Neutron detectors are important in many areas such as physics, chemistry, biology, and medicine. The 3He is widely used in neutron gaseous detectors however since the early 2000s a severe shortage in the supply of this gas motivated the scientific community to search for alternative solutions with 3He-free detectors, employing 113Cd, 157Gd, 10B, or 6Li as neutron converter. A very promising structure is the Gas Electron Multiplier (GEM) combined with a boron-10 converter layer. It belongs to the family of Micro-Pattern Gaseous Detectors (MPGD) which are a type of gaseous detector with small structures that emerged in the 90s. These small structures are widely used in particle tracking systems, such as the Time Projection Chamber of the ALICE experiment in the LHC-CERN, and are proposed for many other applications, including neutron detection. The study and performance of the detectors can be developed through Monte Carlo simulations exploiting the detector response in various conditions, with different particles and configurations without the cost of building a prototype. It is common two use the frameworks GEANT4 and Garfield++ to accomplish these simulations, which comprehend the nuclear interaction of neutrons as well as the propagation of the reaction products and ionization electrons in the gas medium, its interactions, and the avalanche formation. The reaction products from 10B(n,)7Li have a high ionizing power leading to very time consuming CPU calculations making it impossible to perform them even in a computer cluster. The reduction in processing time by several orders of magnitude is crucial for a substantial study with enough statistics. Therefore, a parameterized fast simulator was developed in this work to evaluate the charge distribution in a more efficient way. This work consists in the study of the performance and optimization of thermal neutron detectors based on GEMs using simulations. The optimizations focus on improving the spatial resolution by exploiting the properties of the working gas, such as its composition and its pressure, making changes in reaction products path length and electron drift and diffusion. The results of this work indicate possible ways to optimize these detectors in addition to providing a versatile tool for future studies of this type of detector.

Detetores de nêutrons são importantes em muitas áreas, como física, química, biologia e medicina. O 3He é amplamente utilizado em detetores gasosos de nêutrons, porém desde o início da década de 2000 uma forte escassez no fornecimento desse gás motivou a comunidade científica a buscar soluções alternativas com detetores livres de 3He, empregando 113Cd, 157Gd, 10B, ou 6Li como conversor de nêutrons. Uma estrutura muito promissora é o multiplicador gasoso de elétrons (GEM) combinado com uma camada de boro-10 como conversora. Esta estrutura pertence à família dos detetores gasosos microestruturados (MPGD) que surgiram na década de 90. Essas estruturas são amplamente utilizadas em sistemas de rastreamento de partículas, como a câmara de projeção temporal (TPC) do experimento ALICE no LHC-CERN, e foram propostas para muitas outras aplicações, incluindo a deteção de nêutrons. O estudo e desempenho dos detetores podem ser desenvolvidos através de simulações de Monte Carlo, explorando a resposta do detetor em diversas condições, com diferentes configurações e partículas sem o custo de construção de um protótipo. É comum utilizar as ferramentas GEANT4 e Garfield++ para realizar estas simulações, que compreendem a interação nuclear do nêutron, bem como a propagação dos produtos dessa interação e de elétrons frutos da ionização no meio gasoso, suas interações e a formação da avalanche. Os produtos da reação 10B(n,)7Li possuem um alto poder de ionização levando a cálculos de CPU muito demorados e tornando-os impossíveis de serem realizados, mesmo em um cluster de computadores. A redução do tempo de processamento em várias ordens de grandeza é crucial para um estudo substancial e com suficiente estatística. Portanto, um simulador rápido foi desenvolvido neste trabalho para avaliar o desempenho de detetores de nêutrons baseados em MPGD de forma eficiente. Este trabalho consiste no estudo do desempenho e otimização de detetores de nêutrons térmicos baseados em GEMs utilizando uma simulação rápida desenvolvida para este projeto. As otimizações se concentram em melhorar a resolução espacial explorando as propriedades do gás utilizado, assim como sua composição e pressão, provocando tanto alterações na distância percorrida pelos produtos da reação bem como na difusão e deriva dos elétrons. Os resultados deste trabalho indicam possíveis caminhos para a otimização desses detetores além de prover uma ferramenta versátil para estudos futuros desse tipo de detetor.