Fontes de radiação
Prof. Marcelo Sant’Anna
Sala A-310 (LaCAM) e-mail: [email protected]
Laboratório de Física Corpuscular - aula
expositiva 4 - 2008.1 - IF - UFRJ
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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.
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Decaimento

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

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)]
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
no segundo intervalo
[1-p(t)]2

no n-ésimo intervalo
[1-p(t)]n

Assim, a probabilidade de sobrevivência de um núcleo durante
um intervalo de tempo t é

1  t 
t 0 e n
lim
n
 t 
 lim 1  
n
n

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n
 e t
4
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
dN
 N
dt

integrando desde t =0 com N (0)=No até um tempo t , temos
N

No

t
dN
   dt
N
o
ou ainda
N  Noe
 t
onde N é o número de núcleos radioativos
e  é definida como a constante de decaimento.
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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.
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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
1 / 2 
ln 2

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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

http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/Nuclear/Decay/NuclearDecay.html
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8
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 (40-400 mrem) devido a radiação de fundo natural. Em algumas áreas
pode alcançar 50 mSv (5 rem).
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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
A
Z


X Z A1Y     
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 (MeV)
B) Conversão interna
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
C) elétron Auger
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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 %
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(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
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Fontes de Neutrons




fissão espontânea
fontes (,n)
fontes foto-neutrons
reações de partículas carregadas
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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)




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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.
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