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Laboratoacuterio de Sistemas de Detecccedilatildeo Seminaacuterios do LSD
Paulo Marinho DSc
Coordenaccedilatildeo de Instalaccedilotildees Nucleares - CNEN
Coordenaccedilatildeo de Mateacuteria Condensada e Fiacutesica Aplicada - CBPF
Detectores a Gaacutes
Parte 1 Princiacutepio de Funcionamento
Rio de Janeiro Brasil
11 de Outubro de 2016
Toacutepicos
bull Interaccedilatildeo da Radiaccedilatildeo com a Mateacuteria
ndash Partiacuteculas Carregadas
bull Perda de Energia
ndash Radiaccedilatildeo Eletromagneacutetica (Foacutetons)
bull Efeito Fotoeleacutetrico
bull Efeito Compton
bull Criaccedilatildeo de Pares
bull Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases
bull Princiacutepio de Funcionamento de Detectores a Gaacutes
ndash Multiplicaccedilatildeo Gasosa
ndash Processos Secundaacuterios
ndash Misturas Gasosas
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
Espalhamento
Absorccedilatildeo
Transmissatildeo
Partiacuteculas carregadas (e- a p etc)
Eletromagneacutetica (raios X e g)
Necircutrons
Radiaccedilatildeo
A radiaccedilatildeo ao interagir com a mateacuteria podem provocar bull Excitaccedilatildeo Atocircmica ou Molecular
ndash Os eleacutetrons satildeo deslocados de seus orbitais de equiliacutebrio e ao retornarem
emitem a energia excedente sob a forma de luz ou raios X caracteriacutesticos
bull Ionizaccedilatildeo ndash Os eleacutetrons satildeo removidos dos orbitais pelas radiaccedilotildees resultando eleacutetrons
livres de alta energia iacuteons positivos ou radicais livres quando ocorrem quebra
de ligaccedilotildees quiacutemicas
bull Ativaccedilatildeo do Nuacutecleo ndash radiaccedilotildees com energia superior agrave energia de ligaccedilatildeo dos nucleons com um
material pode provocar reaccedilotildees nucleares resultando num nuacutecleo residual e
emissatildeo de radiaccedilatildeo Interaccedilotildees com necircutrons teacutermicos tambeacutem podem
deixar o nuacutecleo excitado
Perda de Energia
(Deposiccedilatildeo de energia)
Mateacuteria
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
No trabalho de Allison e Cobb tem uma deduccedilatildeo da energia por ionizaccedilatildeo e da
intensidade da radiaccedilatildeo emitida considerando a interaccedilatildeo eletromagneacutetica de
uma partiacutecula carregada de massa M e velocidade v = βc num meio material de
iacutendice de refraccedilatildeo n e com constante dieleacutetrica complexa 120598 = 1205981 + 1198941205982 Em um
meio isotroacutepico e natildeo-magneacutetico a constante dieleacutetrica pode ser expressa em
termos de um iacutendice de refraccedilatildeo complexo 119899 = 1198991 + 1198941198992 com 120598 = 1198992 Neste
modelo a seccedilatildeo de choque diferencial por eleacutetron e por perda de energia dE da
partiacutecula carregada eacute dada por onde 120572 = 1198902 4120587휀0ℏ119888 = 1 137 eacute a
constante de estrutura fina 휀0 eacute a
constante dieleacutetrica complexa θ eacute a
fase da expressatildeo complexa
1 minus 12059811205732 + 1198941205982120573
2 120590120574 eacute a seccedilatildeo de
choque para a absorccedilatildeo de um
foacuteton de energia E pelos aacutetomos do
meio material 1198730 eacute o nuacutemero de
Avogadro e 119873 = 1198730120588119860 eacute a
densidade atocircmica
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
120590120574 = 0 119907 gt 119888
Produccedilatildeo de Radiaccedilatildeo
Čerenkov
Probabilidade de
produzir um raio-120575
Perda de energia meacutedia
por unidade de percurso
de uma partiacutecula
carregada 119889119864
119889119909
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Foacutermula de Bethe-Bloch
Integrando a energia transferida E de um valor correspondente ao potencial meacutedio de ionizaccedilatildeo de
um aacutetomo ateacute a energia maacutexima transferida por colisatildeo (2119898119888212057321205742) e considerando 119864119894119901 ≫ 119898119890119888
Z e A satildeo o nuacutemero atocircmico e o
nuacutemero de massa dos aacutetomos
do meio material
119911119890 e 119907 = 120573119888 satildeo a carga e a
velocidade da partiacutecula
ionizante
119903119890 eacute o raio claacutessico do eleacutetron
I eacute o potencial efetivo de
ionizaccedilatildeo 119868 = 1611988509 (modelo
de Thomas-Fermi) Perda de energia expressa
pela foacutermula de Bethe-Bloch
para diferentes partiacuteculas
incidentes no meio composto
por Argocircnio em CNTP 119889119864
119889119909asymp 4119898119900119888
2
Partiacuteculas com
energia superiores
satildeo chamadas de
miacutenimo-ionizantes
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Toacutepicos
bull Interaccedilatildeo da Radiaccedilatildeo com a Mateacuteria
ndash Partiacuteculas Carregadas
