GEMs (Gas Electron Multiplier) and Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) are MPGDs (Micropattern Gas Detector) that make part of the new generation of gaseous detectors, allowing high counting rates, low cost when compared to solid state detectors, high radiation hardness and gain when using multiple structures. Besides that, the handling and maintenance of these detectors is relatively simple, being versatile to detect different types of radiation. Therefore, these detectors are an effective alternative to build imaging systems with large sensitive area. This work consists in the study and characterization of a set of gaseous detectors, more specifically the Thick-GEMs produced in the High Energy Physics and Instrumentation Center at IFUSP, which were tested showing promising results in terms of gain, energy resolution and operational stability. However, due to the low signal-to-noise ratio of the Thick-GEMs, the X-ray fluorescence imaging system was mounted using GEMs. During this work the necessary software tools for image processing and reconstruction were developed as a parallel study in computational simulations to better understand the operation of gaseous detectors. X-ray fluorescence techniques are essential in areas such as medicine and the study of historical and cultural heritage since they are non-invasive and non-destructive. Techniques to check the authenticity of masterpieces are required and museums are gradually becoming more interested in the Physics and instrumentation needed to characterize their patrimony. / Os GEMs (Gas Electron Multiplier) e Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) são estruturas do tipo MPGD (Micropattern Gas Detector) que fazem parte da nova geração de detectores de radiação a gás e permitem altas taxas de contagens, baixo custo quando comparados com os detectores de estado sólido, uma elevada resistência à radiação e ganhos elevados, quando utilizadas estruturas múltiplas para multiplicação. Além disso, o manuseio e manutenção desses detectores é relativamente simples, sendo versáteis em relação à montagem podendo detectar diferentes tipos de radiação. Sendo assim, a utilização desses detectores é uma alternativa eficiente para montar um sistema de imagem com grande área sensível. Este trabalho consiste no estudo e caracterização de um conjunto de detectores gasosos, mais especificamente os Thick-GEMs produzidos pelo grupo de Física de altas energias e Instrumentação do IFUSP, que foram testados para serem empregados em um sistema de imagem de fluorescência de raios-X. Os Thick-GEMs testados apresentaram resultados promissores em termos de ganho, resolução em energia e estabilidade operacional. No entanto, devido à baixa relação sinal-ruído, um sistema de imagem de fluorescência de raios-X foi montado utilizando GEMs. Durante o trabalho as ferramentas de software necessárias para processamento e reconstrução de imagens foram desenvolvidas, assim como um estudo paralelo de simulações computacionais para entender melhor o funcionamento de detectores gasosos. Técnicas como o imageamento por fluorescência de raios-X são de suma importância pois são consideradas não invasivas e não destrutivas. Sua utilização tem uma importância imprescindível nas áreas da medicina e na análise de patrimônios histórico e cultural. Atualmente, a verificação e validação de autenticidade de obras é um requisito obrigatório e alguns museus começam a se interessar cada vez mais em áreas da Física e da instrumentação necessária para caracterizar o seu patrimônio.

Em proteção radiológica dois conjuntos de grandezas são importantes, as de proteção e as operacionais. Ambas podem ser relacionadas a partir de coeficientes de conversão com grandezas físicas básicas como o kerma. Para feixes de radiação utilizados em radiodiagnóstico nas qualidades da Comissão Internacional de Eletrotécnica (IEC), os coeficientes de conversão e fatores de retroespalhamento ainda não foram determinados. É, portanto, necessário a determinação de coeficientes e fatores para a calibração dos dosímetros que serão utilizados para determinar o equivalente de dose pessoal ou a dose na entrada da pele. Foram determinados experimentalmente os coeficientes de conversão de kerma no ar para o equivalente de dose pessoal, Hp(d), e os fatores de retroespalhamento para as qualidades RQR e RQA da IEC que simulam feixes de raios X diagnósticos. Para a determinação dos coeficientes de conversão é necessário a determinação do kerma no ar dentro do simulador e a energia média do espectro. Foram utilizados dosímetros termoluminescentes do tipo 100H para a medida do kerma no ar no simulador. Os dosímetros foram calibrados utilizando uma câmara de ionização padrão terciário de 180cc da Radcal Corporation. Os dosímetros foram colocados no eixo central de um simulador tipo placa de 300 mm x 300 mm x 15 mm de polimetilmetalacrilato (PMMA) com o intuito de determinar a dose na profundidade. No procedimento de medida os dosímetros foram dispostos em cinco diferentes profundidades (5, 10, 15, 25 e 35 mm). Um outro parâmetro necessário para a determinação dos coeficientes de conversão é a energia média do espectro de raios X. A espectrometria dos feixes de raios X utilizados foi feita utilizando um detector semicondutor de CdTe. O detector foi calibrado utilizando fontes de radiação de 133Ba, 241Am e 57Co. Foram feitas correções em relação a eficiência intrínseca, absorção total de energia, fração de escape de raios X característicos, efeito Compton e atenuação devido a matérias que se encontravam entre o detector e o ponto onde foi determinado a energia média. As medidas do espectro de raios X foram corrigidas utilizado o método de stripping. Os