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Publicação
Estudo comparativo de detectores de HPGe, NaI(TI), CdZnTe para aplicações em segurança e para resposta a ameaças nucleares e radiológicas
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Após ataques terroristas recentes, aumentou a preocupação internacional sobre as ameaças de índole nuclear e radiológica (NR), associadas ao tráfico ilícito não apenas de materiais nucleares e à sua possível aplicação em engenhos nucleares improvisados, mas também de outros materiais radioactivos (utilizados em aplicações na indústria, medicina e investigação) de possível aplicação em dispositivos de dispersão radiológica. Neste contexto, vários instrumentos, tratados e convenções e planos de acção internacionais foram estabelecidos e assinados na última década para reforçar a segurança e controlo de materiais nucleares e de matérias radioactivas. O presente trabalho teve como principais objectivos analisar as características dos detectores de Germânio Hiper-Puro (HPGe), de Telureto de Cádmio e Zinco (CdZnTe) e de Iodeto de Sódio activado com Tálio (NaI(Tl)) para a detecção, identificação e quantificação de radionuclídeos em cenários de ameaças NR e formular, baseado na caracterização dosimétrica da exposição dos membros das equipas de intervenção, recomendações operacionais relevantes para a resposta em situações decorrentes de ameaças ou de emergências NR. Para alcançar estes objectivos foi utilizado o programa de simulação por métodos Monte Carlo MCNP, representativo do estado da arte computacional na simulação do transporte de radiação, para o cálculo das eficiências dos detectores e para a estimativa, utilizando um fantoma de voxel, de débitos de doses de radiações ionizantes a que estão expostos os membros das equipes de intervenção. Os resultados obtidos através das simulações Monte Carlo sugerem que os detectores CdZnTe apresentam um decréscimo acentuado da eficiência de fotopico acima dos 200 keV, o que os tornam adequados à identificação de radionuclídeos em campos de radiação de baixa energia. A excelente resolução em energia dos detectores HPGe torna-os na escolha ideal para a identificação de radionuclídeos em espectros complexos, apesar de exibirem eficiências de detecção inferiores às dos detectores NaI(Tl)).
After recent terrorista attacks, an increased international concern has emerged about the radiological and nuclear (RN) threats associated with the illicit trafficking not only of nuclear materials due to their possible application in improvised nuclear devices, but also of other radioactive materials (used in industry , medicine and research applications) of possible applications in radiological dispersal devices (RDDs). In this context, various instruments, treaties and conventions and international action plans have been established and signed in the last decade with the objective to enhance security and control of nuclear materials and radioactive materials. This work had as main objective the analysis of the characteristics of Hyper-Pure Germanium (HPGe), of Cadmium and Zinc Telluride (CdZnTe) and Sodium Iodide activated with Thallium (NaI(Tl)) detectors for the indentification and quantification of radionuclides in RN threat scenarios and to formulate, based on the dosimetric characterization of the exposure of the intervention teams and of first responders, operational recommendations relevant to management of RN threats and emergencies. To achieve these goals, we used the Monte Carlo simulation code MCNP, representing the state of the art in Monte Carlo simulation of radiation transport, for the calculation of detector’s efficiencies and to assess, using a voxel phantom, the dose rates of ionizing radiation to which the members of the intervention teams are exposed. The results obtained from the Monte Carlo simulations suggest that the CdZnTe detectors have a sharp decrease in the photopeak efficiency above 200 keV, which makes them suitable for the detection and indentification in low-energy radiation fields. Despite their lower detection efficiencies compared to those of NaI(Tl) detectors, the excellent energy resolution of HPGe detectors makes them the ideal choice for the identification of radionuclides in complex spectra.
After recent terrorista attacks, an increased international concern has emerged about the radiological and nuclear (RN) threats associated with the illicit trafficking not only of nuclear materials due to their possible application in improvised nuclear devices, but also of other radioactive materials (used in industry , medicine and research applications) of possible applications in radiological dispersal devices (RDDs). In this context, various instruments, treaties and conventions and international action plans have been established and signed in the last decade with the objective to enhance security and control of nuclear materials and radioactive materials. This work had as main objective the analysis of the characteristics of Hyper-Pure Germanium (HPGe), of Cadmium and Zinc Telluride (CdZnTe) and Sodium Iodide activated with Thallium (NaI(Tl)) detectors for the indentification and quantification of radionuclides in RN threat scenarios and to formulate, based on the dosimetric characterization of the exposure of the intervention teams and of first responders, operational recommendations relevant to management of RN threats and emergencies. To achieve these goals, we used the Monte Carlo simulation code MCNP, representing the state of the art in Monte Carlo simulation of radiation transport, for the calculation of detector’s efficiencies and to assess, using a voxel phantom, the dose rates of ionizing radiation to which the members of the intervention teams are exposed. The results obtained from the Monte Carlo simulations suggest that the CdZnTe detectors have a sharp decrease in the photopeak efficiency above 200 keV, which makes them suitable for the detection and indentification in low-energy radiation fields. Despite their lower detection efficiencies compared to those of NaI(Tl) detectors, the excellent energy resolution of HPGe detectors makes them the ideal choice for the identification of radionuclides in complex spectra.
Descrição
Tese de mestrado em Engenharia Física, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2011
Palavras-chave
Dispositivo de dispersão radiológica Terrorismo nuclear Tráfico ilícito Ameaças nucleares e radiológicas Espectrometria gama Simulações Monte Carlo MCNP Teses de mestrado - 2011