A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Raios gama e nêutrons e suas aplicações em Física do Solo

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Raios gama e nêutrons e suas aplicações em Física do Solo"— Transcrição da apresentação:

1 Raios gama e nêutrons e suas aplicações em Física do Solo
CEN Técnicas avançadas em física de solos Raios gama e nêutrons e suas aplicações em Física do Solo 1) As radiações 2) Interações com a matéria 3) Sistemas de detecção Osny Bacchi CENA/USP 2008

2 O Átomo elétron Z prótons Núcleo N nêutrons Número de massa A = Z+N
N=A-Z=12-6=6 nêutrons Unidade de massa atômica = uma 1 uma = 1/12 átomo grama do p (próton) = 1,0073 uma = 1, g n (neutron = 1,0087 uma = 1, g e (elétron) = 0,0006 uma = 0, g

3 Instabilidade nuclear e as radiações
Z=N isótopos N (nêutrons) Isótonos (mesmo n. nêutrons) Z (prótons) Linha de estabilidade “Relação empírica” Forças entre partículas nucleares

4

5 Núçleo instável (radioativo)
Fc (força Coulombiana repulsiva) = Newton  Prótons (Z) Fg (força Gravitacional atrativa) = Newton (desprezível) Fn (força Nuclear atrativa) = Newton  Nêutrons (N) Relação N/Z Estabilidade Núçleo instável (radioativo) excesso de prótons  N/Z excesso de nêutrons  a) excesso de prótons Z/N= 0,651 Z/N= 0,646 prótons

6 N (Be) = A –Z = 9-4 = 5nêutrons
b) excesso de nêutrons Diminuição relativa no número de nêutrons N (Be) = A –Z = 9-4 = 5nêutrons Z/N= 0,8 N (C) = A –Z = 12-6 = 6nêutrons Z/N= 1 N = 137 –55 = 82 Z/N= 0,671 Diminuição relativa no número de nêutrons Z/N= 0,691 N = 137 –56 = 81

7 Fonte de nêutrons 1eV = 1,6 10-19 J Cápsula
Energia cinética dos nêutrons Nêutrons rápidos E(média) = 2Mev 1eV = 1, J

8 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 = 0,00124 keV =1,24eV Radiação gama  =10-2A  E = 1240 keV =1,24Mev

9 Corrente alternada Ultravioleta –calor Ráios ultravioleta
Ráios cósmicos Ráios gama Ráios X Ráios ultravioleta Luz visível Ultravioleta –calor microondas Ondas de rádio Corrente alternada Altas frequências Pequenos comprimentos de onda Altas energias Baixas frequências Grandes comprimentos de onda Baixas energias

10  = constante de decaimento do elemento
Definições e Unidades de Radiação Atividade: número de transformações nucleares, ou desintegrações que ocorrem por segundo – Becquerel (Bq) 1Bq = 1dps antigamente Curie (Ci)= 3, Bq Meia vida: Meia-vida, é o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial. Número de átomos radioativos na amostra N = N0 exp(−λt) A = A0 exp(−λt)  = constante de decaimento do elemento Número de desintegrações na amostra 241Am T(1/2) = 458 anos 137Cs T(1/2) = 30 anos λ =0,0015 λ =0,0231 Vida média: tempo médio de duração do elemento na forma radioativa 241Am =659 anos 137Cs =43 anos

11 Dose absorvidade radiação: joule por kilograma = gray (Gy)
Dose equivalente de radiação absorvida: dose absorvida corrigida por um fator (RBE) que expressa o grau de dano biológico relativo da radiação: Nome/Simbolo Massa Carga RBE* alcance Alfa (a) 4 +2 20 2.5 cm no ar (atenuação por uma folha de papel) Beta (b) 0,0006 -1 1 Alguns cm no ar (atenuação por 2.5 cm de madeira) Neutron (n) 5-10 30 m no ar (atenuação por alguns cm de água) Gama (g) 30 m no ar (atenuação por alguns cm de chumbo) 1Gy (1 joule por kilograma) de radiação alfa (RBE=20) absorvida pelo organismo causa o mesmo efeito que 20 Gy de radiação beta ou gama (RBE=1)

