Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (LaCAM)

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1 Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (LaCAM) e-mail: mms@if.ufrj.br
Fontes de radiação Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (LaCAM) Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

2 Radiação natural versus outras fontes
Fonte de radiação % Radiação Natural 67,6 Irradiação médica 30,7 Precipitação 0,6 Fontes diversas 0,5 Exposição ocupacional 0,45 Efluentes de Instalações nucleares 0,15 Tabela – Exposição relativa do homem à radiação ionizante média no ano de 1981, estimada pela Agência Internacional de Energia Atômica. Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

3 Decaimento p(t) = t [1-p(t)]
A probabilidade p(t), de um núcleo sofrer decaimento radioativo dentro de um intervalo de tempo t, é proporcinal somente a este intervalo de tempo, se ele é suficientemente pequeno, de modo que p(t)<<1. A constante de proporcionalidade ou constante de decaimento , é dada por A probabilidade de sobrevivência de um núcleo durante um intervalo de tempo, t, pode ser achado dividindo-se t em n intervalos iguais de duração t. A probabilidade de sobrevivência no primeiro intervalo é dado por p(t) = t [1-p(t)] Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

4 no segundo intervalo no n-ésimo intervalo
Assim, a probabilidade de sobrevivência de um núcleo durante um intervalo de tempo t é [1-p(t)]2 [1-p(t)]n Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

5 Atividade de uma fonte A atividade de uma fonte radioisotopota é definida com a taxa de decaimento e é dada pela lei fundamental do decaimento radioativo, que é válida desde que o grupo inicial não seja abastecido por outros decaimentos é integrando desde t =0 com N (0)=No até um tempo t , temos ou ainda onde N é o número de núcleos radioativos e  é definida como a constante de decaimento. Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

6 O Curie (Ci) A unidade histórica da atividade é o curie (Ci), definida exatamente como 3,7  1010 desintegrações por segundo, que deve sua definição como a melhor estimativa sobre a atividade de 1 g de 226Ra puro. Para uso em laboratório, os submúltiplos mCi e Ci, são mais apropriados. No sistema internacional, no entanto, a unidade para atividade é o becquerel (Bq), 1 Bq = 2,703 10-11 Ci. Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

7 Vida média e meia-vida A vida média, tempo para que o número inicial de núcleos caia de 1/e, é  A meia-vida 1/2, do decaimento radioativo (tempo para que o número inicial de núcleos caia de 1/2) é dada por Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

8 Uma simulação de decaimento
O decaimento de 500 atomos do elemento fictício Balonium. Programa Monte Carlo para simular decaimentos reais. Copyright 2003 David M. Harrison Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

9 Algumas unidades A International Commision on Radiation Units and Measurements (ICRU) recomenda o uso de unidades no SI. Entretanto é comum encontramos grandezas expressas em outros sistemas de unidades, expressas abaixo entre parenteses Unidade de dose absorvida – gray (rad) 1 Gy (gray) = 1 J.kg-1 = 100 rad = 6,24  1012 MeV.kg-1 unidade de exposição – a quantidade de radiação x ou  em um ponto no espaço integrada no tempo.= 1 C kg-1 de ar (roentgen. 1 R = 2,58  10-4 C kg-1) = 87.8 erg de energia liberada por g de ar. Unidades de dose equivalente – para dano biológico = sievert (Sv) . 1 Sv – 100 rem (roentgen equivalent for man). A dose equivalente expressa o risco de longo tempo (primariamente devido ao câncer e leucemia). Na maior parte do mundo, a taxa de dose equivalente de corpo inteiro 0,4-4 mSv ( mrem) devido a radiação de fundo natural. Em algumas áreas pode alcançar 50 mSv (5 rem). Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

10 Fontes de elétrons rápidos
A) Decaimento beta: A fonte mais comum de elétrons rápidos em medidas de radiação e um radioisótopo que decai pela via emissão beta-menos (- ). O processo pode ser escrito esquematicamente como Devido ao fato de que a maioria dos radionuclideos produzidos por bombardeamento de nêutrons em materiais estáveis são beta-ativos, uma grande variedade de emissores beta são disponíveis através da produção em um reator. Ex.: B) Conversão interna C) elétron Auger Nuclideo Meia-vida Energia máxima dos betas (MeV) 3H 12.26 anos 0,0186 14C 5730 anos 0,156 32P 14,28 dias 1,710 33P 24,4 dias 0,248 35­­S 87,9 dias 0,167 Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

11 Fontes de partículas carregadas pesadas
A) decaimento alfa: Partículas alfa são o núcleo do átomo de 4He, ou seja, um sistema ligado de dois prótons e dois nêutrons, e são geralmente emitidos por núcleos muito pesados contendo nucleons em excesso , e por isto são instáveis. A emissão de um aglomerado (cluster) de nucleons em em vez da emissão de um simples nucleon e mais vantajoso energeticamente devido a alta energia de ligação de uma partícula alfa. O núcleo pai (Z, A) e transformado na reação via (Z, A) (Z-2,A-4) + Isótopo Meia-vida Energias [MeV] Intensidade relativa 241Am 433 dias 5,486 85% 5,443 12,8 % 210Po 138 dias 5,305 100 % 242Cm 163 dias 6,113 74 % 6,070 26 % Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

12 (continuação) Devido a sua carga dupla, as partículas alfa possuem uma taxa alta de perda de energia na matéria. O alcance de uma partícula alfa de 5 MeV no ar e somente alguns centimentros, por exemplo. Por esta razão e necessário fazer fontes de alfa muito finas de modo a minimizar a perda de energia e a absorção da partícula. A maioria das fontes alfa são feitas pelo depósito o isotopo na superfície de uma material e protegendo-a com uma camada muito fina de folha metálica. B) fissão espontânea Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

13 Fontes de Neutrons fissão espontânea fontes (,n) fontes foto-neutrons
reações de partículas carregadas Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

14 Fontes de Radiação eletromagnética
raios gamma seguindo decaimento beta radiação de aniquilação raios gamma seguindo reações nucleares Bremsstrahlung Raios X característicos (Obs.: comparar com lasers e fontes de radiação síncrotron) Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ

15 Segurança Vários tipos de fontes radioativas são utilizadas nos experimentos sugeridos neste curso. As regras simples dadas nesta seção assegurará um manuseamento seguro destas fontes. Nunca beba, ou fume no laboratório de radiações. Lave suas mãos no final de cada experimento. No caso de fontes líquidas, luvas e roupas especiais devem ser usadas. Alguns kits de fontes contém fontes seladas (discos metálicos parecidos com uma moeda). Estas fontes possuem atividades menores do que 1 Ci e podem ser manuseadas com seus dedos, mas é recomendável segura-las pelas bordas dos discos. Qualquer fonte com atividade superior a 10 Ci devem ser manuadas com pinças. Com o conhecimento da atividade da fonte e um compromisso entre blindagem, distancia da fonte, e tempo de exposição, podemos usar seguramente os radioisótopos. Laboratório de Física Corpuscular - aula expositiva IF - UFRJ