Este trabalho contempla o desenvolvimento de dosímetros baseados em diodos de Si para a dosimetria de radiação gama para doses desde 1 Gy até 100 Gy. Este intervalo de dose é freqüentemente utilizada em processos de irradiação de cristais, polímeros conjugados e também em vários estudos biológicos conduzidos no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPEN-CNEN/SP. O dosímetro proposto foi construído a partir do diodo cormecial de Si SFH00206 (Siemens), operando em regime fotovoltaico, cujas características elétricas são adequadas para esta aplicação. As correntes geradas no dispositivo pela radiação gama do 60Co dos irradiadores tipo I e II foram registrada por um eletrômetro digital e armazenadas durante todo o tempo de exposição. Em todas as medidas realizadas verificou-se que os sinais de corrente registrados em função do tempo de exposição eram estáveis. Além disso, a fotocorrente do dispositivo mostrou-se linearmente dependente com a taxa de dose desde 6.1x10-2 Gy/min até 1.9x102 Gy/min. As curvas de calibração dos dosímetros, em termos da carga média registrada em função da dose absorvida, foram obtidas pela integração dos sinais de corrente em função do tempo de exposição. Os resultados evidenciaram uma resposta linear do dosímetro, com um coeficiente de correlação melhor que 0,998 para uma dose total absorvida de até 120 Gy. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais, 5% foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento das fontes radioativas de Cobalto-60 nos irradiadores utilizados neste trabalho. / This work envisages the development of dosimeters based on Si diodes for gamma radiation dosimetry from 1 Gy up to 100 Gy. This dose range is frequently utilized in radiation processing of crystal modifications, polymers crosslinking and biological studies carried out in the Radiation Technology Center at IPEN-CNEN/SP. The dosimeter was constructed by a commercial SFH00206 (Siemens) Si diode, operating in a photovoltaic mode, whose electrical characteristics are suitable for this application. The current generated in the device by the Cobalt-60 gamma radiation from the Irradiators types I and II was registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. In all measurements, the current signals of the diode registered as a function of the exposure time were very stable. Furthermore, the device photocurrent was linearly dependent on the dose rate within a range of 6.1x10-2 Gy/min up to 1.9x102 Gy/min. The calibration curves of the dosimeters, e.g., the average charge registered as a function of the absorbed dose were obtained by the integration of the current signals as a function of the exposure time. The results showed a linear response of the dosimeter with a correlation coefficient better than 0.998 for total absorbed dose up to 120 Gy. Finally, due to the small experimental errors 5 % it was also possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalto- 60 radioactive sources in irradiation facilities used in this work.

Este trabalho contempla o desenvolvimento de dosímetros baseados em diodos de Si para a dosimetria de radiação gama para doses desde 1 Gy até 100 Gy. Este intervalo de dose é freqüentemente utilizada em processos de irradiação de cristais, polímeros conjugados e também em vários estudos biológicos conduzidos no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPEN-CNEN/SP. O dosímetro proposto foi construído a partir do diodo cormecial de Si SFH00206 (Siemens), operando em regime fotovoltaico, cujas características elétricas são adequadas para esta aplicação. As correntes geradas no dispositivo pela radiação gama do 60Co dos irradiadores tipo I e II foram registrada por um eletrômetro digital e armazenadas durante todo o tempo de exposição. Em todas as medidas realizadas verificou-se que os sinais de corrente registrados em função do tempo de exposição eram estáveis. Além disso, a fotocorrente do dispositivo mostrou-se linearmente dependente com a taxa de dose desde 6.1x10-2 Gy/min até 1.9x102 Gy/min. As curvas de calibração dos dosímetros, em termos da carga média registrada em função da dose absorvida, foram obtidas pela integração dos sinais de corrente em função do tempo de exposição. Os resultados evidenciaram uma resposta linear do dosímetro, com um coeficiente de correlação melhor que 0,998 para uma dose total absorvida de até 120 Gy. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais, 5% foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento das fontes radioativas de Cobalto-60 nos irradiadores utilizados neste trabalho. / This work envisages the development of dosimeters based on Si diodes for gamma radiation dosimetry from 1 Gy up to 100 Gy. This dose range is frequently utilized in radiation processing of crystal modifications, polymers crosslinking and biological studies carried out in the Radiation Technology Center at IPEN-CNEN/SP. The dosimeter was constructed by a commercial SFH00206 (Siemens) Si diode, operating in a photovoltaic mode, whose electrical characteristics are suitable for this application. The current generated in the device by the Cobalt-60 gamma radiation from the Irradiators types I and II was registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. In all measurements, the current signals of the diode registered as a function of the exposure time were very stable. Furthermore, the device photocurrent was linearly dependent on the dose rate within a range of 6.1x10-2 Gy/min up to 1.9x102 Gy/min. The calibration curves of the dosimeters, e.g., the average charge registered as a function of the absorbed dose were obtained by the integration of the current signals as a function of the exposure time. The results showed a linear response of the dosimeter with a correlation coefficient better than 0.998 for total absorbed dose up to 120 Gy. Finally, due to the small experimental errors 5 % it was also possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalto- 60 radioactive sources in irradiation facilities used in this work.