bull Perda de Energia
ndash Radiaccedilatildeo Eletromagneacutetica (Foacutetons)
bull Efeito Fotoeleacutetrico
bull Efeito Compton
bull Criaccedilatildeo de Pares
bull Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases
bull Princiacutepio de Funcionamento de Detectores a Gaacutes
ndash Multiplicaccedilatildeo Gasosa
ndash Processos Secundaacuterios
ndash Misturas Gasosas
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
Espalhamento
Absorccedilatildeo
Transmissatildeo
Partiacuteculas carregadas (e- a p etc)
Eletromagneacutetica (raios X e g)
Necircutrons
Radiaccedilatildeo
A radiaccedilatildeo ao interagir com a mateacuteria podem provocar bull Excitaccedilatildeo Atocircmica ou Molecular
ndash Os eleacutetrons satildeo deslocados de seus orbitais de equiliacutebrio e ao retornarem
emitem a energia excedente sob a forma de luz ou raios X caracteriacutesticos
bull Ionizaccedilatildeo ndash Os eleacutetrons satildeo removidos dos orbitais pelas radiaccedilotildees resultando eleacutetrons
livres de alta energia iacuteons positivos ou radicais livres quando ocorrem quebra
de ligaccedilotildees quiacutemicas
bull Ativaccedilatildeo do Nuacutecleo ndash radiaccedilotildees com energia superior agrave energia de ligaccedilatildeo dos nucleons com um
material pode provocar reaccedilotildees nucleares resultando num nuacutecleo residual e
emissatildeo de radiaccedilatildeo Interaccedilotildees com necircutrons teacutermicos tambeacutem podem
deixar o nuacutecleo excitado
Perda de Energia
(Deposiccedilatildeo de energia)
Mateacuteria
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
No trabalho de Allison e Cobb tem uma deduccedilatildeo da energia por ionizaccedilatildeo e da
intensidade da radiaccedilatildeo emitida considerando a interaccedilatildeo eletromagneacutetica de
uma partiacutecula carregada de massa M e velocidade v = βc num meio material de
iacutendice de refraccedilatildeo n e com constante dieleacutetrica complexa 120598 = 1205981 + 1198941205982 Em um
meio isotroacutepico e natildeo-magneacutetico a constante dieleacutetrica pode ser expressa em
termos de um iacutendice de refraccedilatildeo complexo 119899 = 1198991 + 1198941198992 com 120598 = 1198992 Neste
modelo a seccedilatildeo de choque diferencial por eleacutetron e por perda de energia dE da
partiacutecula carregada eacute dada por onde 120572 = 1198902 4120587휀0ℏ119888 = 1 137 eacute a
constante de estrutura fina 휀0 eacute a
constante dieleacutetrica complexa θ eacute a
fase da expressatildeo complexa
1 minus 12059811205732 + 1198941205982120573
2 120590120574 eacute a seccedilatildeo de
choque para a absorccedilatildeo de um
foacuteton de energia E pelos aacutetomos do
meio material 1198730 eacute o nuacutemero de
Avogadro e 119873 = 1198730120588119860 eacute a
densidade atocircmica
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
120590120574 = 0 119907 gt 119888
Produccedilatildeo de Radiaccedilatildeo
Čerenkov
Probabilidade de
produzir um raio-120575
Perda de energia meacutedia
por unidade de percurso
de uma partiacutecula
carregada 119889119864
119889119909
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Foacutermula de Bethe-Bloch
Integrando a energia transferida E de um valor correspondente ao potencial meacutedio de ionizaccedilatildeo de
um aacutetomo ateacute a energia maacutexima transferida por colisatildeo (2119898119888212057321205742) e considerando 119864119894119901 ≫ 119898119890119888
Z e A satildeo o nuacutemero atocircmico e o
nuacutemero de massa dos aacutetomos
do meio material
119911119890 e 119907 = 120573119888 satildeo a carga e a
velocidade da partiacutecula
ionizante
119903119890 eacute o raio claacutessico do eleacutetron
I eacute o potencial efetivo de
ionizaccedilatildeo 119868 = 1611988509 (modelo
de Thomas-Fermi) Perda de energia expressa
pela foacutermula de Bethe-Bloch
para diferentes partiacuteculas
incidentes no meio composto
por Argocircnio em CNTP 119889119864
119889119909asymp 4119898119900119888
2
Partiacuteculas com
energia superiores
satildeo chamadas de
miacutenimo-ionizantes
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
Espalhamento
Absorccedilatildeo
Transmissatildeo
Partiacuteculas carregadas (e- a p etc)
Eletromagneacutetica (raios X e g)
Necircutrons
Radiaccedilatildeo
A radiaccedilatildeo ao interagir com a mateacuteria podem provocar bull Excitaccedilatildeo Atocircmica ou Molecular
ndash Os eleacutetrons satildeo deslocados de seus orbitais de equiliacutebrio e ao retornarem
emitem a energia excedente sob a forma de luz ou raios X caracteriacutesticos
bull Ionizaccedilatildeo ndash Os eleacutetrons satildeo removidos dos orbitais pelas radiaccedilotildees resultando eleacutetrons
