PT104417B - Contador gasoso de cintilação proporcional de alta pressão com grelhas múltiplas para a detecção de radiação ionizante - Google Patents
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Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM CONTADOR GASOSO DE CINTILAÇÃO PROPORCIONAL DE ALTA PRESSÃO COM GRELHAS MÚLTIPLAS PARA RADIAÇÃO IONIZANTE COMO RAIOS X, RAIOS GAMA, ELECTRÕES E OUTROS LEPTÕES CARREGADOS, PARTÍCULAS ALFA E OUTRAS PARTÍCULAS CARREGADAS, ASSIM COMO NEUTRÕES, DANDO INFORMAÇÃO SOBRE A ENERGIA DISSIPADA NO GÁS E O INSTANTE EM QUE OCORREU A DETECÇÃO, ATRAVÉS DE UM IMPULSO ELECTRÓNICO CUJA AMPLITUDE É APROXIMADAMENTE PROPORCIONAL A ESTA ENERGIA. É ESSENCIALMENTE CARACTERIZADO POR: - TER PAREDES EXTERIORES (1) METÁLICAS AO POTENCIAL DA TERRA; - SER CHEIO À PRESSÃO DE 1 A 100 ATMOSFERAS COM UM GÁS NOBRE PURO E/OU CONTINUAMENTE PURIFICADO OU EM MISTURA; - COMPREENDER: UM FOTOCÁTODO DE CSI REFLECTIVO; E QUATRO GRELHAS METÁLICAS: G1 (2), G2 (3), G3 (4) E G4 (5) FEITAS DE UMA MALHA FINA COM TRANSMISSÃO ÓPTICA ELEVADA, NÃO INFERIOR A 70 %, DEFININDO-SE 5 REGIÕES DELIMITADAS PELAS QUATRO GRELHAS (2, 3, 4, 5), PELA JANELA DE ENTRADA DE RADIAÇÃO (6) E PELO FOTOCÁTODO (7); TER AS TENSÕES APLICADAS ÀS DIVERSAS GRELHAS ATRAVÉS DOS PASSADORES (9), AS QUAIS PRODUZEM CAMPOS ELÉCTRICOS QUE NÃO VARIAM COM O TEMPO NAS DIVERSAS REGIÕES DO DETECTOR.
Description
CONTADOR GASOSO DE CINTILAÇÃO PROPORCIONAL DE ALTA PRESSÃO COM GRELHAS MÚLTIPLAS PARA A DETECÇÃO DE RADIAÇÃO IONIZANTE
Âmbito da invenção
Os detectores de radiação operando à temperatura ambiente e baseados em xénon puro a alta pressão ou xénon com gases moleculares adicionados (e.g. CF4, CH4, N2) (High Pressure Xenon - HPXe) (Aprile2006) têm sido objecto de recentes trabalhos de investigação intensivos devido ao seu potencial para grandes volumes, relativa insensibilidade às variações de temperatura, boa resolução em energia (2-4 % para radiação gama de 662 keV) (Austin2007) e custo relativamente baixo.
Este desempenho coloca-os algures entre detectores de semicondutores que funcionam à temperatura ambiente e contadores com cintiladores inorgânicos (Knoll2000) . Os campos de aplicação destes detectores HPXe variam desde segurança interna de paises (detecção de transporte acidental ou criminal de materiais radioactivos (IEEE2006), instrumentação para furos de sondagens em prospecção geológica, análise por fluorescência de raios X, experiências de fisica pura:
detecção do decaimento beta duplo do Xe-136 com e sem emissão de neutrinos (HPXe TPC em (Nygren2009)), estudos de polarimetria de radiação gama ou X de alta energia bem como detecção de neutrões.
Existe um nicho no mercado para detectores de radiação gama de grande área, alta eficiência, boa resolução em energia e operando à temperatura ambiente com um desempenho superior ao dos habituais contadores de cintilação de Nal(Ti) (IEEE2006) e com custo muito menor do que os detectores de semicondutor, para aplicações em portais de radiação para serem utilizados em pontos sensíveis tais como aeroportos, fronteiras terrestres, portos, auto-estradas edifícios de acesso publico. Os detectores HPXe podem ir de encontro a estas necessidades.
Os detectores HPXe existentes e descritos na literatura são de um de três tipos:
i) câmaras de ionização (Bolotnikov2004), ii) contadores proporcionais de ionização (Rachinhasl996), iii) contadores de cintilação proporcional (Bolozdynya2004).