12 Taxa de dose a 1 m da fonte*
Dose efetiva: sievert (Sv) : leva em conta a sensibilidade de cada orgão à radiação absorvida – cada orgão exposto tem um fator de sensibilidade. Outra unidade ainda em uso é o rem// 1 Sv = 100 rem. Efeitos biológicos das radiações Efeitos determinísticos: ocorrem sempre quando a dose passa de um certo limite – nausea, avermelhamento de pele, e outros Efeitos estocásticos: podem ocorrer para qualquer dose absorvida- alterações cromossômicas, câncer Limites de doses efetivas International Basis Safety Standards for Protection Against Ionizing Radiation and for the Safety of Radiation Sources: 20 mSv /ano = 2 rem /ano Taxas de doses de fontes de uma sonda de nêutrons/gama Fonte Atividade Taxa de dose a 1 m da fonte* Cs-137 10 mCi 3.3 mrem.hr-1 Am-241/Be 50 mCi 0.11 mrem.hr-1 Both sources 60 mCi 3.41 mrem.hr-1 Dose efetiva anual = 0,2 mSv/ano = 0,02rem/ano

13 Principais interações dos raios gama com a matéria:
A) Efeito fotoelétrico ou absorção fotoelétrica (gamas de baixa energia e alto número atômico Z do alvo) Fóton incidente Átomo q Fotoelétron B) Efeito Çompton ou espalhamento Compton (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

14 e- e+ +e- C) Produção de par (gamas de energias E  1,02 MeV)
(fóton é absorvido pelo núcleo e produz um par de elétrons ) Ráio gama de aniquilação e- e+ +e- Aniquilação E=hn = 2.moc2 = 1,02MeV 0,51Mev

15 Detectores de radiação gama
1) Cintilador sólido NaI (Tl) acoplado a uma válvula fotomultiplicadora 2) Detectores semi-condutores de Ge

16 Principais interações dos nêutrons com a matéria:
Número de colisões elásticas necessárias para reduzir a energia de um nêutron de 2MeV (rápido) para 0,025 eV (lento ou “térmico”) Átomo alvo Número de colisões 1H 18 2H 25 4He 43 7Li 68 12C 115 16O 152 238U

17 Detetor de nêutrons lentos - Câmara de gás 3He
1- reação nuclear (n + 3He) n + 3He -> p (próton) + 3H (tritium) + (764 keV) n + 3He -> p (573 KeV) + 3H (191 KeV) 2- ionização do gás 3He pelo próton resultante p (573 KeV) + 3He -> p + e- + 3He+ Outros detectores de nêutrons

18 1) Sistema de feixe colimado de raios gama
Aplicações da radiação gama em Física do Solo 1) Sistema de feixe colimado de raios gama Computador Fonte g Detetor NaI(Tl) Pré-amplificador Fonte de alimentação Amplificador e analisador Contador Temporizador Amostra Descrição de cada componente: Fonte de raios gama colimação sistema de detecção fotomultiplicadora analisador de pulsos espectro Fontes de raios gama mais utilizadas em física do solo T1/2 = 458 anos T1/2 = 30 anos

19

20

21

22 Espectrometria gama Eg  60Kev Intensidade (cps) Espectro do 241Am
1000 2000 3000 4000 5000 2 3 4 5 6 7 Eγ ~ ( 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 Eγ ~ ( voltagem) Intensidade (cps) Espectro do 137Cs ganho =100x Eg  662Kev

23 Prática 1 Fazer um diagrama de blocos e descrever a função de cada
componente do sistema (cadeia nuclear) de feixe colimado de raios gama do CENA (consultar aos manuais dos componentes eletrônicos) Discorrer sobre a lei de Beer –Lambert sobre atenuação de feixe monocromático de raios gama pela matéria. 3) Explicar o princípio de funcionamento de detectores semi-condutores de Ge para radiação gama Cada aluno apresentará até o último dia de aula um relatório individual sobre os 3 ítens OBS: Dividir a classe em dois grupos de alunos que farão apresentação oral sobre os itens 1 e 2 no início da próxima aula Formar 2 grupos de alunos que deverão preparar e fazer uma apresentação sobre os seguintes temas nos dias 2/05 e 9/05, respectivamente: Tomografia computadorizada de raios gama – descrição do equipamento, princípios da geração de imagens, analisar e discutir algum trabalho publicado com aplicação da técnica em física do solo. Técnica de análise da redistribuição do “fallout” do 137Cs no estudo da erosão e deposição de sedimentos – princípios da técnica, espectrometria gama e análise do Cs no solo, analisar e discutir algum trabalho publicado.


Carregar ppt "Raios gama e nêutrons e suas aplicações em Física do Solo"

Apresentações semelhantes


Anúncios Google