livres de alta energia iacuteons positivos ou radicais livres quando ocorrem quebra
de ligaccedilotildees quiacutemicas
bull Ativaccedilatildeo do Nuacutecleo ndash radiaccedilotildees com energia superior agrave energia de ligaccedilatildeo dos nucleons com um
material pode provocar reaccedilotildees nucleares resultando num nuacutecleo residual e
emissatildeo de radiaccedilatildeo Interaccedilotildees com necircutrons teacutermicos tambeacutem podem
deixar o nuacutecleo excitado
Perda de Energia
(Deposiccedilatildeo de energia)
Mateacuteria
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
No trabalho de Allison e Cobb tem uma deduccedilatildeo da energia por ionizaccedilatildeo e da
intensidade da radiaccedilatildeo emitida considerando a interaccedilatildeo eletromagneacutetica de
uma partiacutecula carregada de massa M e velocidade v = βc num meio material de
iacutendice de refraccedilatildeo n e com constante dieleacutetrica complexa 120598 = 1205981 + 1198941205982 Em um
meio isotroacutepico e natildeo-magneacutetico a constante dieleacutetrica pode ser expressa em
termos de um iacutendice de refraccedilatildeo complexo 119899 = 1198991 + 1198941198992 com 120598 = 1198992 Neste
modelo a seccedilatildeo de choque diferencial por eleacutetron e por perda de energia dE da
partiacutecula carregada eacute dada por onde 120572 = 1198902 4120587휀0ℏ119888 = 1 137 eacute a
constante de estrutura fina 휀0 eacute a
constante dieleacutetrica complexa θ eacute a
fase da expressatildeo complexa
1 minus 12059811205732 + 1198941205982120573
2 120590120574 eacute a seccedilatildeo de
choque para a absorccedilatildeo de um
foacuteton de energia E pelos aacutetomos do
meio material 1198730 eacute o nuacutemero de
Avogadro e 119873 = 1198730120588119860 eacute a
densidade atocircmica
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
120590120574 = 0 119907 gt 119888
Produccedilatildeo de Radiaccedilatildeo
Čerenkov
Probabilidade de
produzir um raio-120575
Perda de energia meacutedia
por unidade de percurso
de uma partiacutecula
carregada 119889119864
119889119909
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Foacutermula de Bethe-Bloch
Integrando a energia transferida E de um valor correspondente ao potencial meacutedio de ionizaccedilatildeo de
um aacutetomo ateacute a energia maacutexima transferida por colisatildeo (2119898119888212057321205742) e considerando 119864119894119901 ≫ 119898119890119888
Z e A satildeo o nuacutemero atocircmico e o
nuacutemero de massa dos aacutetomos
do meio material
119911119890 e 119907 = 120573119888 satildeo a carga e a
velocidade da partiacutecula
ionizante
119903119890 eacute o raio claacutessico do eleacutetron
I eacute o potencial efetivo de
ionizaccedilatildeo 119868 = 1611988509 (modelo
de Thomas-Fermi) Perda de energia expressa
pela foacutermula de Bethe-Bloch
para diferentes partiacuteculas
incidentes no meio composto
por Argocircnio em CNTP 119889119864
119889119909asymp 4119898119900119888
2
Partiacuteculas com
energia superiores
satildeo chamadas de
miacutenimo-ionizantes
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
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Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
No trabalho de Allison e Cobb tem uma deduccedilatildeo da energia por ionizaccedilatildeo e da
intensidade da radiaccedilatildeo emitida considerando a interaccedilatildeo eletromagneacutetica de
uma partiacutecula carregada de massa M e velocidade v = βc num meio material de
iacutendice de refraccedilatildeo n e com constante dieleacutetrica complexa 120598 = 1205981 + 1198941205982 Em um
meio isotroacutepico e natildeo-magneacutetico a constante dieleacutetrica pode ser expressa em
termos de um iacutendice de refraccedilatildeo complexo 119899 = 1198991 + 1198941198992 com 120598 = 1198992 Neste
modelo a seccedilatildeo de choque diferencial por eleacutetron e por perda de energia dE da
partiacutecula carregada eacute dada por onde 120572 = 1198902 4120587휀0ℏ119888 = 1 137 eacute a
constante de estrutura fina 휀0 eacute a
constante dieleacutetrica complexa θ eacute a
fase da expressatildeo complexa
1 minus 12059811205732 + 1198941205982120573
2 120590120574 eacute a seccedilatildeo de
choque para a absorccedilatildeo de um
foacuteton de energia E pelos aacutetomos do
meio material 1198730 eacute o nuacutemero de
Avogadro e 119873 = 1198730120588119860 eacute a
densidade atocircmica
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
120590120574 = 0 119907 gt 119888
Produccedilatildeo de Radiaccedilatildeo
Čerenkov
Probabilidade de
produzir um raio-120575
Perda de energia meacutedia
por unidade de percurso
de uma partiacutecula
carregada 119889119864
119889119909