Enquanto as câmaras de ionização oferecem a melhor resolução em energia (Austin2007), são muito sensíveis aos ruídos microfónicos que degradam a resolução em energia em trabalhos de campo. Por outro lado, contadores proporcionais de ionização não são muito estáveis a altas pressões devido ao crescimento exponencial do ganho (Rachinhasl996), e os contadores de cintilação proporcional, embora sejam à prova de vibração, não são robustos dado que utilizam janelas ópticas, fotomultiplicadores ou microfitas cobertas com Csl (Conde2004).
Os detectores de radiação, baseados em gases nobres, têm sido objecto, desde há mais de quatro décadas, de trabalhos de investigação intensivos por alguns grupos da Universidade de Coimbra, nomeadamente na área dos contadores gasosos de cintilação proporcional (Gas Proportional Scintilation Counter - GPSC) para raios X (para um recente trabalho de revisão consultar (Conde2004)). Contudo, poucos trabalhos de investigação têm sido desenvolvidos na área dos detectores HPXe para radiação gama e X de alta energia.
Uma característica importante da cintilação proporcional dos gases raros e das suas misturas com pequenas quantidades de gases moleculares reside no facto de poder ser produzida sem multiplicação de carga (Condel977) desde um limiar a cerca de 1 V/(cm.Torr) até cerca de 5 ou 6 V/ (cm.Torr) dando origem a um numero elevado de fotões de cintilação secundária, tipicamente 500 por electrão de ionização primária. Devido ao facto das flutuações estatísticas no número de fotões de cintilação secundária serem pequenas, a resolução em energia é próxima do limite dado pelo factor de Fano.
Sumário da invenção
A presente invenção, que aqui divulgamos, consiste num Detector (ou Contador) Gasoso de Cintilação Proporcional de Alta Pressão com Grelhas Múltiplas (Multigrid High Pressure Gas Proportional Scintillation Detector (or Counter) - MGHP-GPSC) para radiação ionizante como raios X, raios gama, electrões e outros leptões carregados, partículas alfa e outras partículas carregadas, assim como neutrões, que dá informação sobre a energia dissipada no gás e o instante em que ocorreu a detecção, através de um impulso electrónico cuja amplitude é
| aproximadamente | proporcional | a esta energia. | |
| Este | detector | tem a | grande vantagem, |
| relativamente | às habituais | câmaras | de ionização com |
| enchimento com | gases a alta | pressão | (Austin2007), de ser |
capaz de fornecer impulsos cujas amplitudes são pelo menos uma ordem de grandeza superior aos fornecidos pelas câmaras de ionização, sem nenhuma ou quase nenhuma multiplicação de carga (os contadores de ionização proporcional também fornecem impulsos de grande amplitude, mas através da multiplicação de carga). Este detector tem também a grande vantagem, relativamente aos habituais contadores gasosos de cintilação proporcional de alta pressão, de não necessitar complexos fotomultiplicadores ou de outros fotosensores, nem de janelas ópticas. Este detector tem ainda a vantagem de poder ter as paredes externas ao potencial da terra.
Breve descrição das figuras
A figura 1 representa um contador Gasoso de Cintilação Proporcional de Alta Pressão com Grelhas Múltiplas;
A figura 2 representa uma vista do interior do presente Contador Gasoso de Cintilação Proporcional de Alta Pressão com Grelhas Múltiplas;
Descrição detalhada da invenção
Os princípios da invenção são descritos de uma forma clara com referência à implementação preferida, representada esquematicamente nas Figuras 1 e 2 para o caso da detecção de radiação gama.
detector (Figura 1 e 2) tem paredes exteriores metálicas (1) e quatro grelhas paralelas no seu interior: G1 (2), G2 (3), G3 (4) e G4 (5) feitas de uma malha fina com uma elevada transmissão óptica (70-90 %) . As grelhas (2,3,4,5) são circulares, montadas numa moldura metálica circular. As molduras com as grelhas são suportadas por barras isoladoras (8) (Figura 2) de modo a colocá-las nas posições adequadas para obter os campos eléctricos apropriados nas diversas regiões do detector. As tensões eléctricas são aplicadas do exterior do detector às grelhas através de passadores de alta tensão (9) (Figura 2) . O detector é cheio à pressão de 1 a 20 atmosferas com xénon puro ou continuamente purificado. Com paredes mais espessas, pressões até 100 atmosferas, ou superiores, podem ser utilizadas desde que sejam aplicadas tensões superiores às grelhas. As referidas grelhas G1 (2), G2 (3), G3 (4) e G4 (5) são de fios de cerca de 80 micrómetros em diâmetro com um passo de, aproximadamente, um fio por mm e são circulares com cerca de 10 cm de diâmetro, montadas numa moldura também circular de aço inoxidável com 2 milímetros de espessura.
