Fontes de radiao Prof Marcelo SantAnna Sala A310

Fontes de radiação Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (La. CAM) e-mail: mms@if. ufrj. br Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 1

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 4 2007. 2 IF UFRJ 2

Decaimento n 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 p(t) = t n 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 [1 -p(t)] Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 3

n no segundo intervalo [1 -p(t)]2 n no n-ésimo intervalo [1 -p(t)]n n Assim, a probabilidade de sobrevivência de um núcleo durante um intervalo de tempo t é Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 4

Atividade de uma fonte n 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 n integrando desde t =0 com N (0)=No até um tempo t , temos n ou ainda onde N é o número de núcleos radioativos e é definida como a constante de decaimento. Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 5

O Curie (Ci) n n 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 226 Ra puro. Para uso em laboratório, os submúltiplos m. Ci 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 4 2007. 2 IF UFRJ 6

Vida média e meia vida n n 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 4 2007. 2 IF UFRJ 7

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 n http: //www. upscale. utoronto. ca/General. Interest/Harrison/Flash/Nuclear/Decay/Nuclear. Decay. html Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 8

Algumas unidades n 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 n Unidade de dose absorvida – gray (rad) 1 Gy (gray) = 1 J. kg-1 = 100 rad = 6, 24 1012 Me. V. kg-1 n 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. n 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). n Na maior parte do mundo, a taxa de dose equivalente de corpo inteiro 0, 4 -4 m. Sv (40 -400 mrem) devido a radiação de fundo natural. Em algumas áreas pode alcançar 50 m. Sv (5 rem). Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 9

Fontes de elétrons rápidos n 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 n 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. : Nuclideo Meia vida Energia máxima dos betas (Me. V) n B) Conversão interna 3 H 12. 26 anos 0, 0186 14 C 5730 anos 0, 156 32 P 14, 28 dias 1, 710 33 P 24, 4 dias 0, 248 35 S 87, 9 dias 0, 167 C) elétron Auger Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 10

Fontes de partículas carregadas pesadas n A) decaimento alfa: Partículas alfa são o núcleo do átomo de 4 He, 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 [Me. V] Intensidade relativa 241 Am 433 dias 5, 486 85% 5, 443 12, 8 % 210 Po 138 dias 5, 305 100 % 242 Cm 163 dias 6, 113 74 % 6, 070 26 % Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 11

(continuação) n 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 Me. V 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 4 2007. 2 IF UFRJ 12

Fontes de Neutrons n n fissão espontânea fontes ( , n) fontes foto-neutrons reações de partículas carregadas Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 13

Fontes de Radiação eletromagnética n raios gamma seguindo decaimento beta radiação de aniquilação raios gamma seguindo reações nucleares Bremsstrahlung Raios X característicos n (Obs. : comparar com lasers e fontes de radiação síncrotron) n n Laboratório de Física Corpuscular aula expositiva 4 2007. 2 IF UFRJ 14

Segurança n Vários tipos de fontes radioativas são utilizadas nos experimentos sugeridos neste curso. As regras simples dadas nesta seção assegurará um manuseamento seguro destas fontes. n 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. n 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. n 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 4 2007. 2 IF UFRJ 15