valores das incertezas dos coeficientes de conversão e fatores de retroespalhamento foram da ordem de 12% e 6% respectivamente. / Two sets of quantities are import in radiological protection: the protection and operational quantities. Both sets can be related to basic physical quantities such as kerma through conversion coefficients. . For diagnostic x-ray beams the conversion coefficients and backscatter factors have not been determined yet, those parameters are need for calibrating dosimeters that will be used to determine the personal dose equivalent or the entrance skin dose. Conversion coefficients between air kerma and personal dose equivalent and backscatter factors were experimentally determined for the diagnostic x-ray qualities RQR and RQA recommended by the International Electrotechnical Commission (IEC). The air kerma in the phantom and the mean energy of the spectrum were measured for such purpose. Harshaw LiF-100H thermoluminescent dosemeters (TLD) were used for measurements after being calibrated against an 180 cm3 Radcal Corporation ionization chamber traceable to a reference laboratory. A 300 mm ×300 mm × 150 mm polymethilmethacrylate (PMMA) slab phantom was used for deep-dose measurements. Tl dosemeters were placed in the central axis of the x-ray beam at 5, 10, 15, 25 and 35 mm depth in the phantom upstream the beam direction Another required parameter for determining the conversion coefficients from was the mean energy of the x-ray spectrum. The spectroscopy of x-ray beams was done with a CdTe semiconductor detector that was calibrated with 133Ba, 241Am and 57Co radiation sources. Measurements of the x-ray spectra were carried out for all RQR and RQA IEC qualities. Corrections due to the detector intrinsic efficiency, total energy absorption, escape fraction of the characteristic x-rays, Compton effect and attenuation in the detector were done aiming an the accurate determination of the mean energy. Measured x-ray spectra were corrected with the stripping method by using these response functions. The typical combined standard uncertainties of conversion coefficients and backscatter factors were 12% and 6% respectively.

GEMs (Gas Electron Multiplier) and Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) are MPGDs (Micropattern Gas Detector) that make part of the new generation of gaseous detectors, allowing high counting rates, low cost when compared to solid state detectors, high radiation hardness and gain when using multiple structures. Besides that, the handling and maintenance of these detectors is relatively simple, being versatile to detect different types of radiation. Therefore, these detectors are an effective alternative to build imaging systems with large sensitive area. This work consists in the study and characterization of a set of gaseous detectors, more specifically the Thick-GEMs produced in the High Energy Physics and Instrumentation Center at IFUSP, which were tested showing promising results in terms of gain, energy resolution and operational stability. However, due to the low signal-to-noise ratio of the Thick-GEMs, the X-ray fluorescence imaging system was mounted using GEMs. During this work the necessary software tools for image processing and reconstruction were developed as a parallel study in computational simulations to better understand the operation of gaseous detectors. X-ray fluorescence techniques are essential in areas such as medicine and the study of historical and cultural heritage since they are non-invasive and non-destructive. Techniques to check the authenticity of masterpieces are required and museums are gradually becoming more interested in the Physics and instrumentation needed to characterize their patrimony. / Os GEMs (Gas Electron Multiplier) e Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) são estruturas do tipo MPGD (Micropattern Gas Detector) que fazem parte da nova geração de detectores de radiação a gás e permitem altas taxas de contagens, baixo custo quando comparados com os detectores de estado sólido, uma elevada resistência à radiação e ganhos elevados, quando utilizadas estruturas múltiplas para multiplicação. Além disso, o manuseio e manutenção desses detectores é relativamente simples, sendo versáteis em relação à montagem podendo detectar diferentes tipos de radiação. Sendo assim, a utilização desses detectores é uma alternativa eficiente para montar um sistema de imagem com grande área sensível. Este trabalho consiste no estudo e caracterização de um conjunto de detectores gasosos, mais especificamente os Thick-GEMs produzidos pelo grupo de Física de altas energias e Instrumentação do IFUSP, que foram testados para serem empregados em um sistema de imagem de fluorescência de raios-X. Os Thick-GEMs testados apresentaram resultados promissores em termos de ganho, resolução em energia e estabilidade operacional. No entanto, devido à baixa relação sinal-ruído, um sistema de imagem de fluorescência de raios-X foi montado utilizando GEMs. Durante o trabalho as ferramentas de software necessárias para processamento e reconstrução de imagens foram desenvolvidas, assim como um estudo paralelo de simulações computacionais para entender melhor o funcionamento de detectores gasosos. Técnicas como o imageamento por fluorescência de raios-X são de suma importância pois são consideradas não invasivas e não destrutivas. Sua utilização tem uma importância imprescindível nas áreas da medicina e na análise de patrimônios histórico e cultural. Atualmente, a verificação e validação de autenticidade de obras é um requisito obrigatório e alguns museus começam a se interessar cada vez mais em áreas da Física e da instrumentação necessária para caracterizar o seu patrimônio.