O processo de irradiação de gemas com raios gama de forma a melhorar as cores é bem aceito na indústria e comércio de jóias. Essas gemas são processadas em irradiadores industriais que são otimizados para outros fins. Para tal, utilizam principalmente aparatos para irradiação dessas pedras no fundo das suas piscinas de armazenamento das fontes, com um aproveitamento menor que o desejado, principalmente pela variação das taxas de dose encontrada nesses dispositivos. O desenvolvimento de um projeto de concepção, que estabelece os princípios físicos de funcionamento e formas de construção do novo tipo de equipamento, foi realizado nesse trabalho. O dispositivo sugerido baseia-se no princípio de rotação e translação circular de cestos em órbitas externa e interna a um porta-fontes cilíndrico, como um sistema planetário. O dispositivo foi idealizado para expor as gemas à irradiação no fundo da piscina, onde estão as fontes. Assim, essas fontes ficam permanentemente blindadas pela lâmina d'água. O irradiador é classificado como categoria III pela AIEA. Para verificar a viabilidade física do princípio básico, ou seja, o uso de cestos cilíndricos rotativos, foram realizados ensaios no Irradiador Multipropósito do CTR, no IPEN, além de simulações correlacionadas usando o aplicativo CADGAMMA adaptado para simular a irradiação submersa. A construção do irradiador definitivo leva ao aumento da qualidade da irradiação das pedras, com maior controle sobre as doses no produto. O custo operacional é significativamente reduzido pois o dispositivo foi otimizado para o beneficiamento pretendido. / The gemstones gamma irradiation process to enhance the color is widely accepted for the jewelry industry. These gems are processed in conventional industrial gamma irradiation plant which are optimized for other purposes, using underwater irradiation devices with high rejection rate due to it's poor dose uniformity. A new conception design, which states the working principles and manufacturing ways of the device, was developed in this work. The suggested device's design is based on the rotation of cylindrical baskets and their translation in circular paths inside and outside a cylindrical source rack as a planetary system. The device is meant to perform the irradiation in the bottom of the source storage pool, where the sources remain always shielded by the water layer. The irradiator matches the Category III IAEA classification. To verify the physical viability of the basic principle, tests with rotating cylindrical baskets were performed in the Multipurpose Irradiator raised in the CTR, IPEN. Also, simulations using the CADGAMMA software, adapted to simulate underwater irradiations were performed. With the definitive irradiator, the irradiation quality will be enhanced with better dose control and the production costs will be significantly lower than market prices due to the intended treatment device's optimization.