A absorção da radiação ionizante ou partículas a detectar em xénon ocorre principalmente na região entre a janela de entrada (6) e a grelha G1 (2), denominada por região de deriva, com comprimento adequado para absorver a radiação. Nesta região é originada uma nuvem de electrões primários (cerca de 30000 electrões para um fotão gama de 662 keV) . O campo eléctrico reduzido nesta região deve ser inferior ao limiar para a produção de cintilação secundária (1 V/(cm Torr) para xénon puro).
Os electrões primários derivam em direcção à região entre as grelhas G1 (2) e G2 (3) (região de cintilação secundária) onde, sob a influência de um campo eléctrico superior ao limiar de cintilação secundária, mas não superior ao limiar de ionização (5 a 6 V/(cm Torr)), eles produzem um número elevado de fotões de cintilação secundária na região do ultravioleta de vazio (Vacuum UltraViolet - VUV): cerca de 2000 fotões por electrão primário derivando através de uma diferença de potencial de kV aplicada entre as grelhas G1 (2) e G2 (3) em xénon (dos Santosl994).
Num GPSC convencional estes fotões seriam detectados por um fotomultiplicador ou uma placa de microfitas coberta com Csl o que tem como inconveniente o facto de estes fotosensores não serem suficientemente robustos para aplicações de campo.
| A ideia | inovadora | consiste em | deixar que | os | |
| fotões VUV de cintilação | atravessem | uma | região | de | |
| transmissão óptica | delimitada pelas grelhas | G2 (3) e | G3 | ||
| (4) e em seguida | atravessem | uma região | de | barreira | de |
campo eléctrico delimitada pelas grelhas G3 (4) e G4 (5), antes de atingirem um fotocátodo reflectivo de Csl (7) . O campo eléctrico na região de transmissão óptica não permite que os electrões primários a atravessem. Os fotões VUV de cintilação também atravessam a região de recolha de fotoelectrões delimitada pela grelha G4 (5) e o fotocátodo reflectivo (7). Nesta região de recolha de fotoelectrões, o campo eléctrico tem uma intensidade inferior ao limiar de cintilação secundária, pelo que não origina a produção de cintilação secundária (evitando assim realimentação óptica positiva, mas garante extracção de fotoelectrões com uma eficiência que pode atingir cerca de 5 % por fotão VUV incidente (Dias2004) . Admitindo que devido a efeitos de perda por ângulo sólido e transmissão das grelhas, apenas uma fracção de pelo menos 10 % dos fotões VUV contribui para o número de fotoelectrões emitidos pelo fotocátodo de
Csl (7) (com tipicamente 500 nanometros de espessura e evaporado em vácuo), este número de fotoelectrões será de pelo menos 10 por electrão primário. Estes fotoelectrões são recolhidos em G4 (5) , devido à barreira de campo eléctrico estabelecido pelas tensões de G3 (4) e G4 (5) (a tensão de G3 (4) é inferior à tensão de G4 (5)). O sinal de carga em G4 (5) é então amplificado por estágios de amplificação electrónica e produz um impulso cuja amplitude é mensurável e aproximadamente proporcional à energia dissipada no gás, na região de deriva.
Concluindo, como se espera recolher em G4 (5) pelo menos 10 fotoelectrões por cada electrão primário, o sinal de carga obtido com esta versão de GPSC será pelo menos 10 vezes maior, e portanto muito menos sensível ao ruído, do gue o sinal proveniente de uma habitual câmara de ionização HPXe. Contudo, trabalhando a pressões de 40 atm de xénon, com um campo eléctrico reduzido de 5 V/(cm Torr) numa região de cintilação secundária de 1 cm de comprimento e com ângulos sólidos subentendidos pelo fotocátodo (7) de 30 %, poderão ser atingidos ganhos perto de 200 fotoelectrões recolhidos em G4 (5) por electrão primário. Devido ao facto de não haver praticamente multiplicação de carga, as instabilidades assim como as flutuações no sinal resultante dessa multiplicação e observadas nos contadores proporcionais de ionização são evitadas (Rachinhasl996). Além disso, não é necessária nenhuma janela óptica, pelo gue o detector é robusto e pode ser fabricado com grandes áreas e volumes.
