Neste trabalho foram avaliadas as principais características dosimétricas de diodos crescidos pelos métodos de Fusão Zonal (FZ) e Czochralski magnético (MCz), resistentes a danos de radiação, quando aplicados em dosimetria de processos de irradiação industrial com elétrons (1,5 MeV) e raios gama (60Co). O sistema dosimétrico proposto baseia-se no registro de valores de correntes elétricas geradas nos diodos devido à passagem da radiação ionizante. A uniformidade de resposta de um lote de dispositivos foi analisada para os diodos FZ do tipo n irradiados com raios gama. Para uma dose de até 5 kGy obteve-se um coeficiente de variação de 1,25% dos valores de corrente elétrica registrados. A queda da sensibilidade dos diodos com o acúmulo de dose (Total Ionizing Dose TID) foi observada, de acordo com o esperado, para ambos os diodos FZ e MCz, sendo mais acentuada para dispositivos do tipo n ou com resistividade menor, quando irradiados com raios gama. Nos procedimentos de irradiação com elétrons foram utilizados dois protótipos de sonda dosimétrica, sendo que um deles foi projetado para evitar a deterioração dos contatos elétricos e da metalização dos diodos, fenômeno observado durante o desenvolvimento do projeto. A queda da sensibilidade dos diodos FZ e MCz pré-irradiados foi de aproximadamente 10% e 40%, respectivamente, durante os procedimentos de irradiação com elétrons para uma dose acumulada total de 1,25 MGy. A influência dos danos causados por esse tipo de radiação nas propriedades elétricas dos diodos FZ e MCz foi avaliada por meio das medições de corrente de fuga e da capacitância em função da tensão de polarização. A corrente de fuga, que aumenta com a dose de radiação acumulada, não contribui significativamente para a formação do sinal de corrente durante a irradiação, uma vez que os diodos são operados no modo fotovoltaico, ou seja, sem tensão de polarização. Para o diodo MCz não foram observadas alterações significativas dos valores de tensão de depleção total, evidenciando sua maior tolerância aos danos induzidos pela radiação, como esperado. Como durante os procedimentos de irradiação com elétrons há uma variação acentuada dos valores de temperatura, a influência deste parâmetro para as medições de corrente elétrica foi avaliada por meio da extrapolação dos valores de corrente de fuga até 35°C. A contribuição da corrente de fuga para a corrente induzida pela radiação, devido ao aumento da temperatura, não ultrapassa 0,1% para os diodos FZ e MCz. A influência do tipo de radiação, elétrons ou raios gama, na pré-dose dos diodos foi avaliada para o dispositivo FZ do tipo n e observou-se que a pré-irradiação com elétrons é mais eficiente no tocante à queda da sensibilidade dos dispositivos. Os resultados apresentados neste trabalho indicam a potencialidade da aplicação dos diodos FZ e MCz como dosímetros em processos de irradiação de rotina com raios gama e elétrons. Vale ressaltar que a vantagem do sistema proposto reside na possibilidade de acompanhamento em tempo real dos processos envolvidos, sobretudo para elétrons, permitindo a monitoração dos parâmetros dos aceleradores, tais como velocidade de esteira e corrente elétrica de feixe. / In this work the main dosimetric characteristics of rad-hard Float Zone (FZ) and magnetic Czochralski (MCz) diodes to electrons (1.5 MeV) and gamma (60Co) radiation are evaluated. The dosimetric system proposed is based on electrical current measurements due to radiation interactions on the devices. The batch response uniformity was studied for the n-type FZ diodes irradiated with gamma rays. The coefficient of variation of the current measurement was about 1.25% at 5 kGy of accumulated dose. A sensitivity decrease with the increase of the accumulated dose (Total Ionizing Dose TID) was observed for both FZ and MCz diodes. For gamma irradiation, these effect is more pronounced for n-type or smaller resistivity diodes. Two types of dosimetric probe were used on the electron irradiation procedures, one of them specially designed to avoid the deterioration of the electrical contacts and the diodes metallization. The sensitivity of the preirradiated FZ and MCz diodes fell about 10% and 40%, respectively, during electron irradiation at 1.25 MGy of accumulated dose. The effect of electron radiation damage on the electrical properties of the diodes was studied by the means of leakage current and capacitance measurements as a function of bias voltage. The leakage current increases with the accumulated dose but does not contributes significantly to the current signal, since the diodes are operated in photovoltaic mode, without bias voltage. For the MCz diode no change in the full depletion voltage was observed, which indicates its higher tolerance to radiation-induced damage, as expected. During electron irradiation the temperature increases and in order to determine its influence for the current signals, the leakage current values were extrapolated up to 35 °C. The contribution does not exceed 0.1% for FZ and MCz diodes. The effect of the radiation type, electrons or gamma rays, on the predose procedures was analyzed for the FZ n-type device and was observed that the electron pre-irradiation is more efficient regarding the sensitivity decrease. The present work indicates the potential application of FZ and MCz diodes as dosimeters in gamma rays and in electron routine irradiation processes. It is worth noting that the proposed system advantage relies on the possibility of real-time monitoring of electron accelerator parameters.

Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos com diodos resistentes a danos de radiação dos tipos fusão zonal padrão (FZ), fusão zonaI com difusão de oxigênio (DOFZ) e Czochralski magnético (MCz) em dosimetria de processamento por radiação gama. Estes dispositivos de junção p+-n-n+ foram manufaturados por Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) e processados no Centro de Microeletrônica da Universidade de Tecnologia de Helsinki no âmbito da colaboração RD50 do CERN. As sondas dosimétricas, baseadas nos dispositivos FZ, DOFZ and MCz, foram projetadas para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta como dosímetros on-line de radiação. As irradiações foram realizadas no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) no IPEN-CNEN/SP usando a fonte de 60Co (Gammacell 220 Nordion) com a taxa de dose de aproximadamente 2,4 kGy/h. A resposta em corrente de cada diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de dose desde 5 kGy até 50 kGy atingindo a dose total absorvida 275 kGy. Os resultados obtidos demonstraram um significante decréscimo da fotocorrente gerada em todos os dispositivos para doses totais absorvidas superiores a aproximadamente 25 kGy. Para reduzir este efeito, as amostras foram pré-irradiadas com raios gama do 60Co a uma dose de 700 kGy, para saturar a produção de armadilhas no volume sensível do diodo. Depois da pré-irradiação, apesar de serem menos sensíveis, todos os dispositivos apresentaram sinais de corrente estáveis mesmo para a dose total absorvida de 275 kGy. A fim de monitorar possíveis efeitos de danos de radiação VII produzidos nos diodos, as correntes de fuga e capacitância destes dispositivos foram medidas em função da dose total absorvida. As curvas de calibração dos dosímetros mostraram respostas quadráticas com coeficientes de correlação maiores do que 0,9999 para doses totais absorvidas de até 275 kGy. A comparação entre as respostas dosimétricas dos diodos estudados evidenciou que o melhor resultado foi obtido com o MCz que exibiu maiores sensibilidade e estabilidade do que os dispositivos FZ e DOFZ. No entanto, é importante notar que todos os diodos pré-irradiados podem ser utilizados como dosímetros em aplicações de processamento por radiação gama. / In this work we report on results obtained with rad-hard Standard Float Zone (FZ), Diffusion Oxygenated Float Zone (DOFZ) and Magnetic Czochralski (MCz) silicon diodes in gamma radiation processing dosimetry. These p+-n-n+ junction devices were manufactured by Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) and processed by the Microelectronics Center of Helsinki University of Technology in the framework of the CERN RD50 Collaboration. The dosimetric probes, based on FZ, DOFZ and MCz devices, were designed to operate without bias voltage in the direct current mode as on-line radiation dosimeter. The irradiations were performed in the Radiation Technology Center (CTR) at IPEN-CNEN/SP using a 60Co source (Gammacell 220 Nordion) with a dose rate around of 2.4 kGy/h. The current response of each diode was measured as a function of the exposure time in steps from 5 kGy up to 50 kGy to achieve a total absorbed dose of 275 kGy. The results obtained showed a significant decrease in the photocurrent generated in all devices for total absorbed doses higher than approximately 25 kGy. To reduce this effect, the samples were pre-irradiated with 60Co gamma rays at 700 kGy in order to saturate the trap production in the diodes sensitive volume. After pre-irradiation, despite of being less sensitive, all devices exhibited more stable photocurrent signals, even for total absorbed doses of 275 kGy. To monitor possible gamma radiation damage effects produced on the diodes, their dynamic leakage current and capacitance were measured as a function of the absorbed dose. IX The calibration curves of the dosimeters showed quadratic responses with correlation coefficient higher than 0.9999 for total absorbed dose up to 275 kGy. The comparison among the dosimetric response of the diodes studied evidenced that the best result was achieved with the MCz which exhibited higher sensitivity and stability than the FZ and DOFZ devices. However, it is important to note that all pre-irradiated diodes can be used as gamma dosimeters in radiation processing applications.