O desenvolvimento e calibração de um sistema dosimétrico de rotina baseado no fotodiodo comercial e de baixo custo (SFH 206) é apresentado neste trabalho. A sonda dosimétrica foi projetada para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta. As radiações foram realizadas no irradiador Panorâmico de Cobalto-60 no intervalo de taxas de dose de 8,1 Gy/h a 125 Gy/h. As fotocorrentes geradas no diodo, para cada taxa de dose, foram registradas utilizando um eletrômetro digital e foram armazenadas durante todo o tempo de exposição. A resposta em corrente do diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de 1 Gy até 200 Gy para doses acumuladas de até 15 kGy. Neste intervalo, a resposta em dose do diodo, em função da carga gerada pela dose, foi linear com coeficiente de correlação melhor que 0,998. Estes resultados foram comparados com os obtidos com filmes Gafchromic frequentemente utilizados em dosimetria de rotina. Para monitorar possíveis danos de radiação gama produzidos no diodo, as sensibilidades em corrente e em carga foram medidas em função da dose absorvida. Para doses até 15 kGy, não foi observado qualquer dano de radiação o que confirma a boa reprodutibilidade de resposta do diodo, melhor do que 3 %. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais ( 5% ) e boa resolução espacial do diodo, foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento da fonte radioativa de Cobalto-60 bem como a distribuição da taxa de dose no Irradiador Panorâmico. / The development and calibration of a routine dosimetry system based on commercial, low cost photodiode (SFH 206) are presented in this work. The dosimeter probe was designed to operate unbiased in the direct current mode. The radiations were performed with Cobalt-60 Panoramic Irradiator facility in the dose-rate range of 8.1 Gy/h - 125 Gy/h. The photocurrents generated in the device, in each dose-rate, were registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. The current response of the diode was measured as a function of the time in steps from 1 Gy up to 200 Gy with accumulated dose up to 15 kGy. In this range, the dose-response of the diode, given by the charge as function of dose, was linear with correlation coefficient better than 0.998. These results were compared with those obtained using Gafchromic film dosimetry often used in routine. To monitor possible gamma radiation effects produced on the diode, the current and charge sensitivities were measured as a function of the absorbed dose. For doses up to 15 kGy, it was not observed any radiation damage what confirms the reproducibility of the diode response better than 3 %. Finally, due to the small experimental errors ( 5% ) and good spatial resolution of the diode it was possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalt-60 radioactive source as well the dose-rate mapping in the Panoramic Irradiator.

O processo de irradiação de gemas com raios gama de forma a melhorar as cores é bem aceito na indústria e comércio de jóias. Essas gemas são processadas em irradiadores industriais que são otimizados para outros fins. Para tal, utilizam principalmente aparatos para irradiação dessas pedras no fundo das suas piscinas de armazenamento das fontes, com um aproveitamento menor que o desejado, principalmente pela variação das taxas de dose encontrada nesses dispositivos. O desenvolvimento de um projeto de concepção, que estabelece os princípios físicos de funcionamento e formas de construção do novo tipo de equipamento, foi realizado nesse trabalho. O dispositivo sugerido baseia-se no princípio de rotação e translação circular de cestos em órbitas externa e interna a um porta-fontes cilíndrico, como um sistema planetário. O dispositivo foi idealizado para expor as gemas à irradiação no fundo da piscina, onde estão as fontes. Assim, essas fontes ficam permanentemente blindadas pela lâmina d'água. O irradiador é classificado como categoria III pela AIEA. Para verificar a viabilidade física do princípio básico, ou seja, o uso de cestos cilíndricos rotativos, foram realizados ensaios no Irradiador Multipropósito do CTR, no IPEN, além de simulações correlacionadas usando o aplicativo CADGAMMA adaptado para simular a irradiação submersa. A construção do irradiador definitivo leva ao aumento da qualidade da irradiação das pedras, com maior controle sobre as doses no produto. O custo operacional é significativamente reduzido pois o dispositivo foi otimizado para o beneficiamento pretendido. / The gemstones gamma irradiation process to enhance the color is widely accepted for the jewelry industry. These gems are processed in conventional industrial gamma irradiation plant which are optimized for other purposes, using underwater irradiation devices with high rejection rate due to it's poor dose uniformity. A new conception design, which states the working principles and manufacturing ways of the device, was developed in this work. The suggested device's design is based on the rotation of cylindrical baskets and their translation in circular paths inside and outside a cylindrical source rack as a planetary system. The device is meant to perform the irradiation in the bottom of the source storage pool, where the sources remain always shielded by the water layer. The irradiator matches the Category III IAEA classification. To verify the physical viability of the basic principle, tests with rotating cylindrical baskets were performed in the Multipurpose Irradiator raised in the CTR, IPEN. Also, simulations using the CADGAMMA software, adapted to simulate underwater irradiations were performed. With the definitive irradiator, the irradiation quality will be enhanced with better dose control and the production costs will be significantly lower than market prices due to the intended treatment device's optimization.