The dosimetry of ionizing radiation is essential to procedures could be taken in order to maximize the beneficial effects that the use of such radiation can offer to society, as well as minimize damage from such radiation. As a result, different materials detectors have been proposed in the literature for use in personal and environmental dosimetry. Thermoluminescent detectors are widely used in these dosimetric procedures. The motivation of this work was to produce crystals of CaSO4 doped with unusual elements such as europium (Eu) and silver (Ag), including in the form of nanoparticles, prepared by an adaptation of the method developed by Yamashita (1971). The interest in the production of these materials was to investigate other methods of producing thermoluminescent materials. In the new growth route, the crystals were produced from calcium carbonate (CaCO3), by incorporating the dopants (Eu2O3 or Ag2O3) in a solution of sulfuric acid. Silver nanoparticles Ag(NP) were obtained through a synthesis route called polyol method, which is based on the reduction of Ag ions in a polyalcohol, in this case the ethylene glycol. The composites were obtained from the mixture of the base compound and glass or Teflon. The thermally stimulated exoeletronic emission of the new materials was investigated. Thermoluminescent characteristics as linearity, reproducibility, energy dependence, minimum detectable dose, fading and kinetics order were evaluated. The composites showed TL emission glow curves with a single peak centered around 200 ° C for samples containing Teflon and 230 ° C for samples with addition of glass. The new routes for the preparation of dosimeters were shown to be viable, being the dosimeter based on calcium sulfate doped with europium and silver nanoparticles (CaSO4:Eu,Ag(NP)), which provides the most intense TL emission between the preparations studied, being linear, reproducible, with low fading and low detection limit. / A dosimetria das radiações ionizantes é essencial para que procedimentos possam ser tomados com o objetivo de maximizar os efeitos benéficos que o uso dessas radiações pode oferecer à sociedade, assim como minimizar os danos decorrentes de tais radiações. Em decorrência disso, diferentes materiais detectores têm sido propostos na literatura para o emprego em dosimetria pessoal e ambiental. Detectores termoluminescentes têm larga utilização nesses procedimentos dosimétricos. A motivação deste trabalho foi produzir cristais de CaSO4 dopados com elementos não usuais como o európio (Eu) e a prata (Ag), inclusive na forma de nanopartículas, preparados por meio de uma adaptação do método desenvolvido por Yamashita (1971). O interesse na produção desses materiais foi o de investigar outras metodologias de produção de materiais termoluminescentes. Pela nova rota de crescimento, os cristais foram produzidos a partir do carbonato de cálcio (CaCO3), incorporando-se os dopantes (Eu2O3 ou Ag2O) numa solução de ácido sulfúrico. As nanopartículas de prata Ag(NP) foram obtidas através da rota de síntese chamada de método poliol, que se baseia na redução de cátions Ag em um poliálcool, neste caso o etileno glicol. Os compósitos foram obtidos a partir da mistura do composto base e da adição eletiva de vidro ou Teflon. A emissão exoeletrônica termicamente estimulada dos novos materiais produzidos foi investigada. Características termoluminescentes como linearidade, reprodutibilidade, dependência energética, dose mínima detectável, desvanecimento e ordem cinética foram avaliadas. Os compósitos apresentaram curvas de emissão TL com um único pico, centrado em torno de 200°C para as amostras contendo Teflon e 230°C para as amostras com adição de vidro. As novas rotas de preparação dos dosímetros termoluminescentes mostraram-se viáveis, sendo o dosímetro à base de sulfato de cálcio dopado com európio e nanopartículas de prata (CaSO4:Eu,Ag(NP)) o que apresenta a emissão TL mais intensa entre as preparações estudadas, sendo linear, reprodutível, com baixo desvanecimento e baixo limite inferior de detecção.