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Técnicas associadas aplicadas à física do solo:

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Apresentação em tema: "Técnicas associadas aplicadas à física do solo:"— Transcrição da apresentação:

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 Literatura recomendada:
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”.

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. 1eV= 1, j = 1, erg Luz vizível  =104A  E= 0,00124KeV=1,24eV Radiação gama  =10-2A  E= 1240Kev=1,24Mev

4 Fontes de raios gama mais utilizadas
em física do solo T1/2 = 458 anos T1/2 = 30 anos

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

6 e- e+ +e- E=2.moc2=1,02MeV Aniquilação
C) Produção de par (gamas de energias E  1,02 MeV) e- e+ +e- Aniquilação Ráio gama de aniquilação E=2.moc2=1,02MeV 0,51Mev 0,51Mev

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

8 Desprezando-se a atenuação pelo ar do solo, para um solo
úmido tem-se: Conhecidos ds , mp ,mw e X :  Determinação de q  Determinação da densidade ds Para solo seco:  Como os coeficientes de atenuação (m) dependem da energia da radiação incidente, utilizando-se duas fontes radioativas, 241Am e 137Cs, por exemplo, tem-se:

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

10 Descrição de cada componente: colimação sistema de detecção
Sistema de feixe colimado de raios gama e tomógrafo computadorizado de raios gama Computador Fonte g 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 Espectrometria gama Eg  60Kev Intensidade (cps) Espectro do 241Am
1000 2000 3000 4000 5000 2 3 4 5 6 7 voltagem Intensidade (cps) Espectro do 241Am ganho=800x Eg  60Kev 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 voltagem Intensidade (cps) Espectro do 137Cs ganho =100x Eg  662Kev

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

13 I Princípio da geração da imagem tomográfica voxel 20 pixel 30 100 40

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

15 Sondas gama (Determinação da densidade do solo úmido no campo)
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 ds ) 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 ds )

16 Duas situações de medida: a) fonte na superfície do solo BS
Fonte gama na posição BS Profundidade de medida posição z Detetor gama 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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