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Foacutermula de Bethe-Bloch
Integrando a energia transferida E de um valor correspondente ao potencial meacutedio de ionizaccedilatildeo de
um aacutetomo ateacute a energia maacutexima transferida por colisatildeo (2119898119888212057321205742) e considerando 119864119894119901 ≫ 119898119890119888
Z e A satildeo o nuacutemero atocircmico e o
nuacutemero de massa dos aacutetomos
do meio material
119911119890 e 119907 = 120573119888 satildeo a carga e a
velocidade da partiacutecula
ionizante
119903119890 eacute o raio claacutessico do eleacutetron
I eacute o potencial efetivo de
ionizaccedilatildeo 119868 = 1611988509 (modelo
de Thomas-Fermi) Perda de energia expressa
pela foacutermula de Bethe-Bloch
para diferentes partiacuteculas
incidentes no meio composto
por Argocircnio em CNTP 119889119864
119889119909asymp 4119898119900119888
2
Partiacuteculas com
energia superiores
satildeo chamadas de
miacutenimo-ionizantes
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
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Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Perda de Energia
120590120574 = 0 119907 gt 119888
Produccedilatildeo de Radiaccedilatildeo
Čerenkov
Probabilidade de
produzir um raio-120575
Perda de energia meacutedia
por unidade de percurso
de uma partiacutecula
carregada 119889119864
119889119909
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Foacutermula de Bethe-Bloch
Integrando a energia transferida E de um valor correspondente ao potencial meacutedio de ionizaccedilatildeo de
um aacutetomo ateacute a energia maacutexima transferida por colisatildeo (2119898119888212057321205742) e considerando 119864119894119901 ≫ 119898119890119888
Z e A satildeo o nuacutemero atocircmico e o
nuacutemero de massa dos aacutetomos
do meio material
119911119890 e 119907 = 120573119888 satildeo a carga e a
velocidade da partiacutecula
ionizante
119903119890 eacute o raio claacutessico do eleacutetron
I eacute o potencial efetivo de
ionizaccedilatildeo 119868 = 1611988509 (modelo
de Thomas-Fermi) Perda de energia expressa
pela foacutermula de Bethe-Bloch
para diferentes partiacuteculas
incidentes no meio composto
por Argocircnio em CNTP 119889119864
119889119909asymp 4119898119900119888
2
Partiacuteculas com
energia superiores
satildeo chamadas de
miacutenimo-ionizantes
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Foacutermula de Bethe-Bloch
Integrando a energia transferida E de um valor correspondente ao potencial meacutedio de ionizaccedilatildeo de
um aacutetomo ateacute a energia maacutexima transferida por colisatildeo (2119898119888212057321205742) e considerando 119864119894119901 ≫ 119898119890119888
Z e A satildeo o nuacutemero atocircmico e o
nuacutemero de massa dos aacutetomos
do meio material
119911119890 e 119907 = 120573119888 satildeo a carga e a
velocidade da partiacutecula
ionizante
119903119890 eacute o raio claacutessico do eleacutetron
I eacute o potencial efetivo de
ionizaccedilatildeo 119868 = 1611988509 (modelo
de Thomas-Fermi) Perda de energia expressa
pela foacutermula de Bethe-Bloch
para diferentes partiacuteculas
incidentes no meio composto
por Argocircnio em CNTP 119889119864
119889119909asymp 4119898119900119888
2
Partiacuteculas com
energia superiores
satildeo chamadas de
miacutenimo-ionizantes
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Criaccedilatildeo de Pares 119890 minus 119894119900119899+
Nos processos de perda de energia os aacutetomos do meio satildeo excitados e ionizados e a
distribuiccedilatildeo de energia dos eleacutetrons ejetados eacute proporcional a 1 1198642
Eleacutetrons com energias acima de 100eV satildeo suscetiacuteveis de ionizar os aacutetomos em
colisotildees secundaacuterias
O nuacutemero total de iacuteons liberados 119899119879 eacute proporcional agrave perda de energia ΔE e
inversamente proporcional agrave energia efetiva para criaccedilatildeo um par 119890 minus 119894119900119899+ 119882119894 119899119879 =∆119864
119882119894
Z e ρ satildeo o nuacutemero
atocircmico e a densidade
W eacute a energia meacutedia de
ionizaccedilatildeo
119889119864 119889119909119898119894119901 eacute a perda de
energia meacutedia de uma
partiacutecula miacutenimo ionizante
119899119875 pares eleacutetron-iacuteons
primaacuterios total criados
(pi =pares de iacuteons)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
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Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Partiacuteculas Carregadas
ndash Bremsstrahlung de eleacutetrons
Eleacutetrons de alta energia devido ao
baixo valor da massa eletrocircnica podem
tambeacutem perder energia pela emissatildeo
de foacutetons enquanto satildeo freados pelo
