Novo detector de radiação a gás é avanço da física às artes

Grupo de pesquisadores do Instituto de Física trabalhou em colaboração com laboratório europeu Cern

Por - Editorias: Tecnologia
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Os detectores de radiação podem determinar quais elementos estão presentes num objeto e onde se distribuem
– Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

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Um novo tipo de detector de radiação a gás está sendo desenvolvido e construído integralmente no Instituto de Física da USP (IF). A nova versão do objeto oferece precisão e velocidade maiores do que antigos modelos destes detectores. Outra vantagem reside no baixo preço para realizar medições em áreas ou objetos muito grandes.

Este é o trabalho que vem sendo realizado pelo pesquisador Hugo Natal da Luz no High Energy Physics and Instrumentation Center (HEPIC), um dos centros do IF. O estudo iniciou-se em novembro de 2016 como um projeto de pesquisa financiado pela Fapesp na modalidade Jovem Pesquisador.

Detectores de radiação são semelhantes a uma câmera fotográfica, explica o pesquisador. As câmeras são uma espécie de detector de luz: criam uma imagem a partir da luz que vem dos objetos por ela detectados. Já o detector de radiação funciona de forma parecida, mas, como diz o nome, o que ele capta é a radiação presente ou lançada em um objeto.

A substância gasosa absorve a radiação e transmite um sinal elétrico. Os elétrons são recolhidos e fornecem um  sinal eletrônico, que permite determinar a energia e a posição onde houve a radiação. Com isso é possível identificar quais elementos químicos compõem o material analisado e como eles se distribuem

Embora detectores de radiação a gás existam há muito tempo, novas tecnologias têm melhorado bastante seu desempenho, diz Luz. No caso do projeto desenvolvido no IF aplica-se a tecnologia Multiplicador de Elétrons a Gás (GEM), usando processos de fabricação de circuitos impressos com precisão de alguns micrômetros. Com isto, é possível focalizar os elétrons produzidos pela radiação com maior precisão e rapidez.

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Mesmo com resolução inferior a detectores de estado sólido, o modelo a gás pode ser aplicado em grandes áreas com custo dez vezes menor – Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

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Quadros falsos e fósseis

O campo das artes e da preservação do patrimônio histórico e cultural pode se beneficiar desta evolução. São detectores deste tipo que permitem identificar, por exemplo, quais os elementos químicos presentes nos pigmentos da tinta usada em uma pintura e onde eles estão. Isso beneficia o trabalho de restauradores, que podem recriar pigmentos o mais próximo possível dos originais.

Falsificações também podem ser desmascaradas. Uma das técnicas para tal consiste em avaliar se a composição dos pigmentos usados no quadro já era de fato conhecida na época em que ele foi pintado. Quanto mais precisa a detecção dos elementos químicos e de suas combinações presentes no quadro, a tarefa dos investigadores da arte é facilitada.

Outras áreas como a geologia também podem tirar proveito do detector. Tal como nos quadros, é possível detectar não apenas quais elementos químicos estão presentes num objeto, mas também onde eles estão. Assim, é possível mapear de forma bastante complexa como são feitas certas rochas, artefatos arqueológicos com vestígios de pinturas e até mesmo fósseis, exemplifica o pesquisador.
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Hugo Luz no High Energy Physics and Instrumentation Center (HEPIC), do Instituto de Física da USP – Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

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Colaboração com o Cern

O grupo de pesquisadores coordenado por Luz também pode colaborar com o Cern, o Centro Europeu de Pesquisas Nucleares, o maior laboratório de física de partículas do mundo. A colaboração se deu no âmbito do projeto Alice, um dos grandes detectores montados no laboratório europeu, voltado para pesquisas de ponta na física da matéria.

O ramo da física de altas energias impulsionou o desenvolvimento dos detectores a gás – Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

Como conta Luz, um dos componentes principais deste detector, chamado Time Projection Chamber, irá passar por uma grande atualização que envolve substituir o uso de detectores de radiação a gás antigos por outros que usem a tecnologia GEM – aquela com a qual o grupo de Luz trabalha.

“O nosso grupo teve a possibilidade de colaborar com este projeto montando uma infraestrutura de teste para protótipos de 10 x 10 cm², onde caracterizamos várias geometrias possíveis de detectores, a estabilidade de operação, o ponto operacional para otimizar os sinais em relação ao ruído, entre outros.”

O Alice já está em fase de produção dos detectores. Enquanto isso, o projeto no Brasil não para. O grupo continua a estudar efeitos físicos nos detectores e desenvolve suas próprias estruturas, que são fabricadas em São Paulo. O objetivo é estudar protótipos para a detecção de nêutrons, em colaboração com o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) e a Escola Politécnica (Poli) da USP.

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