Devido ao esperado aumento da relação sinal-ruido, prevemos obter resoluções em energia com este MGHP-GPSC mais próximas do limite intrínseco de 0.5 % do que o valor de 2 % divulgado por (Austin2007) para 662 keV em Xe utilizando uma câmara de ionização (resolução em energia intrínseca: R=2.35 λ/Fw/E assumindo um factor de
Fano F=0.17 e w=2/2 eV (do Carmo2008)).
Muito recentemente, foi projectado e construído pelos inventores no nosso laboratório um protótipo de um
MGHP-GPSC (publicado em (Borges2009)) o qual foi testado com partículas alfa. Os resultados preliminares obtidos concordam com os esperados em relação à variação da amplitude dos impulsos com os campos eléctricos nas diferentes regiões do detector.
Um ganho de fotoelectrões por electrão primário já foi atingido com o protótipo desenvolvido pelos inventores
O enchimento do contador pode ser realizado com outros gases a alta pressão ou misturas de gases nobres em várias proporções, ou misturas de gases nobres ou suas misturas com gases moleculares tais como N2, H2, CH4 ou CF4 em proporções que não reduzam a produção de cintilação secundária, ou que mesmo reduzindo, permitem obter impulsos electrónicos superiores aos obtidos numa câmara de ionização cheia com os mesmos gases ou com misturas gasosas com He-4 para detecção de neutrões rápidos ou com He-4 e/ou He-3 para a detecção de neutrões rápidos ou lentos.
- 10 Do mesmo modo poderão ser utilizados outros fotocátodos reflectivos (7) como Kl, KBr ou outros com funções de trabalho para a extracção de electrões mais baixas que a energia dos fotões de cintilação secundária, assim como uma eficiência quântica em vácuo, não muito inferior a 1 %, para os fotões de cintilação secundária dos gases ou misturas utilizados.
Os referidos fotocátodos (7) podem também ser segmentados de tal forma que recolhendo sinais de saída em cada um dos fotocátodos segmentados, em vez de na grelha G4 (5) , e utilizando técnicas do tipo câmara de Anger, se obtenha informação sobre a posição bi-dimensional do traço da radiação, podendo a região de barreira de campo eléctrico, e portanto a grelha G3 (4), ser eliminada. Cada segmento de fotocátodo é hexagonal, quadrado, rectangular ou circular, com tamanhos da ordem de grandeza da distância entre a grelha G2 (3) e o fotocátodo (7), sendo estes segmentos de fotocátodo (7) dispostos perto uns dos outros, de modo a cobrir substancialmente a base do detector, possuindo cada segmento de fotocátodo (7) o seu próprio canal de processamento dos impulsos electrónicos.
Desde que o contador possua uma janela de entrada de radiação (6) electricamente isolada do resto do corpo do detector e polarizada a uma alta tensão negativa, é possível eliminar a região de transmissão óptica e portanto a grelha G3 (4) polarizando a grelha G1 (2) com uma alta tensão negativa e inferior, em módulo, à tensão da janela (6), mantendo campos eléctricos adequados nas outras regiões, i.e. inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando para a janela de radiação (6) na região de deriva, superior ao limiar de cintilação secundária mas inferior ao limiar de ionização e apontando para a grelha G1 (2) na região de cintilação secundária, inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando para a grelha G2 (3) na região de barreira de campo eléctrico, e inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando para o fotocátodo (7) na região de recolha de fotoelectrões, o que implica que a tensão em G2 (3) seja inferior à tensão aplicada em G4 (5) de modo a que os fotoelectrões continuam a ser recolhidos em G4 (5).
Para o caso em que o sinal é recolhido na grelha G2 (3) ou no fotocátodo (7), único ou segmentado, ambas as grelhas G3 (4) e G4 (5) podem ser eliminadas desde que o campo eléctrico entre o(s) fotocátodo(s) (7) e a grelha G2 (3) seja inferior ao limiar de cintilação secundária apontando para o fotocátodo e que o factor de tremor da tensão aplicada à grelha G2 (3) seja suficientemente baixo do modo a não interferir com o sinal do fotocátodo.