campo Coulombiano do nuacutecleo
No limite ultrarelativiacutestico a perda de energia meacutedia de um eleacutetron por
Bremsstrahlung num meio de espessura dx eacute
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
1198680 119868
119909
120590119890119891 120590119890119888 e 120590119888119901 satildeo as seccedilotildees de
choque para absorccedilatildeo do foacuteton
por Efeito Fotoeleacutetrico Efeito
Compton e Criaccedilatildeo de Pares
respectivamente
Intensidade emergente
Coeficiente de Absorccedilatildeo
ArXeCO2 (641620)
O efeito fotoeleacutetrico eacute o mecanismo
dominante para foacutetons de energia
entre 1 e 100keV (Faixa de
operaccedilatildeo dos detectores a gaacutes)
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
Pelas leis de conservaccedilatildeo da energia e do momento se
deduz que o efeito fotoeleacutetrico somente pode ocorrer com
eleacutetrons fortemente ligados ao nuacutecleo (Camadas K (80) L
e M) A energia do fotoeleacutetron gerado eacute
A seccedilatildeo de choque em funccedilatildeo da energia reduzida do foacuteton 휀 em um intervalo de
energia entre a camada K e 휀 = 1
119864119890 = 119864120574 minus 119864119868 = h120584 minus 119864119868 119864119890
119864120574
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
prbmarinhogmailcom
pmarinhocnengovbr
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Fotoeleacutetrico (120574 + aacutetomo rarr 119890minus + iacute119900119899+)
bull Raio-X caracteriacutestico e Eleacutetron Auger
bull Apoacutes a emissatildeo do fotoeleacutetron o aacutetomo
apresentaraacute uma vacacircncia
bull Um eleacutetron de uma camada vizinha preenche
essa vacacircncia emitindo um fotoacuten de energia
caracteriacutestica
bull Este raio-X caracteriacutestico poderaacute transmitir
energia a outro eleacutetron de uma camada mais
externa
bull Este eleacutetron eacute entatildeo ejetado e denominado
Eleacutetron Auger
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
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Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Efeito Compton (120574 + 119890minus rarr 120574 + 119890minus)
A seccedilatildeo de choque para o espalhamento Compton σec por eleacutetron eacute dada pela
foacutermula de Klein-Nishina
119864119890
119864120574prime
120579 119864120574
Para 119864120574 ≫ 119864119868 pode considerar
como uma colisatildeo elaacutestica entre o
foacuteton e um eleacutetron lsquolivrersquo (camada
mais externa) A energia do fotoacuten
espalhado
Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
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Interaccedilotildees com a Mateacuteria
bull Foacutetons
ndash Criaccedilatildeo de Pares (120574 + 119899119906119888119897119890119900 rarr 119890minus + 119890+ + 119899119906119888119897119890119900)
A seccedilatildeo de choque de interaccedilatildeo para criaccedilatildeo de pares
Quando a energia do foacuteton incidente
eacute superior a 1022MeV (duas vezes
a massa de repouso do eleacutetron) ele
pode interagir com o nuacutecleo do
aacutetomo e criar um par 119890minus minus 119890+ e sua
energia eacute repartida entre as duas
partiacuteculas criadas
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
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Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na ausecircncia de Campo Eleacutetrico (119864 = 0)
A difusatildeo seraacute uma distribuiccedilatildeo gaussiana
Na ausecircncia de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons e iacuteons gerados pela ionizaccedilatildeo
primaacuteria possuem um movimento aleatoacuterio
cuja a energia meacutedia eacute
119864 =3
2119896119879
A distribuiccedilatildeo de energia dos portadores de
carga (Maxwell-Boltzmann) F(ε) = 119862 휀 119890minus
120576
119896119879
k eacute a constante de Boltzmann e T (K)
119889119873
119873=
1
4120587119863119905119890minus(1199092 4119863119905 )119889119909 D eacute o coeficiente de difusatildeo
A desvio padratildeo em uma dimensatildeo 120590119909 = 2119863119909
119907119889
Considerando a difusatildeo em um elemento de volume 120590119881 = 6119863119909
119907119889= 3120590119909
119907119889 eacute a velocidade de arrasto
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
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Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Utilizando a equaccedilatildeo da continuidade
Na presenccedila de campo eleacutetrico externo os
eleacutetrons arrastados podem ser descritos por
seu movimento aleatoacuterio e por seu movimento
coletivo A densidade de corrente total
D eacute o coeficiente de difusatildeo
Soluccedilatildeo
120588(119909 119909) eacute a densidade de carga 119907119889 eacute a velocidade de arrasto