O desenvolvimento e calibração de um sistema dosimétrico de rotina baseado no fotodiodo comercial e de baixo custo (SFH 206) é apresentado neste trabalho. A sonda dosimétrica foi projetada para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta. As radiações foram realizadas no irradiador Panorâmico de Cobalto-60 no intervalo de taxas de dose de 8,1 Gy/h a 125 Gy/h. As fotocorrentes geradas no diodo, para cada taxa de dose, foram registradas utilizando um eletrômetro digital e foram armazenadas durante todo o tempo de exposição. A resposta em corrente do diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de 1 Gy até 200 Gy para doses acumuladas de até 15 kGy. Neste intervalo, a resposta em dose do diodo, em função da carga gerada pela dose, foi linear com coeficiente de correlação melhor que 0,998. Estes resultados foram comparados com os obtidos com filmes Gafchromic frequentemente utilizados em dosimetria de rotina. Para monitorar possíveis danos de radiação gama produzidos no diodo, as sensibilidades em corrente e em carga foram medidas em função da dose absorvida. Para doses até 15 kGy, não foi observado qualquer dano de radiação o que confirma a boa reprodutibilidade de resposta do diodo, melhor do que 3 %. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais ( 5% ) e boa resolução espacial do diodo, foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento da fonte radioativa de Cobalto-60 bem como a distribuição da taxa de dose no Irradiador Panorâmico. / The development and calibration of a routine dosimetry system based on commercial, low cost photodiode (SFH 206) are presented in this work. The dosimeter probe was designed to operate unbiased in the direct current mode. The radiations were performed with Cobalt-60 Panoramic Irradiator facility in the dose-rate range of 8.1 Gy/h - 125 Gy/h. The photocurrents generated in the device, in each dose-rate, were registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. The current response of the diode was measured as a function of the time in steps from 1 Gy up to 200 Gy with accumulated dose up to 15 kGy. In this range, the dose-response of the diode, given by the charge as function of dose, was linear with correlation coefficient better than 0.998. These results were compared with those obtained using Gafchromic film dosimetry often used in routine. To monitor possible gamma radiation effects produced on the diode, the current and charge sensitivities were measured as a function of the absorbed dose. For doses up to 15 kGy, it was not observed any radiation damage what confirms the reproducibility of the diode response better than 3 %. Finally, due to the small experimental errors ( 5% ) and good spatial resolution of the diode it was possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalt-60 radioactive source as well the dose-rate mapping in the Panoramic Irradiator.

Esse trabalho foi desenvolvido com a finalidade de melhorar a qualidade dos serviços de calibração e testes de monitores de radiação gama, prestados pelo Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN, assim como diminuir a dose ocupacional dos técnicos envolvidos no processo de calibração, seguindo os princípios de proteção radiológica. Foi realizado o desenvolvimento e a implantação de um sistema automatizado para o processo de calibração de monitores de radiação gama, constituido por (i) um dispositivo pneumático de troca dos atenuadores e (ii) uma mesa de posicionamento, ambos acionados remotamente por intermédio de um painel de comando. Também fez parte a implantação de um Sistema Irradiador Caesa-Gammatron, que aumentou o intervalo de taxa de kerma no ar, devido sua alta atividade em relação ao sistema atualmente em uso no laboratório de calibração com radiação gama. Para isso, foi necessária a instalação de um dispositivo atenuador controlado remotamente nesse sistema irradiador. Por último foi realizado uma avaliação da redução da dose ocupacional. / This work was developed with the aim of improving the quality of the services of calibration and tests of gamma radiation monitors - provided by the IPEN Laboratory of Instrument Calibration - as well as reducing the occupational dose in technicians involved in the process of calibration, following the principles of radiation protection. In this study it was carried out the development and implementation of a system for adequation of the process of gamma radiation monitors calibration. It is constituted by (i) a pneumatic dispositive to exchange the attenuators and (ii) a positioning table, both actuated through a control panel. System was also implemented. A Caesa-Gammatron Irradiator, which increased the range of the air kerma rates, due to its activity higher than the current system of gamma radiation in use in the calibration laboratory. Hence, it was necessary the installation of remotely controlled in the attenuator dispositive in this irradiator system. Lastly, it was carried out an evaluation in the reduction of the occupational doses.

