V respectivamente. Além disso, foi possível verificar um comportamento linear da resposta do detector com a variação da corrente no tubo de raios X.
Título em inglês
Development and characterization of a TH-GEM based detector for ionizing radiation metrology
Palavras-chave em inglês
radiation metrology
standard mammography beams
TH-GEM detector
Resumo em inglês
The field of microstructured gaseous detectors currently represents a sector of technologies in dynamic growth, among which detectors of the type TH-GEM (THick Gas Electron Multiplier ) are highlighted for use in large scale and generalized applications. The variations of detectors in this concept have been used for dosimetry for different types of radiation beams and in the production of images. To contribute to this research line, the objective of this work was the development of a prototype with adequate characteristics for metrology of low energy ionizing radiation (standardized mammography beams). This study was based on simulations to optimize the conditions of detection of the detector, construction of a prototype, and its experimental characterization. The influence of each component of the TH-GEM detector on the energy deposited in the sensitive volume was determined by Monte Carlo simulation, obtaining the values of 0.09% for the enclosure, 0.01% for the collecting plate, and 44% for the amplification plate. The thickness of 6 mm for the aluminum shield was obtained for an efficiency of 99%. The built-in amplification board consists of a printed circuit board perforated in a hexagonal pattern, with holes of (0.254 ± 0.021) mm in diameter and (0.11 ± 0.12) mm between them. The amplification plate was subjected to electrical characterization where the values of (15.3 ± 0.4) GΩ for resistance and (65.3 ± 1.7) pS for conductance were obtained. For the experimental characterization, the TH-GEM detector was filled with the mixture of Ar/CH4 in the concentration 90/10. Values for the effective gain of 1.45 ± 0.10, 1.60 ± 0.10, 1.90 ± 0.12, and 2.20 ± 0.10 were obtained experimentally for the potential differences applied to the amplification board of 200 V, 300 V, 400 V, and 450 V respectively. Also, it was possible to verify a linear behavior of the detector response with the variation of the current in the X-ray tube.
 
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Data de Publicação
2021-07-16
 
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