Baixe Aula 1 - fontes de radiação [END] e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Naval, somente na Docsity! END COM RADIAÇÕES AULA 1 - FONTES DE RADIAÇÃO Professor Edmilson Monteiro de Souza RADIOATIVIDADE É a propriedade que os núcleos instáveis possuem de emitir partículas e radiações eletromagnéticas, para se tornarem estáveis A radioatividade natural ocorre, geralmente, com os átomos de números atômicos A reação que ocorre nestas condições, isto é, alterando o núcleo do átomo chama-se REAÇÃO NUCLEAR maiores que 82 PORQUE OS ÁTOMOS PODEM EMITIR RADIAÇÕES? Instabilidade Nuclear •Número “inadequado” de nêutrons • Desbalanço de energia interna do núcleo • Busca do estado de menor energia • Emissão de energia - radiação • Partículas e/ou ondas eletromagnéticas. Forma de Energia RADIAÇÃO propagação independe da existência do meio Decaimento Radioativo DECAIMENTO ALFA PATA CARA Para [OR ci Trofa m Z elevado Decaimento Alfa Mesmo a particula alfa com maior energia (maior alcance) não consegue atravessar a camada morta de pele do corpo humano. Esta é uma das fontes mais danosas a saúde, no caso de contaminação interna, ou seja, no caso de ingestão, inalação ou cair na circulação sanguínea. Decaimento Radioativo Decaimento À Decaimento beta (f) Núcleos de massa pequena ou intermediária Decaimento beta negativo (3) - Núcleos com excesso de Sue e EVA - Transformação: n > p Rive] RE e ECN) - Alcance > perda de EE RE) Decaimento beta negativo (P') Equação de Transformação: EUR TA ES MD A o Re AD Decaimento beta negativo (3) Equação de Transformação: ODE RIA A Decaimento Radioativo OLE E Tod Emissão Gama CARACTERÍSTICAS Ondas Eletromagnéticas emitidas do núcleo de átomos em estado excitado de energia • Não possui carga • Perde energia para o meio de forma muito lenta - grande alcance (centímetros de concreto) •Pequeno poder de ionização - produção de muito poucas ionizações RADIAÇÃO X CARACTERÍSTICAS Ondas Eletromagnéticas: Produzidas pela desaceleração de partículas carregadas (especialmente elétrons) - radiação de freamento ou Brehmstrahlung Ou pela transição de elétrons orbitais para órbitas mais internas do átomo - raio X característico • Todas as demais características são idênticas à radiação gama. SÉRIES RADIOATIVAS NOME DA SÉRIE 1º ELEMENTO ÚLTIMO ELEMENTO Existem três séries radioativas naturais e uma artificial Nº DE MASSA TÓRIO Th Pb 232 90 82 208 4n URÂNIO ACTÍNIO NETÚNIO 4n + 1 4n + 2 4n + 3 U Pb 92 238 206 82 U Pb 92 235 207 82 Np Bi 93 237 209 83 Th 90 232 Ra 88 228 Ac 89 228Th 90 228 Ra 88 224 Rn 86 220 86 88 90 92 Po 84 216 Pb 82 212 Bi 83 212Po 84 212 Pb 82 208 78 80 82 84 Np 93 237 Pa 91 233 U 92 233 Th 90 229 225 Ac 89 225 Fr 221 94 88 90 92 Ra 88 87 At 85 217 Bi 83 213 Po 84 213 Pb 82 209 Bi 83 209 80 82 84 86 86 88 90 92 U 92 238 Th 90 234 Pa 91 234 U 92 234 Th 90 230 Ra 88 226 At 85 218 78 80 82 84 Rn 86 222 Po 84 218 Bi 83 214 Po 84 214 Pb 82 210 Pa 83 210 Po 84 210 Pb 82 206 86 88 90 92 U 92 235 Th 90 231 Pa 91 231 Ac 89 227 Th 90 227 Ra 88 223 Rn 86 219 78 80 82 84 Po 84 215 At 85 215 Bi 83 211 Po 84 211 Pb 82 207 Podemos identificar a série radioativa de um nuclídeo através das expressões: O número de massa (A) dos elementos desta série é representado pela expressão: A = 4 x n Ra236 236 4 59: = com resto zero, isto é, 236 = 4 x 59 O número de massa (A) dos elementos desta série é representado pela expressão: A = 4 n + 3x Pa234 231 4 57: = com resto 3, isto é, 231 = 4 x 57 + 3 Fontes artificiais de radiação Fontes artificiais de radiação TIPOS DE FONTES E MODOS DE EXPOSIÇÃO TIPOS DE FONTES • Equipamentos emissores de radiação ionizante: - Precisam de energia para o funcionamento. • Materiais Radioativos: - Naturais ou produzidos artificialmente - Emitem radiação continuamente. TIPOS DE FONTES E MODOS DE EXPOSIÇÃO TIPOS DE FONTES Exemplos de equipamentos emissores de radiação ionizante: • Equipamentos emissores de Raios X: - Diagnóstico médico e odontológico: - Diagnóstico e terapia - Controle de qualidade - Calibração de detetores - Testes de blindagens. EQUIPAMENTOS DE RAIOS X Fonte: Apostila “Aplicações da Energia Nuclear”, Comissão Nacional de Energia Nuclear. TIPOS DE FONTES Exemplos de materiais radioativos: • Fontes Seladas (não há possibilidade de contato com o material radioativo): - Fontes de calibração: - Detectores de radiação - Agricultura: - Estudos de densidade e umidade do solo TIPOS DE FONTES E MODOS DE EXPOSIÇÃO TIPOS DE FONTES Exemplos de materiais radioativos: • Fontes Seladas (não há possibilidade de contato com o material radioativo): - Perfilagem de Poços: - Fonte Gama: Cs-137 - Fonte de Nêutrons: Am-Be FONTES SELADAS PARA PERFILAGEM FONTES SELADAS PARA PERFILAGEM TIPOS DE FONTES E MODOS DE EXPOSIÇÃO TIPOS DE FONTES Exemplos de materiais