A(s) placa(s) que suportam o fotocátodo (7) ou os fotocátodos segmentados podem ser separadas da parede externa inferior do detector, de tal modo que a deformação da mesma parede devida à alta pressão do gás não afecte o paralelismo entre as grelhas (2, 3, 4 e 5) e o fotocátodo (7), ou fotocátodos segmentados, e portanto a uniformidade do campo eléctrico na região de recolha dos fotoelectrões.
Devido à dimensão finita do fotocátodo (7) que emite os fotoelectrões resultantes da cintilação secundária produzida entre as grelhas G1 (2) e G2 (3), a amplitude do sinal de saída recolhido em G4 (5) decresce radialmente, devido a efeitos de ângulo sólido, com a coordenada radial do ponto em que é absorvida a radiação. Desta variação de amplitude resulta uma degradação da resolução em energia. Tal variação de amplitude pode ser compensada de duas maneiras conforme explicado em anterior patente (Condel996):
i) aumentando radialmente a intensidade da cintilação secundária produzida entre G1 (2) e G2 (3), i.e.
o número de fotões produzidos, utilizando uma grelha G1 (2) curva e/ou uma grelha G2 (3) curva, de modo a reduzir radialmente a distancia entre os pontos de G1 (2) e G2 (3) e assim aumentar radialmente o campo eléctrico entre as grelhas G1 (2) e G2 (3), ii) aumentando radialmente a eficiência de detecção dos fotões secundários incidentes no fotocátodo (7) de modo a manter constante o número de fotoelectrões emitidos pelo fotocátodo (7), utilizando quer máscaras quer fotocátodos (7) de eficiência radial crescente. Os fotocátodos com eficiência radial crescente podem ser produzidos a partir de um grande número de fotocátodos pontuais, digamos com 1 mm de diâmetro cada ponto,com uma densidade de pontos radialmente crescente, de modo a
- 13 compensar a diminuição radial da quantidade de cintilação VUV secundária (produzida entre as grelhas G1 (2) e G2 (3)) que chega ao fotocátodo, devido a efeitos de ângulo sólido. Uma tal variação de densidade de pontos de fotocátodo, pode ser produzida cobrindo o plano do fotocátodo, durante a evaporação do Csl, com uma máscara com orifícios nos lugares onde devem ficar os pontos de fotocátodo.
Referências
Aprile2006 - Noble Gas Detectors E. Aprile, A.E. Bolotnikov, A.I. Bolozdynya and T. Doke, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim (2006).
- Austin2007 - High-pressure xenon detector development at Constellation Technology Corporation R.A. Austin, Nucl. Instrum. Meth. A 579 (2007) 58-61.
Bolotnikov2004 - Dual-Anode High-Pressure Xenon Cylindrical Ionization Chamber A. Bolotnikov, A. Bolozdynya, R. DeVito, J. Richards, IEEE Trans. Nucl. Sei. 51 (2004) 1262-1269
Bolozdynya2004 - Vibration-proof High-pressure Xenon Electroluminescence Detector A. Bolozdynya and R. De Vito 2003 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record Vol.1-5 (2004) 648-650 and Vibration-proof High-pressure Xenon Electroluminescence Detector A. Bolozdynya and R. DeVito, IEEE Trans. Nucl. Sei. 51-3 (2004)931-933.
Borges2009 - A new technique for gaseous gamma ray detectors: the multigrid high pressure xenon gas
- 14 proportional scintillation counter, Conference Record of the IEEE NSS-MIC2009 (2009) 713-716.
- Condel977 - Secondary scintillation output of xenon in a uniform-field gas proportional scintillation counter C.A.N. Conde, L.R. Ferreira and M.F.A. Ferreira, IEEE Trans. Nucl. Sei. 24 (1977) 221-224.
- Condel996 - Gas proportional scintillation counter for ionizing radiation with médium and large size radiation windows and/or detection volumes, C.A.N. Conde, J.M.F. dos Santos and A.C.S.S.M. Bento, U.S. Patent 5517030, May 14, 1996.