Esse trabalho foi desenvolvido com a finalidade de melhorar a qualidade dos serviços de calibração e testes de monitores de radiação gama, prestados pelo Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN, assim como diminuir a dose ocupacional dos técnicos envolvidos no processo de calibração, seguindo os princípios de proteção radiológica. Foi realizado o desenvolvimento e a implantação de um sistema automatizado para o processo de calibração de monitores de radiação gama, constituido por (i) um dispositivo pneumático de troca dos atenuadores e (ii) uma mesa de posicionamento, ambos acionados remotamente por intermédio de um painel de comando. Também fez parte a implantação de um Sistema Irradiador Caesa-Gammatron, que aumentou o intervalo de taxa de kerma no ar, devido sua alta atividade em relação ao sistema atualmente em uso no laboratório de calibração com radiação gama. Para isso, foi necessária a instalação de um dispositivo atenuador controlado remotamente nesse sistema irradiador. Por último foi realizado uma avaliação da redução da dose ocupacional. / This work was developed with the aim of improving the quality of the services of calibration and tests of gamma radiation monitors - provided by the IPEN Laboratory of Instrument Calibration - as well as reducing the occupational dose in technicians involved in the process of calibration, following the principles of radiation protection. In this study it was carried out the development and implementation of a system for adequation of the process of gamma radiation monitors calibration. It is constituted by (i) a pneumatic dispositive to exchange the attenuators and (ii) a positioning table, both actuated through a control panel. System was also implemented. A Caesa-Gammatron Irradiator, which increased the range of the air kerma rates, due to its activity higher than the current system of gamma radiation in use in the calibration laboratory. Hence, it was necessary the installation of remotely controlled in the attenuator dispositive in this irradiator system. Lastly, it was carried out an evaluation in the reduction of the occupational doses.

O processamento por radiação gama para beneficiamento de produtos tem se tornado uma tecnologia aceita mundialmente. Tem como aplicações a esterilização de produtos médicos, a irradiação de alimentos e produtos agrícolas, a modificação de materiais poliméricos e biomateriais, a preservação de objetos de patrimônio cultural, a esterilização de tecidos humanos para transplante, a mudança de cor em gemas, dentre outros. Desde 2004, o Irradiador Multipropósito de Cobalto-60 do Centro de Tecnologia das Radiações do IPEN tem sido utilizado no estudo e aperfeiçoamento dessas aplicações com objetivos de pesquisa e no estabelecimento de aplicações rotineiras. Este, embora concebido para trabalhar no modo contínuo de irradiação, é utilizado no modo estacionário mais indicado para irradiações de materiais delicados ou de pesquisa. Neste trabalho foram validadas e verificadas experimentalmente as adequações dos métodos à irradiação estacionária; bem como as interrupções para medição de doses em dosímetros de polimetilmetacrilato em processos fracionados, onde seu uso se mostrou adequado para taxas de dose maiores que 2kGy·h-1. A descrição do processo de carga das fontes mostra a importância do seu planejamento e seu impacto na distribuição de taxas de dose. Os mapeamentos das doses e taxas de dose permitiram localizar regiões de valores homogêneos e máximos. Foi estabelecido um procedimento de irradiação de tecidos para aloenxertia utilizando monitoração dosimétrica externa. Foram levantados os custos e despesas de irradiação, aplicáveis a instalações governamentais. O balanço energético da piscina de armazenamento das fontes permitiu calcular o fluxo de calor do sistema e definir as condições máximas de operação sem trocador de calor. / The gamma radiation processing is a well-accepted technology around the world. The mean applications are sterilization of medical products, irradiation of food and agriculture products, polymeric and biomaterials modification, Cultural Heritage objects preservation, humans tissues sterilization, gemstone colorization. Since 2004, the Multipurpose Gamma Irradiation Facility at the Radiation Technology Center of the Nuclear and Energy Research Institute has been used for improvement of research applications and for establishment of routine processes. Moreover, this equipment was developed to work in continuous irradiation mode; it has been used in stationary irradiation mode most of times - recommended to the irradiation of sensible materials. In this work, the applicability of the stationary irradiation methods were experimentally validated and verified. Results shown that absorbed dose measurements carried out with polymethyl methacrylate dosimeters in irradiation processes with interruption can be performed at dose rates upper 2kGy·h-1. Radioactive sources loading and installation processes have been documented showing the importance of planning, as well the impact in the dose rates distribution at the source racks. The dose and dose rate mapping allowed finding homogeneous and higher dose rates zones. A procedure for human tissues irradiation using only external dosimetry was established. The irradiation service costs and expenses related have been estimated, applicable particularly for government facilities. The energetic balance of the sources storage pool was carry out to evaluate the heat transfer conditions and limitations of the system.