radioativos: • Fontes Não Seladas (há possibilidade de contato com o material radioativo): - Traçadores e marcadores: - Atividade metabólica - Marcação de DNA - Fluxo de fluidos Uso de traçadores no estudo do comportamento de insetos: A marcação de insetos com radioisótopos é também útil para a eliminação de pragas, identificando qual predador se alimenta de determinado inseto indesejável. Neste caso, o predador é usado em vez insetcidas nocivos à saúde. TIPOS DE FONTES E MODOS DE EXPOSIÇÃO TIPOS DE FONTES Exemplos de materiais radioativos: • Fontes Não Seladas (há possibilidade de contato com o material radioativo): - Medicina Nuclear: - Diagnóstico e terapia - Naturais: - Análises ambientais MODOS DE EXPOSIÇÃO Irradiação Externa: Exposição à radiação emitida pela fonte. - Estar próximo à fonte, considerando a energia de emissão e o tipo de radiação - Equipamentos emissores de radiação ionizante - Fontes seladas - Fontes não-seladas. Interação dos nêutrons com a matéria Os nêutrons não possuem carga e por isso não sentem a ação dos campos eletromagnéticos do átomo e do núcleo. Para os nêutrons sofrerem interação com a matéria, eles precisam chegar suficientemente próximos do núcleo para sentir a ação das forças nucleares. Dessa forma, os nêutrons só interagem por meio de reações nucleares. Renato Semmler • nêutrons térmicos – E < 1 eV • nêutrons epitérmicos – 1 eV < E < 100 keV • nêutrons rápidos – E > 100 keV Interação dos nêutrons com a matéria Mecanismo de interação dos nêutrons - Espalhamento elástico (n, n): o nêutron colide com o núcleo e é espalhado, deixando o núcleo em seu estado fundamental de energia. O valor de Q é igual a zero. Ocorre com nêutrons de qualquer energia. - Espalhamento inelástico (n, n’), (n, n’γ), (n, 2n): Ocorre principalmente com nêutrons Renato Semmler rápidos. O núcleo permanece em um estado excitado e esse excesso de energia pode ser removido pela emissão de radiação gama ou o núcleo pode permanecer durante um certo tempo nesse estado (estado isomérico ou meta-estável). - Captura radioativa (n, γ): É a reação mais comum, sendo produzida por nêutrons térmicos, quase em todos os núcleos. Ocorre também com nêutrons epitérmicos, sendo chamada de captura ressonante. 115 In (n,n' )115m In 27 Al (n,γ)28 Al 197 Au (n,γ)198 Au Interação dos nêutrons com a matéria - Emissão de partículas carregadas (n, p), (n, α), ...: Como as partículas carregadas precisam vencer a barreira de potencial coulombiano, o nêutron deve ter energia mais alta, sendo neste caso, do grupo rápido. - Fissão (n, f): A fissão pode ocorrer com nêutrons térmicos (ex: 235U, 233U) ou com nêutrons rápidos (ex: 238U, 232Th). 27 Al (n,α)24 Na 32 S (n,p )32 P 5 10 B (n,α)3 7 Li térmico Renato Semmler - Reação com nêutrons de alta energia: Ocorre com nêutrons de alta energia (100MeV para cima), havendo uma chuva de partículas, produzidas pela fragmentação do núcleo. • Núcleos de 14N absorvem um nêutron térmico e emitem um próton na reação 14N(n,p)14C. Outras reações que podem ocorrer com nêutrons térmicos são: 14N(n,γ)15N, 16O(n,γ)17O, 12C(n,γ)13C e 1H(n,γ)2H. Os raios gamas emitidos na reação 1H(n,γ)2H são da ordem de 2,2 MeV Interação da Radiação com a Matéria - Neutrons •Nêutrons epitérmicos e rápidos interagem com os elementos H, O e C por espalhamento elástico através das reações H(n,n,)H, O(n,n,)O e C(n,n,)C, com produção de prótons de recuo por parte dos átomos de hidrogênio. Secção de choque A probabilidade de uma reação nuclear ocorrer é expressa em termos da secção de choque da reação que descreve quantitativamente a interação do nêutron com a matéria. O diâmetro do núcleo é da ordem de 10-12cm. Assim, a área da secção geométrica do núcleo é da ordem de 10-24cm2. A secção de choque corresponde à área efetiva com que o projétil “vê” o núcleo. Por conseguinte, a secção de choque (σ) é da ordem de 10-24cm2. 1barn = 1b = 10-24cm2. O significado físico de σ é a probabilidade de um nêutron do feixe interagir por meio desta reação. O lançamento de partículas contra o núcleo de um átomo, realizado em condições controladas de laboratório, transforma um átomo em outro Esta transformação recebe o nome de TRANSMUTAÇÃO ARTIFICIAL N O2 2α 4 2 + + p 1 1 É a divisão de um núcleo em dois núcleos menores, com a liberação de uma quantidade de energia muito grande Uma fissão nuclear importante é reação que explica o princípio de funcionamento da bomba atômica U Krn Ba+ + 92 235 56 140 36 93 0 1 n+ 0 13 É a junção de núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de uma grande quantidade de energia Este processo ocorre no sol, onde núcleos de hidrogênio leve se fundem, formando núcleos de hélio, com liberação de grande quantidade de energia 1 HeH 1 energia+4 2 4 β +1 0 +2 FIM emsmonteiro@gmail.com