Neste trabalho foram avaliadas as principais características dosimétricas de diodos crescidos pelos métodos de Fusão Zonal (FZ) e Czochralski magnético (MCz), resistentes a danos de radiação, quando aplicados em dosimetria de processos de irradiação industrial com elétrons (1,5 MeV) e raios gama (60Co). O sistema dosimétrico proposto baseia-se no registro de valores de correntes elétricas geradas nos diodos devido à passagem da radiação ionizante. A uniformidade de resposta de um lote de dispositivos foi analisada para os diodos FZ do tipo n irradiados com raios gama. Para uma dose de até 5 kGy obteve-se um coeficiente de variação de 1,25% dos valores de corrente elétrica registrados. A queda da sensibilidade dos diodos com o acúmulo de dose (Total Ionizing Dose TID) foi observada, de acordo com o esperado, para ambos os diodos FZ e MCz, sendo mais acentuada para dispositivos do tipo n ou com resistividade menor, quando irradiados com raios gama. Nos procedimentos de irradiação com elétrons foram utilizados dois protótipos de sonda dosimétrica, sendo que um deles foi projetado para evitar a deterioração dos contatos elétricos e da metalização dos diodos, fenômeno observado durante o desenvolvimento do projeto. A queda da sensibilidade dos diodos FZ e MCz pré-irradiados foi de aproximadamente 10% e 40%, respectivamente, durante os procedimentos de irradiação com elétrons para uma dose acumulada total de 1,25 MGy. A influência dos danos causados por esse tipo de radiação nas propriedades elétricas dos diodos FZ e MCz foi avaliada por meio das medições de corrente de fuga e da capacitância em função da tensão de polarização. A corrente de fuga, que aumenta com a dose de radiação acumulada, não contribui significativamente para a formação do sinal de corrente durante a irradiação, uma vez que os diodos são operados no modo fotovoltaico, ou seja, sem tensão de polarização. Para o diodo MCz não foram observadas alterações significativas dos valores de tensão de depleção total, evidenciando sua maior tolerância aos danos induzidos pela radiação, como esperado. Como durante os procedimentos de irradiação com elétrons há uma variação acentuada dos valores de temperatura, a influência deste parâmetro para as medições de corrente elétrica foi avaliada por meio da extrapolação dos valores de corrente de fuga até 35°C. A contribuição da corrente de fuga para a corrente induzida pela radiação, devido ao aumento da temperatura, não ultrapassa 0,1% para os diodos FZ e MCz. A influência do tipo de radiação, elétrons ou raios gama, na pré-dose dos diodos foi avaliada para o dispositivo FZ do tipo n e observou-se que a pré-irradiação com elétrons é mais eficiente no tocante à queda da sensibilidade dos dispositivos. Os resultados apresentados neste trabalho indicam a potencialidade da aplicação dos diodos FZ e MCz como dosímetros em processos de irradiação de rotina com raios gama e elétrons. Vale ressaltar que a vantagem do sistema proposto reside na possibilidade de acompanhamento em tempo real dos processos envolvidos, sobretudo para elétrons, permitindo a monitoração dos parâmetros dos aceleradores, tais como velocidade de esteira e corrente elétrica de feixe. / In this work the main dosimetric characteristics of rad-hard Float Zone (FZ) and magnetic Czochralski (MCz) diodes to electrons (1.5 MeV) and gamma (60Co) radiation are evaluated. The dosimetric system proposed is based on electrical current measurements due to radiation interactions on the devices. The batch response uniformity was studied for the n-type FZ diodes irradiated with gamma rays. The coefficient of variation of the current measurement was about 1.25% at 5 kGy of accumulated dose. A sensitivity decrease with the increase of the accumulated dose (Total Ionizing Dose TID) was observed for both FZ and MCz diodes. For gamma irradiation, these effect is more pronounced for n-type or smaller resistivity diodes. Two types of dosimetric probe were used on the electron irradiation procedures, one of them specially designed to avoid the deterioration of the electrical contacts and the diodes metallization. The sensitivity of the preirradiated FZ and MCz diodes fell about 10% and 40%, respectively, during electron irradiation at 1.25 MGy of accumulated dose. The effect of electron radiation damage on the electrical properties of the diodes was studied by the means of leakage current and capacitance measurements as a function of bias voltage. The leakage current increases with the accumulated dose but does not contributes significantly to the current signal, since the diodes are operated in photovoltaic mode, without bias voltage. For the MCz diode no change in the full depletion voltage was observed, which indicates its higher tolerance to radiation-induced damage, as expected. During electron irradiation the temperature increases and in order to determine its influence for the current signals, the leakage current values were extrapolated up to 35 °C. The contribution does not exceed 0.1% for FZ and MCz diodes. The effect of the radiation type, electrons or gamma rays, on the predose procedures was analyzed for the FZ n-type device and was observed that the electron pre-irradiation is more efficient regarding the sensitivity decrease. The present work indicates the potential application of FZ and MCz diodes as dosimeters in gamma rays and in electron routine irradiation processes. It is worth noting that the proposed system advantage relies on the possibility of real-time monitoring of electron accelerator parameters.

Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos com diodos resistentes a danos de radiação dos tipos fusão zonal padrão (FZ), fusão zonaI com difusão de oxigênio (DOFZ) e Czochralski magnético (MCz) em dosimetria de processamento por radiação gama. Estes dispositivos de junção p+-n-n+ foram manufaturados por Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) e processados no Centro de Microeletrônica da Universidade de Tecnologia de Helsinki no âmbito da colaboração RD50 do CERN. As sondas dosimétricas, baseadas nos dispositivos FZ, DOFZ and MCz, foram projetadas para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta como dosímetros on-line de radiação. As irradiações foram realizadas no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) no IPEN-CNEN/SP usando a fonte de 60Co (Gammacell 220 Nordion) com a taxa de dose de aproximadamente 2,4 kGy/h. A resposta em corrente de cada diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de dose desde 5 kGy até 50 kGy atingindo a dose total absorvida 275 kGy. Os resultados obtidos demonstraram um significante decréscimo da fotocorrente gerada em todos os dispositivos para doses totais absorvidas superiores a aproximadamente 25 kGy. Para reduzir este efeito, as amostras foram pré-irradiadas com raios gama do 60Co a uma dose de 700 kGy, para saturar a produção de armadilhas no volume sensível do diodo. Depois da pré-irradiação, apesar de serem menos sensíveis, todos os dispositivos apresentaram sinais de corrente estáveis mesmo para a dose total absorvida de 275 kGy. A fim de monitorar possíveis efeitos de danos de radiação VII produzidos nos diodos, as correntes de fuga e capacitância destes dispositivos foram medidas em função da dose total absorvida. As curvas de calibração dos dosímetros mostraram respostas quadráticas com coeficientes de correlação maiores do que 0,9999 para doses totais absorvidas de até 275 kGy. A comparação entre as respostas dosimétricas dos diodos estudados evidenciou que o melhor resultado foi obtido com o MCz que exibiu maiores sensibilidade e estabilidade do que os dispositivos FZ e DOFZ. No entanto, é importante notar que todos os diodos pré-irradiados podem ser utilizados como dosímetros em aplicações de processamento por radiação gama. / In this work we report on results obtained with rad-hard Standard Float Zone (FZ), Diffusion Oxygenated Float Zone (DOFZ) and Magnetic Czochralski (MCz) silicon diodes in gamma radiation processing dosimetry. These p+-n-n+ junction devices were manufactured by Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) and processed by the Microelectronics Center of Helsinki University of Technology in the framework of the CERN RD50 Collaboration. The dosimetric probes, based on FZ, DOFZ and MCz devices, were designed to operate without bias voltage in the direct current mode as on-line radiation dosimeter. The irradiations were performed in the Radiation Technology Center (CTR) at IPEN-CNEN/SP using a 60Co source (Gammacell 220 Nordion) with a dose rate around of 2.4 kGy/h. The current response of each diode was measured as a function of the exposure time in steps from 5 kGy up to 50 kGy to achieve a total absorbed dose of 275 kGy. The results obtained showed a significant decrease in the photocurrent generated in all devices for total absorbed doses higher than approximately 25 kGy. To reduce this effect, the samples were pre-irradiated with 60Co gamma rays at 700 kGy in order to saturate the trap production in the diodes sensitive volume. After pre-irradiation, despite of being less sensitive, all devices exhibited more stable photocurrent signals, even for total absorbed doses of 275 kGy. To monitor possible gamma radiation damage effects produced on the diodes, their dynamic leakage current and capacitance were measured as a function of the absorbed dose. IX The calibration curves of the dosimeters showed quadratic responses with correlation coefficient higher than 0.9999 for total absorbed dose up to 275 kGy. The comparison among the dosimetric response of the diodes studied evidenced that the best result was achieved with the MCz which exhibited higher sensitivity and stability than the FZ and DOFZ devices. However, it is important to note that all pre-irradiated diodes can be used as gamma dosimeters in radiation processing applications.

