Pesquisador cria detector para estudos de raios-x

O espalhamento acontece quando um fóton incidente acerta um elétron e o lança para fora do átomo / Fonte: http://edxrf.if.usp.br/index.php/EDXRF/Teoria

Um detector a gás para raios-x foi desenvolvido a partir do trabalho de mestrado de Eraldo de Sales, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP). O equipamento possui eficiência para ser utilizado pelo Departamento de Física Experimental, que, em seus estudos de espalhamento e difração de raios-x, trabalha com detectores comerciais.

Normalmente comprados de empresas internacionais, os detectores para raios-x costumam ser extremamente caros e de difícil manutenção, sendo necessárias avaliações periódicas. Se avariados, os equipamentos têm de passar pela análise de um técnico da empresa que detém sua patente, no caso do departamento, uma indústria alemã. “Não é bom, porque o laboratório paralisa as atividades. Recentemente o detector ficou cerca de quatro meses parado, teve de ser levado aos EUA para manutenção”, afirma Sales.

O pesquisador buscou então desenvolver um protótipo, uma “solução caseira” para o detector, que serviria também para expandir o conhecimento na área. “Quando se compra o equipamento, ele é uma ‘caixa preta’ ”. Segundo ele, a tecnologia empreendida na área é desconhecida, e, fora das indústrias, não há o domínio da totalidade dos processos da fabricação dos dispositivos. Desta forma, entender seu funcionamento também tem relevância no contexto acadêmico.

Os trabalhos partiram de um detector desenvolvido na USP para o estudo do comportamento de íons pesados. Por lidar com partículas diferentes, mais fáceis de serem detectadas por possuírem energias muito maiores, teve-se de repensar grande parte do processo de produção original. Mudanças no tipo de gás, confecção de novas peças, alterações nas configurações eletrônicas e também simulações feitas por meio de programas computacionais integraram a concepção do protótipo.

As simulações foram especialmente importantes no trabalho de Sales. Os testes por computador substituíram operações empíricas por possibilitarem a recriação das configurações operacionais necessárias e a análise do rendimento a partir de diferentes cenários,como mudanças em condutores ou na tensão aplicada, por exemplo.

O funcionamento do aparelho consiste na interrupção de uma fonte de raios-x (feixe similar a um laser) por uma amostra. Ao atingi-la, parte do feixe sofre espalhamento devido sua interação com as próprias moléculas da amostra. A detecção se dá a partir da interação das radiações eletromagnéticas com o gás do equipamento, uma mistura de CO2 (dióxido de carbono) e argônio (gás nobre que, pela sua falta de afinidade eletrônica, é bom absorvedor de raio-x). O gás, que “perde” elétrons a partir da interação citada, fica com carga positiva. Os elétrons livres são acelerados a partir de uma diferença de potencial, ou tensão elétrica, gerada pela presença de condutores carregados positiva e negativamente.

Eletrodos são utilizados para a coleta destas cargas e o equipamento consegue converter os raios-x, invisíveis, em sinais elétricos. A partir deles é possível reconstruir a trajetória e determinar a posição que o feixe incidiu no gás, observando se houve ou não interação de partículas. Em caso positivo, há a formação de um “padrão bidimensional”, que é a imagem observada no detector. A análise desse padrão permite também a identificação da forma ou mesmo da estrutura da partícula que compõe a amostra.

A relevância do trabalho é notória por ter proposto um detector funcional, mas segundo Eraldo de Sales, a capacidade do protótipo de definir onde se deu a interação não seria tão boa quanto a dos comerciais. O pesquisador pretende desenvolver ideias para otimizar o experimento em seu projeto de doutorado, estudando também a energia das partículas. Segundo ele, alguns aparelhos médicos de detecção se utilizam de uma ideia parecida. A princípio poder-se-ia estudar uma aplicação em aparelhos de raios-x, mas para tal, seriam necessários número maior de testes.