O processamento por radiação gama para beneficiamento de produtos tem se tornado uma tecnologia aceita mundialmente. Tem como aplicações a esterilização de produtos médicos, a irradiação de alimentos e produtos agrícolas, a modificação de materiais poliméricos e biomateriais, a preservação de objetos de patrimônio cultural, a esterilização de tecidos humanos para transplante, a mudança de cor em gemas, dentre outros. Desde 2004, o Irradiador Multipropósito de Cobalto-60 do Centro de Tecnologia das Radiações do IPEN tem sido utilizado no estudo e aperfeiçoamento dessas aplicações com objetivos de pesquisa e no estabelecimento de aplicações rotineiras. Este, embora concebido para trabalhar no modo contínuo de irradiação, é utilizado no modo estacionário mais indicado para irradiações de materiais delicados ou de pesquisa. Neste trabalho foram validadas e verificadas experimentalmente as adequações dos métodos à irradiação estacionária; bem como as interrupções para medição de doses em dosímetros de polimetilmetacrilato em processos fracionados, onde seu uso se mostrou adequado para taxas de dose maiores que 2kGy·h-1. A descrição do processo de carga das fontes mostra a importância do seu planejamento e seu impacto na distribuição de taxas de dose. Os mapeamentos das doses e taxas de dose permitiram localizar regiões de valores homogêneos e máximos. Foi estabelecido um procedimento de irradiação de tecidos para aloenxertia utilizando monitoração dosimétrica externa. Foram levantados os custos e despesas de irradiação, aplicáveis a instalações governamentais. O balanço energético da piscina de armazenamento das fontes permitiu calcular o fluxo de calor do sistema e definir as condições máximas de operação sem trocador de calor. / The gamma radiation processing is a well-accepted technology around the world. The mean applications are sterilization of medical products, irradiation of food and agriculture products, polymeric and biomaterials modification, Cultural Heritage objects preservation, humans tissues sterilization, gemstone colorization. Since 2004, the Multipurpose Gamma Irradiation Facility at the Radiation Technology Center of the Nuclear and Energy Research Institute has been used for improvement of research applications and for establishment of routine processes. Moreover, this equipment was developed to work in continuous irradiation mode; it has been used in stationary irradiation mode most of times - recommended to the irradiation of sensible materials. In this work, the applicability of the stationary irradiation methods were experimentally validated and verified. Results shown that absorbed dose measurements carried out with polymethyl methacrylate dosimeters in irradiation processes with interruption can be performed at dose rates upper 2kGy·h-1. Radioactive sources loading and installation processes have been documented showing the importance of planning, as well the impact in the dose rates distribution at the source racks. The dose and dose rate mapping allowed finding homogeneous and higher dose rates zones. A procedure for human tissues irradiation using only external dosimetry was established. The irradiation service costs and expenses related have been estimated, applicable particularly for government facilities. The energetic balance of the sources storage pool was carry out to evaluate the heat transfer conditions and limitations of the system.