Estudo do AL2O3:MG, Y e do perspex vermelho na caracterização de campos mistos de radiação do reactor português de investigação

Tese de mestrado em Engenharia Física, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2011Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia inovadora, que possibilita a aplicação de um material termoluminescente não comercial, o óxido de alumínio dopado com Mg e Y, Al2O3:Mg,Y, na medição de doses de neutrões rápidos e fotões num reactor nuclear. Esta metodologia é testada junto ao núcleo e num feixe de neutrões rápidos instalado no tubo E4 do Reactor Português de Investigação do Instituto Tecnológico e Nuclear em Sacavém. A dose de fotões é determinada pela primeira leitura de termoluminescência após a irradiação, enquanto a componente de neutrões rápidos é caracterizada através da medida da actividade do Al2O3:Mg,Y, induzida pelos neutrões com energias acima dos 7 MeV. O decaimento dos produtos de reacção origina um sinal termoluminescente auto-induzido, cuja leitura constitui um método alternativo de caracterização do campo de neutrões. Os resultados obtidos com o Al2O3:Mg,Y têm revelado uma resposta linear a fotões entre 1 mGy e 10 kGy. Para estender esta gama de detecção é investigada outra técnica na determinação de doses de fotões entre os 5 e os 50 kGy. Usam-se como detectores pequenas placas de polimetilmetacrilato, e, neste caso específico o perspex vermelho. É um método relativo que se baseia nas alterações do espectro de absorção óptica do perspex vermelho quando sujeito à acção dos fotões. As medições de densidade óptica são feitas por espectrofotometria. A validade destas técnicas é comprovada caracterizando o campo de fotões e de neutrões pelos métodos convencionais: recorrendo a uma câmara de ionização e a detectores de activação com neutrões, respectivamente. Os resultados da investigação provaram que o Al2O3:Mg,Y e o perspex vermelho são adequados na dosimetria de fotões em campos-mistos desde que os sistemas dosimétricos estejam devidamente calibrados. Obteve-se um acordo de 90% comparando as doses de fotões obtidas pelos três métodos. O Al2O3:Mg,Y revelou uma precisão da ordem dos 5% na determinação de fluxos de neutrões rápidos (> 7MeV).An innovative methodology is developed in this work, making possible the application of a non-commercial thermoluminescence material, the doped aluminium oxide Al2O3:Mg,Y, in the measurement of photon and fast neutron doses at a nuclear reactor. This methodology is tested in core grid positions and in a fast neutron beam implemented at the Portuguese Research Reactor of the Nuclear and Technological Institute in Sacavém. The photon dose is determined by the first thermoluminescence reading after the irradiation, whereas the fast neutron component is achieved by measuring the activity of the Al2O3:Mg,Y, induced for neutrons with energies above 7 MeV. The activity decline of the reaction products auto-induce a thermoluminescence signal, whose reading constitutes an alternative method for the characterization of the neutron field. Results obtained with Al2O3:Mg,Y have shown a linear response to photons from 1 mGy to 10 kGy. Another technique is here proposed to measure photon doses between 5 and 50 kGy, using as detectors small plates of polymethylmethachrylate and, in this specific case, red perspex. This is a relative method based on the photon induced changes in the optical absorption spectra of perspex. The optical density measurements are made by spectrophotometry. In order to evaluate the ability of this dosemeters for mixed field dosimetry, the measurements were compared with results obtained via conventional methods: using an ionization chamber; and, characterizing the neutron field using the neutron activation method. Results from this investigation proved that Al2O3:Mg,Y and Red perspex are suitable materials for photon doses measurements if careful calibrations procedures are followed. A comparison of the three methods applied to determine the photon dose shows an agreement within 90%. Results show a precision better than 5% for the determination of fast neutron with Al2O3:Mg,Y (> 7MeV)