119864
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
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A desvio padratildeo σ= 2119863119905
A velocidade de arrasto sob a influecircncia de E
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo
119907119889 =8
3120587
119890
119898119890
119864
119907 120582
119907 = 83120587 2휀119898119890 eacute a velocidade meacutedia (distribuiccedilatildeo de Maxwell das velocidade)
120582 livre caminho meacutedio para colisatildeo dos eleacutetrons com as moleacuteculas do gaacutes
micro coeficiente de mobilidade
O livre caminho meacutedio λ (e consequentemente a seccedilatildeo de choque de
espalhamento dos eleacutetrons pelos aacutetomos) como funccedilatildeo da energia
meacutedia do eleacutetron ε e a energia ε como funccedilatildeo do campo E
determinam os paracircmetros de movimento 119907119889 e D
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Mecanismo baacutesico de um Detector a Gaacutes
0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
Representaccedilatildeo qualitativa das regiotildees de operaccedilatildeo de detector a gaacutes
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Multiplicaccedilatildeo Gasosa
Catodo
Anodo
iacute119900119899+
119890minus
bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
primaacuteria
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
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Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Velocidade de arrasto sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
Difusatildeo dos eleacutetrons sob a influecircncia de E (simulaccedilatildeo Magboltz)
Largura da nuvem eletrocircnica evoluindo no tempo σ=2119896119879119890
119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
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0 lt 119881 lt 119881119904 Regiatildeo Recombinaccedilatildeo
119881119878 lt 119881 lt 119881119875 Cacircmara de Ionizaccedilatildeo
119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
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119881 gt 119881119863 Regiatildeo de Descargas Contiacutenuas
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bull Sob campos eleacutetricos intensos os eleacutetrons
podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
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ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
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positivos
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proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
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ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
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excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
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Difusatildeo e Arrasto de Eleacutetrons em Gases bull Na presenccedila de Campo Eleacutetrico 119864
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119890119864119897 onde (119890
119863
120583= 119896119879119890)
120590119879119871(119864 119897) = 120590119879119871(119864) 119897 119897 eacute o deslocamento de arrasto na direccedilatildeo de E
120590119879 120590119871 largura das distribuiccedilotildees transversal e longitudinal
Exemplo 120590119879119894 = 100120583119898119864 = 3119896119881119888119898
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119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
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Catodo
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podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
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miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
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Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
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ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
ndash Os eleacutetrons assim produzidos provocam por sua vez avalanches
eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
ndash detectores proporcionais as avalanches espuacuterias degradam a
proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
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ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
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119881119875 lt 119881 lt 119881119878119875 Cacircmara Proporcional (119876 = 119872 119899119901)
119881119878119875 lt 119881 lt 119881119866 Regiatildeo Semi-proporcional
119881119866 lt 119881 lt 119881119863 Contador Geiger-Muumlller
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podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
