DETERMINAÇÃO DE PROBABILIDADES DE EMISSÃO DE RAIOS-X CARACTERÍSTICOS E GAMAS COM DETECTOR DE CdTe Amanda Ribeiro Correia Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Nuclear, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Engenharia Nuclear. Orientadores: Ricardo Tadeu Lopes Akira Iwahara Rio de Janeiro Junho de 2016 DETERMINAÇÃO DE PROBABILIDADES DE EMISSÃO DE RAIOS-X CARACTERÍSTICOS E GAMAS COM DETECTOR DE CdTe Amanda Ribeiro Correia TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA NUCLEAR. Examinada por: ________________________________________________ Prof. Ricardo Tadeu Lopes, D.Sc. ________________________________________________ Dr. Akira Iwahara, D.Sc. ________________________________________________ Prof. Ademir Xavier da Silva, D.Sc. ________________________________________________ Prof. Edgar Francisco Oliveira de Jesus, D.Sc. ________________________________________________ Dr. Carlos José da Silva, D. Sc. _______________________________________________ Drª. Estela Maria de Oliveira Bernardes, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL JUNHO DE 2016 ii Correia, Amanda Ribeiro Determinação de probabilidades de emissão de Raios- X característicos e gamas com detector de CdTe. / Amanda Ribeiro Correia. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2016. XVII, 86 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Ricardo Tadeu Lopes Akira Iwahara Tese (doutorado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Nuclear, 2016. Referências Bibliográficas: p. 79 - 86. 1. Padronização de radionuclídeos. 2. Probabilidade de emissão de fótons. 3.Telureto de Cádmio. I. Lopes, Ricardo Tadeu et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Nuclear. III. Título. iii À minha filha, Valentina Ao meu marido, Artur Aos meus pais, Armando e Cicleia À minha irmã, Monique iv AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, antes de qualquer coisa. Por Ele ter me dado força e paciência nessa jornada múltipla que foi o Doutorado. Muitos foram os momentos de desespero, com filha pequena, tendo que fazer tudo ao mesmo tempo e Ele não me desamparou. Esta tese não chegaria ao fim sem a ajuda de duas pessoas que são fundamentais para mim: meu marido Artur e minha filha Valentina. Agradeço todos os dias por vocês existirem. Artur foi meu braço direito e foi o esquerdo também, ajudou com tudo o que lhe foi possível durante todos esses anos de doutoramento. Obrigada, só, não seria suficiente. Valentina chegou já na metade do doutorado, foi um verdadeiro furacão nas nossas vidas. Mudou completamente o meu jeito de viver e de ser. Mas, hoje não sei como pude existir todo esse tempo sem ela. Cada abraço, cada beijo me deu forças para continuar e chegar até aqui. Mesmo sem entender nada, me ajudou tanto... Cicleia e Armando, meus pais. Aqueles que me deram a vida, que estavam lá nos meus primeiros passinhos, no primeiro dia da escola e no último também. Aqueles que sempre me ensinaram os reais valores da vida, que foram meus primeiros professores e sem dúvida, sem eles, eu também não chegaria até aqui. Vocês são e vão ser para sempre meus pilares, meu porto seguro, as pessoas que sempre me acolherão. Minha irmã, Monique. Obrigada por me apoiar, por se orgulhar de mim, por tudo. Agradeço ao meu orientador Ricardo Tadeu Lopes, por sua generosidade e por toda a ajuda durante todos esses anos. Não poderia deixar de agradecer ao meu orientador externo, Akira Iwahara, por ter sido esta pessoa tão maravilhosa, desde o mestrado. Obrigada por toda a ajuda, todo o ensinamento, todo o companheirismo e principalmente por toda a paciência comigo e com meu trabalho. Obrigada por ter acreditado em mim. v Preciso agradecer, também, ao professor Luiz Tauhata, que me deu a oportunidade de fazer parte desse grupo maravilhoso, que