Desenvolvimento de um código computacional aberto de análise quantitativa para determinação de radionuclídeos por espectrometria gama com detectores semicondutores / Development of an open source software of quantitative analysis for radionuclide determination by gamma-ray spectrometry using semiconductor detectors

Marcelo Francis Máduar

A quantificação da atividade de radionuclídeos emissores de raios gama em amostras medidas por espectrometria gama com detectores HPGe depende da análise dos fotopicos presentes no espectro, especialmente da determinação exata das suas áreas líquidas. Tal análise é geralmente realizada com o auxílio de ferramentas de software proprietário. Este trabalho apresenta uma metodologia, descrição de algoritmos e um aplicativo de código aberto, denominado OpenGamma, para a busca e análise de fotopicos a fim de se obter seus parâmetros relevantes e as atividades dos radionuclídeos na amostra. A implementação computacional é distribuída sob licença aberta para o código principal e com o uso de pacotes de software aberto para o projeto da interface e para bibliotecas matemáticas. O procedimento para a busca de picos é realizado em três etapas. Primeiramente, executa-se uma pesquisa preliminar com o método da segunda diferença, que consiste na geração de um espectro derivado para a busca de picos candidatos. Na segunda etapa, calculam-se as larguras experimentais dos picos, dos quais escolhem-se aqueles bem formados e isolados para a obtenção da função de ajuste da largura vs. canal, por meio do método de Levenberg-Marquardt para ajustes não-lineares. Por fim, regiões do espectro com picos agrupados são delimitadas e novo ajuste não-linear é aplicado a cada região para a obtenção dos termos da linha de base e dos fotopicos. A partir destes termos, são calculadas as áreas líquidas dos picos. Para a determinação da atividade, curvas de calibração de eficiência previamente obtidas, bem como dados de transições gama dos radionuclídeos, são incorporadas ao código e aplicadas. O código foi escrito em linguagem C++ e a interface foi desenvolvida com a ferramenta Qt. Para as funções matemáticas e procedimentos de ajuste, foi usada a biblioteca científica GNU (GSL). A validação de código foi feita por meio da análise de: 1) espectros sintéticos de teste da AIEA, especialmente desenhados para a avaliação de desempenho de software; 2) espectros obtidos com amostras de exercícios de intercomparação e 3) espectros da rotina de trabalho do Laboratório de Radiometria Ambiental (LRA) do IPEN e analisados com o aplicativo comercial InterWinner. Os resultados obtidos são consistentes com os valores de referência e com aqueles obtidos pelo aplicativo citado, sugerindo que o código OpenGamma pode ser utilizado com segurança na espectrometria de raios gama de uso geral.

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