Nenhuma / A espectrometria gama é uma técnica que proporciona informações diversas em uma única análise, além de ser rápida e não destrutiva. Por meio de um detector de radiação acoplado a um sistema eletrônico de aquisição de dados, a técnica identifica os radionuclídeos emissores gama em uma amostra com radioatividade natural ou induzida, bem como fornece informações para calcular as suas atividades, a partir do registro e análise do espectro gama. A eficiência é um dos principais parâmetros a ser considerado quando se trabalha com detectores de radiação gama. Seu conhecimento possibilita uma melhor exatidão na quantidade de quantuns de radiação que o detector pode registrar dentre o total que emerge da fonte ou da amostra em estudo. A eficiência pode ser determinada experimentalmente, por métodos teóricos e semiempíricos. Usualmente, a determinação por método experimental é a mais exata, porém exige a aquisição de mais dados, o que torna o procedimento mais trabalhoso. Por sua vez, os métodos teóricos e os semiempíricos são muito menos laboriosos, apesar dos riscos de apresentarem maiores incertezas. Neste trabalho, foi realizado um estudo comparativo para verificar se as equações de eficiência determinadas por métodos semiempíricos e experimental teriam desempenhos similares na determinação das concentrações elementares da amostra de referência IAEA/Soil7, em geometria puntual e não puntual, irradiadas no reator de pesquisa TRIGA MARK I IPR-R1. Por métodos semiempíricos, foram aplicados os programas KayZero for Windows, V. 2.42 específico para cálculo de concentração elementar no método k0 de Ativação Neutrônica e o ANGLE V3.0 desenvolvido para cálculo de eficiência de detectores semicondutores para diversas geometrias. Os resultados indicaram, por meio de avaliação estatística, que as eficiências determinadas experimentalmente e por métodos semiempíricos são similares e igualmente eficazes tanto para a amostra puntual quanto para a não puntual. As diferenças observadas nos resultados das concentrações elementares foram relacionadas às correções aplicadas pelo programa e não consideradas quando se usa a planilha eletrônica e não devido às eficiências determinadas. Este estudo mostrou também que o programa KayZero for Windows analisa e considera como puntual amostras com massa cinco vezes maior que a massa das amostras usualmente analisadas, o que expande o campo de aplicação do programa. / Gamma spectrometry is a technique that provides a piece of information on a sample in one measurement, in a fast and non destructive assay. Such technique identifies gamma emitter radionuclides in natural and induced radioactivity, using a radiation detector linked to an electronic system in order to acquire the data and gamma spectra. To determine the full energy peak efficiency of High-Purity Germanium detector is important for gamma-ray spectrometry experiments. The efficiency of a detector is proportionality constant, which relates the activity of the source being counted and the number of counts observed. This efficiency can be determined applying experimental methods, using theoretical and semi empirical methods. Usually, the determination via an experimental procedure is more accurate, however, it is necessary more data acquisition that makes the procedure more tiring. On the other hand, the theoretical and semi empirical methods are less laborious procedures, despite the risks of higher uncertainties. This comparative study was carried out in order to verify whether the full energy peak efficiency curves determined by experimental and semi empirical methods, would present a similar performance on elemental concentration of reference material IAEA/Soil7, prepared in punctual and non-punctual geometries, and irradiated in the TRIGA MARK I IPR-R1 research reactor. It was applied were applied the KayZero for Windows, V. 2.42 a specific software for elemental concentration determination in the k0-stardadization neutron activation analysis - and ANGLE V3.0 specific method to determine semi conductor detectors gamma efficiencies for several sample geometries. Based on statistical tests u-score and Relative Tendency - the results pointed out for two types of sample geometries, the efficiencies determined experimentally and by semi empirical methods are similar, which were fitted well and worked properly. The deviations observed in the results were related to corrections made by the KayZero for Windows software and didnt apply when the values were calculated using the spread sheet and not related to the efficiency curves themselves. Additionally, it was evidenced that KayZero for Windows software is able to analyze a non-punctual sample, with mass 5 times higher that the usual size, as it were punctual. It points out the versatility of the software and expands the application field.