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ndash No meio gasoso existem moleacuteculas excitadas e iacuteons positivos que
foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
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eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
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proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
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pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
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adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
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nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
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podem receber entre duas colisotildees sucessivas
uma energia maior que a energia perdida por
colisatildeo
bull Quando essa energia for maior que a energia
miacutenima de ionizaccedilatildeo novas ionizaccedilotildees podem
ocorrer e assim sucessivamente resultando
portanto em uma avalanche eletrocircnica
bull Este processo responsaacutevel pelo fenocircmeno de
multiplicaccedilatildeo gasosa eacute chamado de
mecanismo de Townsend de primeira espeacutecie Fotografia de uma cacircmara de nuvens da
avalanche de Townsend
Expressatildeo do Fator de Multiplicaccedilatildeo (ldquoganhordquo)
Onde 120572 eacute chamado de primeiro coeficiente de Townsend um paracircmetro de transporte que representa o
nuacutemero de eleacutetrons secundaacuterios produzidos por um eleacutetron primaacuterio (fotoeleacutetron) percorrendo uma
unidade de trajetoacuteria na direccedilatildeo do campo eleacutetrico Eacute empregado para descrever a multiplicaccedilatildeo gasosa e
estaacute relacionado com o inverso do livre caminho meacutedio 120582
Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Processos Secundaacuterios
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foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
ndash Na superfiacutecie do catodo eleacutetrons podem ser extraiacutedos pelos foacutetons de
desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
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eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
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proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
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pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
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adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
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foram produzidos durante a avalanche principal a desexcitaccedilatildeo
dessas moleacuteculas e a recombinaccedilatildeo dos iacuteons liberam foacutetons que
podem provocar efeito fotoeleacutetrico no gaacutes
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desexcitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo ou pela neutralizaccedilatildeo dos iacuteons
positivos
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eletrocircnicas espuacuterias responsaacuteveis por um possiacutevel regime de
descarga contiacutenua
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proporcionalidade entre altura de pulso e a carga de ionizaccedilatildeo
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nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
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descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
Obrigado
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Princiacutepio de Funcionamento de um Detector a Gaacutes
bull Misturas Gasosas
ndash Devido a sua estabilidade fiacutesica e quiacutemica os aacutetomos de gases
nobres normalmente emitem eleacutetrons quando absorvem energia o
que favorece a produccedilatildeo do sinal eleacutetrico por um evento ionizante
ndash Os processos secundaacuterios podem levar o detector a um regime de
descarga contiacutenua Para evitar que isto ocorra adiciona-se uma
pequena fraccedilatildeo de outro gaacutes ao gaacutes de operaccedilatildeo do detector
ndash Os gases de lsquoquenchingrsquo como satildeo chamados estes gases
adicionais satildeo gases poliatocircmicos orgacircnicos (1198621198674 119862411986710 11986221198676
aacutelcoois etc) ou inorgacircnicos (1198621198742 B1198653 etc) que apresentam grande
nuacutemero de estados excitados natildeo radiantes (bandas vibracionais e
rotacionais) e permitem a absorccedilatildeo dos foacutetons secundaacuterios de des-
excitaccedilatildeo ou de recombinaccedilatildeo do gaacutes principal sem a emissatildeo de
eleacutetrons
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