- Conde2004 - Gas Proportional Scintillation Counters for X-ray Spectrometry C.A.N. Conde, Chapter 4.2 in the book X-Ray Spectrometry: Recent Technological Advances edited by K. Tsuji, J. Injuk and R. Van Grieken (2004) John Wiley & Sons, 195-215.
- Dias2004 - The transmission of photoelectrons emitted from Csl photocathodes into Xe, Ar, Ne and their mixtures: a Monte Cario study of the dependence on E/N and incident VUV photon energy T.H.V.T. Dias, P.J.B.M. Rachinhas, J.A.M. Lopes, F.P. Santos, L.M.N. Távora, C.A.N. Conde and A.D. Stauffer, J. Phys. D: Appl. Phys. 37 (2004) 540-549.
- DoCarmo2008 - Experimental study of the w-values and Fano factors of gaseous xenon and Ar-Xe mixtures for Xrays S.J.C. do Carmo, F.I.G.M. Borges, F.L.R. Vinagre, and C.A.N. Conde, IEEE Trans. Nucl. Sei. 55 (2008) 2637-2642.
dos Santosl994 - The Performance of a Compact Gas Proportional Scintillation Counter for Hard X-rays Spectrometry J.M.F. dos Santos, J.F.C.A. Veloso, R.E.
- 15 Morgado and C.A.N. Conde, Nucl. Instrum. Meth. A 353 (1994)
195-200.
- IEEE2006 - IEEE/ANSI N42 Radiation Detection™ standards program.
- Knoll2000 - Radiation Detection and Measurement, G.F. Knoll, John Wiley & Sons, New York (2000), 3d. Edition.
- Nygren2009 - High-pressure Xenon Gas Electroluminescent TPC for 0-neutrino beta beta-decay Search D.R. Nygren, Nucl.Instrum. Meth. A603 (2009) 337-348.
- Rachinhasl996 - Energy resolution of xenon proportional counters: Monte Cario simulation and experimental results P.J.B.M. Rachinhas, T.H.V.T. Dias, A.D. Stauffer, F.P. Santos and C.A.N. Conde, IEEE Trans. Nucl. Sei. 43-4 (1996)
2399-2405.
Lisboa, 20 de Abril de 2010
Claims (7)
1. Contador gasoso de cintilação proporcional de alta pressão com grelhas múltiplas para detecção de radiação ionizante como raios X, raios gama, electrões e outros leptões carregados, partículas alfa e outras partículas carregadas, ou neutrões, dando informação sobre a energia dissipada no gás e o instante em que ocorreu a detecção, através de um impulso electrónico cuja amplitude é aproximadamente proporcional a esta energia e fornecendo impulsos cujas amplitudes são superiores, por um factor de 2 a 200, aos fornecidos pelas câmaras de ionização, sem nenhuma ou quase nenhuma multiplicação de carga que:
é cheio de conteúdo gasoso, à pressão de 1 a 100 atmosferas com, pelo menos, um gás nobre;
compreende pelo menos um fotocátodo reflectivo (7);
tem as tensões aplicadas às diversas grelhas através dos passadores (9), as quais produzem campos eléctricos que não variam com o tempo nas diversas regiões do detector;
dá origem a um impulso electrónico à saida do contador, proporcional ao número médio de fotoelectrões emitidos pela área activa do fotocátodo directamente em contacto com o conteúdo gasoso de enchimento;
caracterizado por:
transmissão óptica elevada, não inferior a 70 %;
-2definir, pelo menos, três regiões, as delimitadas pelas grelhas G1 (2) e G2 (3), que são:
• a região de deriva, delimitada pela janela de entrada da radiação (6) e pela grelha G1 (2);
• a região de cintilação secundária, delimitada pelas grelhas G1 (2) G2 (3);
• e a região delimitada pela grelha G2 (3) e pelo fotocátodo (7) ;
ter, pelo menos, os seguintes campos eléctricos reduzidos aplicados nas diversas regiões, quando o detector está cheio com gás:
• inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando à janela (6), na região de deriva;
• superior ao limiar de cintilação secundária mas inferior ao limiar de ionização e apontando para a grelha G1 (2), na região de cintilação secundária;
• e inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando no sentido do fotocátodo (7) na região delimitada pela grelha G2 (3) e pelo fotocátodo (7).
2. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:
a recolha de fotoelectrões ser feita na grelha G2 (3);
a região delimitada pela dita grelha G2 (3) e pelo fotocátodo (7) ser a região de recolha de fotoelectrões;
o campo eléctrico entre o fotocátodo (7) e a grelha G2 (3) ser inferior ao limiar de cintilação secundária apontar para o próprio fotocátodo;
-3o factor de tremor da tensão aplicada à grelha G2 (3) ser suficientemente baixo do modo a não interferir com o sinal recolhido.
3. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: compreender, adicionalmente, uma outra grelha, G4 (5) , feita de uma malha metálica fina com transmissão óptica elevada, não inferior a 70 % e posicionada entre a grelha G2 (3) e o fotocátodo (7);
a recolha de fotoelectrões ser feita na dita grelha G4 (5);
a região delimitada pela grelha G4 (5) e pelo fotocátodo (7) ser a região de recolha de fotoeletrões;
a janela de entrada de radiação (6) estar electricamente isolada do resto do corpo do detector e polarizada a uma alta tensão negativa;
a grelha G1 (2) estar polarizada com uma alta tensão negativa e inferior, em módulo, à tensão da janela (6),
inferior ao limiar de ionização e apontando para a grelha G1 (2), na região de cintilação secundária;
• inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando para a grelha G2 (3) na região delimitada por esta grelha e pela grelha G4 (5), região esta de barreira de campo eléctrico;
4. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: compreender, adicionalmente, duas outras grelhas, a grelha G3 (4) e a grelha G4 (5), feitas de uma malha metálica fina com transmissão óptica elevada, não inferior a 70 %, posicionadas entre a grelha G2 (3) e o fotocátodo (7), estando a grelha G3 (4) posicionada entre a grelha G2 (3) e a grelha G4 (5) ;
estarem definidas, adicionalmente, duas outras regiões, que são:
a região de transmissão óptica, delimitada pelas grelhas G2 (3) e G3 (4);
• a região de barreira de campo eléctrico, delimitada pelas grelhas G3 (4) e G4 (5);
• e a região de recolha dos fotoelectrões, delimitada pela grelha G4 (5) e pelo fotocátodo (7);
ter, adicionalmente, os seguintes campos eléctricos reduzidos aplicados nas regiões adicionais, guando o detector está cheio com gás: • inferior ao limiar de cintilação secundária nas regiões de barreira de campo eléctrico e de transmissão óptica, com ambos os campos eléctricos a apontar para a grelha G3 (4);
5. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as referidas grelhas serem de fios de cerca de 80 micrómetros em diâmetro com um passo de, aproximadamente, um fio por mm, e com uma transmissão óptica entre 70 e 90 %.
-5• e inferior ao limiar de cintilação secundária e apontando para o fotocátodo (7) na região de recolha dos fotoelectrões, sendo a tensão em G3 (4) inferior à tensão aplicada em G4 (5) de modo a que os fotoelectrões sejam recolhidos em G4 (5).
6. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as referidas grelhas serem circulares com cerca de 10 cm de diâmetro, montadas numa moldura circular de aço inoxidável com 2 mm de espessura, sendo as molduras com as grelhas suportadas por barras isoladoras.
7. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido gás nobre ser xénon, puro ou continuamente purificado.
8. Contador gasoso de acordo com qualquer caracterizado por o constituído por misturas uma das referido de gases cintilação proporcional, de reivindicações 1-6, conteúdo gasoso ser nobres ou misturas de
caracterizado por o referido conteúdo gasoso ser constituído por misturas gasosas com He-4 e/ou He-3.
10. Contador gasoso de cintilação proporcional, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o fotocátodo reflectivo (7) ser, ou os fotocátodos reflectivos, serem, de Csl, Kl, KBr com funções de trabalho para a extracção de fotoelectrões mais baixas que a energia dos fotões de cintilação secundária, assim como uma eficiência quântica em vácuo, superior a 1 %, para os fotões de cintilação secundária do referido conteúdo gasoso.
11. Contador gasoso de cintilação proporcional^ de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a placa, ou as placas, que suporta, ou suportam, o fotocátodo (7) estar, ou estarem, separada ou separadas, da parede externa inferior do detector.
12. Contador gasoso de cintilação proporcional^ de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por:
i) a grelha G1 (2) ser curva e/ou a grelha G2 (3) ser curva, ou
-7 ii) o fotocátodo(7), ou os fotocátodos, ter, ou terem, eficiência radial crescente, ou então máscara, ou máscaras.
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