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Interações da radiação gama com o solo e as técnicas analíticas nelas baseadas Técnicas associadas aplicadas à física do solo: Atenuação de feixe colimado.

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1 Interações da radiação gama com o solo e as técnicas analíticas nelas baseadas Técnicas associadas aplicadas à física do solo: Atenuação de feixe colimado de raios gama Tomografia computadorizada de raios gama Sondas gama

2 Bacchi, O.O.S.; Reichardt, K. Neutron and gamma probes:Their use in agronomy. FAO/IAEA Training courses series ( no prelo) CHASE, G.D. and RABINOWITZ, J.L. (1967). Principles of radioisotope methodology. Third edition. Burgess Publishing Company, Minneapolis, USA. Crestana, S., Mascarenhas, S, Pozzi-Mucelli, R.S Using a computed miniscanner in soil science. Soil Science, v.142, p Ferraz, E.S.B., Mansell, R.S Determining water content and bulk density of soil by gamma ray attenuation methods. Florida: IFAS, (Technical Bulletin, 807) GUZMÁN J., M.E. (1989). Nucleónica básica. Segunda edición. Centro de Documentación e Información Nuclear del Instituto de Asuntos Nucleares, Colombia. IAEA. (1967). Isotope and radiation techniques in soil physics and irrigation studies. Vienna. Austria IAEA. (1990). Use of nuclear techniques in studies of soil-plant relationships. Training Course Series Nº 2. Vienna, Austria. Reichardt, K. Uso da radiação gama na determinação da umidade e densidade do solo. Piracicaba: Tese (Doutoramento). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Literatura recomendada:

3 1) Radiação gama: onda eletromagnética produzida pelos núcleos excitados dos átomos após uma reação nuclear = emissão de energia para atingir um nível de energia mínimo mais estável. Luz vizível =10 4 A E= 0,00124KeV=1,24eV Radiação gama =10 -2 A E= 1240Kev=1,24Mev 1eV= 1, j = 1, erg

4 Fontes de raios gama mais utilizadas em física do solo T 1/2 = 458 anos T 1/2 = 30 anos

5 2) Principais interações dos raios gama com a matéria: Fóton incidente Átomo Fotoelétron A) Efeito fotoelétrico (gamas de baixa energia e alto Z do alvo) B) Efeito Çompton (gamas de energias mais altas) Fóton incidente Átomo Fóton espalhado Elétron de recuo Quando 180 o Backscattering (retroespalhamento) = máxima energia transferida ao elétron

6 C) Produção de par (gamas de energias E 1,02 MeV) e-e- e + +e - Aniquilação Ráio gama de aniquilação Ráio gama de aniquilação E=2.m o c 2 =1,02MeV 0,51Mev

7 Atenuação de um feixe colimado de raios gama pelo solo: (Lei de Lambert-Beer) x IoIo I I oo IoIo

8 Desprezando-se a atenuação pelo ar do solo, para um solo úmido tem-se: Como os coeficientes de atenuação ( dependem da energia da radiação incidente, utilizando-se duas fontes radioativas, 241 Am e 137 Cs, por exemplo, tem-se: Para solo seco: Determinação da densidade d s Conhecidos d s, p, w e X : Determinação de

9 Resolvendo o sistema para d s e tem-se: Determinação simultânea da umidade e densidade do solo

10 Sistema de feixe colimado de raios gama e tomógrafo computadorizado de raios gama Computador Fonte Detector NaI(Tl) Pré-amplificador Fonte de alimentação Amplificador e analisador Contador Temporizador Amostra Descrição de cada componente: colimação sistema de detecção fotomultiplicadora analisador de pulsos e espectro

11 voltagem Intensidade (cps) Espectro do 137 Cs ganho =100x E 662Kev voltagem Intensidade (cps) Espectro do 241 Am ganho=800x E 60Kev Espectrometria gama

12 Tomógrafo de raios gama Computador Sistema movimentador da amostra com rotação e translação IoIo I (I o = atenuação nula) IoIo IoIo Atenuações proporcionais às diferentes densidades

13 20 30 pixel I I o =100 voxel Princípio da geração da imagem tomográfica

14 Exemplos de imagens tomográficas (tomógrafo do CENA/USP)

15 Sondas gama Detector gama Fonte gama Raios gama não colimados detetor recebe raios transmitidos e espalhados necessidade de uma calibração empírica (taxa de contagem versos densidade do solo - N x d s ) tubo de acesso detetor gama fonte gama sistema eletrônico de contagem nível do solo blindagem Raios gama não colimados detector recebe raios espalhados (BS) necessidade de uma calibração empírica ( N x d s ) (Determinação da densidade do solo úmido no campo)

16 Duas situações de medida: a) fonte na superfície do solo BS b) fonte em profundidade BS + transmissão

17 Número de fótons retroespalhados Densidade do material Faixa útil


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