é o SEMRA. Ele me acolheu ainda no mestrado e me ajudou muito com o doutorado. Minha mais sincera gratidão! Agradeço também aos companheiros do IRD, Ronaldo, Poledna, Carlos, Paulo, Anderson, Antônio, Bira, Estela e Míriam, pela ajuda imensa com este trabalho, pelas conversas e risadas. Obrigada também às minhas amigas Eduarda, Tainá e Bárbara que, desde o mestrado, me faziam companhia, me ajudavam e tornaram esta caminhada mais suave. Agradeço a todos os familiares e amigos por entenderem as minhas ausências em muitos momentos, especialmente durante estes últimos meses. vi Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.) DETERMINAÇÃO DE PROBABILIDADES DE EMISSÃO DE RAIOS-X CARACTERÍSTICOS E GAMAS COM DETECTOR DE CdTe Amanda Ribeiro Correia Junho/2016 Orientadores: Ricardo Tadeu Lopes Akira Iwahara Programa: Engenharia Nuclear Este trabalho descreve a padronização das atividades de 177Lu, 153Sm e 123I pelos métodos de coincidência/anticoincidência e CIEMAT/NIST para serem usadas na determinação dos valores das probabilidades de emissão de Raios-X característicos e gamas destes radionuclídeos. Com este objetivo, foi construída uma curva de eficiência em função de energia do detector de CdTe utilizando vários radionuclídeos previamente calibrados por métodos absolutos. Os resultados obtidos foram consistentes, quando comparados com os valores apresentados na literatura. vii Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) DETERMINATION OF EMISSION PROBABILITIES OF CHARACTERISTICS X- AND GAMMA RAYS WITH CdTe DETECTOR Amanda Ribeiro Correia June/2016 Advisors: Ricardo Tadeu Lopes Akira Iwahara Department: Nuclear Engineering This work describes the activities standardization of 177Lu, 153Sm and 123I by coincidence/anticoincidence and CIEMAT/NIST methods which were used in determining the values of emission probabilities of characteristic X-and gamma rays of these radionuclides. To this end, an efficiency curve in function of energy of a CdTe detector using various reference sources, calibrated previously by absolute methods, was determined. The results were consistent when compared to the values reported in the literature. viii Índice Resumo vii Abstract viii 1. Introdução 1 1.1. Objetivos e justificativas 3 2. Revisão Bibliográfica 5 2.1. Padronização do 177Lu 5 2.2. Padronização do 153Sm 6 2.3. Padronização do 123I 7 2.4. Detector de Telureto de Cádmio 8 3. Fundamentos Teóricos 9 3.1. Parâmetros atômicos e nucleares 9 3.1.1. Meia-vida 9 3.1.2. Atividade de uma amostra radioativa 11 3.2. Raios-X característicos 13 3.3. Detectores de radiação 14 3.3.1. Detectores de Telureto de Cádmio 14 3.3.1.1. Eficiência de detecção 17 3.4. Métodos diretos de padronização da grandeza Atividade 18 3.4.1. Contagem em coincidência 4πβ-γ 19 3.4.2. Contagem em anticoincidência 4πβ-γ 21 3.5. Métodos indiretos de padronização da grandeza Atividade 22 ix 3.5.1. Espectrometria gama 22 3.5.2. Método CIEMAT/NIST de cintilação líquida 23 3.6. Curva de eficiência 25 3.7. Probabilidade de emissão de fótons (P , ) 26 x γ 3.8. Radionuclídeos utilizados 27 3.8.1. 177Lu 27 3.8.2. 123I 28 3.8.3. 153Sm 30 4. Metodologia 31 4.1. Métodos de padronização de radionuclídeos 31 4.2. Preparação de fontes 31 4.2.1. Fontes sólidas em PVC 32 4.2.2. Fontes de cintilação líquida 34 4.3. Procedimento experimental 35 4.3.1. Padronização pelo método de coincidência 4πβ(CL)-γ(NaI(Tl)) 35 4.3.2. Padronização pelo método de anticoincidência 4πβ(CL)-γ(NaI(Tl)) 37 4.3.3. Padronização pelo método de cintilação líquida CIEMAT/NIST 38 4.3.4. Espectrometria gama com Telureto de Cádmio 39 4.3.4.1. O detector de Telureto de Cádmio 39 4.3.4.2. O uso do Rise Time Discriminator (RTD) 42 4.3.4.3. Pico escape 44 4.3.4.4. Curva de eficiência em função da energia 46 4.3.4.5. O software COLEGRAM 47 x