Laboratorio_Virtual_de_Fisica_Nuclear

Prévia do material em texto

232 Revista Brasileira de Ensino de F��si
a, vol. 24, no. 2, Junho, 2002
Laborat�orio Virtual de F��si
a Nu
lear
(Virtual Laboratory on Nu
lear Physi
s)
N. L. Dias, A. G. Pinheiro e G. C. Barroso
nildo,pinheiro,g
b(��si
a.uf
.br)
Departamento de F��si
a, Universidade Federal do Cear�a
Campus do Pi
i, Caixa Postal 6030, CEP - 60455-760, Fortaleza, Ce, Brasil
Re
ebido em 7 de mar�
o, 2002. A
eito em 15 de mar�
o, 2002.
Neste Trabalho �e apresentado um programa desenvolvido para simular um 
onjunto de equipamentos
(dete
tor e 
ontador de radia�
~ao, fontes radioativas e pla
as absorvedoras) usados em um laborat�orio
b�asi
o de F��si
a Nu
lear.
In this work it is presented a software, developed to simulate a set of equipment (probe and radiation

ounter, radioative sour
es and absorbers) that are used in a basi
 nu
lear laboratory.
1 Introdu�
~ao
�E um fato 
onhe
ido que o ensino de f��si
a, sob o ponto
de vista ex
lusivamente te�ori
o, �e apontado por muitos
alunos 
omo desmotivante. A utiliza�
~ao de laborat�orios
de ensino bem equipados 
om aparelhos modernos e em
n�umero su�
iente para serem manipulados por todos os
estudantes �e, sem d�uvida nenhuma, um sonho a ser al-

an�
ado pela maioria de nossas universidades. Assim,
enquanto n~ao al
an�
amos este ideal pedag�ogi
o, pode-
mos motivar nossos alunos ofere
endo, al�em da teoria
pura e simples, a realidade virtual dos programas de
simula�
~ao 
omputa
ional.
Neste Trabalho, apresentamos um programa por n�os
desenvolvido que simula um dete
tor de radia�
~ao tipo
Geiger-M�uller (GM), um 
ontador de radia�
~ao seme-
lhante em muitos aspe
tos aos 
ontadores 
omer
iais
dispon��veis [1, 2℄, três amostras radioativas e pla
as ab-
sorvedoras.
2 O Programa
O programa de instala�
~ao do F��si
a Nu
lear Virtual
(FNV) (radia.exe) est�a dispon��vel para download no
s��tio
www.�si
a.uf
.br/brindes.htm
gratuitamente para quem quiser utiliz�a-lo. Ap�os o
download para sua �area de trabalho, dê um duplo 
lique
em radia.exe para ini
iar a instala�
~ao. Siga os passos
do programa instalador e, ap�os instalado, v�a para:
> Ini
iar > Programas > Radia�
~ao (radiation)
Es
rito em Visual Basi
, o programa FNV apresenta
a tela prin
ipal ini
ialmente 
omo mostra a Fig. 1. Para
utiliz�a-lo, o usu�ario poder�a fazer uso de roteiros para
pr�ati
as de f��si
a nu
lear en
ontrados na literatura, por
exemplo os das referên
ias [3℄ e [4℄. O professor que
quiser apli
�a-lo para um grupo de alunos poder�a es
r-
ever seus pr�oprios roteiros sem maiores problemas, do
mesmo modo que o faz ou faria para experimentos reais.
Como exemplo, forne
emos um roteiro simples para um
dos experimentos poss��veis de ser realizado 
om o FNV.
Em breve, ser~ao disponibilizados outros roteiros.
2.1 Comandos
Para a utiliza�
~ao do FNV, o usu�ario tem �a dis-
posi�
~ao os seguintes 
omandos:
� Idioma: O usu�ario poder�a optar a qualquer mo-
mento por legendas em português ou em inglês;
� Tempo: Para obter uma 
ontagem, �e ne
ess�ario
estabele
er primeiramente o tempo de 
ontagem,
o qual pode variar desse 1 at�e 600 segundos (dez
minutos);
� Ini
iar: Para ini
iar uma 
ontagem, pressione
o bot~ao ini
iar. �E poss��vel obter 
ontagens sem
amostra, 
ontagem de fundo;
� P�ara: Interrompe a 
ontagem em 
urso, quando
pressionada;
� Zera: Zera o n�umero de 
ontagem;
N. L. Dias, A. G. Pinheiro e G. C. Barroso 233
 
 
 
Figura 1: Aparência Inicial da tela principal. 
� Auto: No modo autom�ati
o, o programa reali-
za um n�umero de medidas que deve ser espe
i�-

ado pelo operador na 
aixa vermelha �a direita.
O tempo de 
ada medida deve ser espe
i�
ado
antes de se pressionar o bot~ao Auto. Os resulta-
dos gerados s~ao disponibilizados em uma tabela
mostrada na tela, �a medida que s~ao produzidos.
Os resultados da tabela poder~ao ser salvos em um
arquivo do tipo .txt para serem analizados poste-
riormente; para tanto pressione o bot~ao salva.
Es
olha o nome do arquivo usando nomes dife-
rentes para arquivos distintos;
� Desintegra�
~ao m�axima: Aqui o operador deve
preestabele
er um n�umero m�aximo de linhas que
a tabela deve 
onter. Este n�umero m�aximo deve
ser tanto maior quanto maior for a atividade de
sua amostra e/ou quanto maior for o tempo de

ontagem;
� Limpa: Este bot~ao apaga todos os dados da
tabela;
� Som: Quando utilizado, emite um som a 
ada
desintegra�
~ao;
� 1, 2, 3: Amostras radioativas 
om diferentes
atividades, as quais podem ser arrastadas 
om o
aux��lio do mouse para a posi�
~ao de medida. As
desintegra�
~oes mostradas in
luem a radia�
~ao de
fundo;
� Pb, Fe, Al: Pla
as absorvedoras de 
humbo,
ferro ou alum��nio que podem ser arrastadas 
om
o aux��lio do mouse para a 
aixa 
om o 
ontador
GM. As espessuras das pla
as podem variar no
intervalo de 0,5 
m a 5,0 
m, e o valor 
orrente
�e indi
ado no 
anto esquerdo superior da tela do

omputador.
� Fim: Para sair do programa.
2.2 Resultados
Um n�umero �e gerado aleatoriamente internamente
pelo 
omputador e, se este n�umero estiver a
ima de
um 
erto valor, dizemos que h�a desintegra�
~ao; 
aso

ontr�ario n~ao h�a. Desta forma, os resultados virtuais
s~ao estatisti
amente semelhantes aos obtidos em expe-
rimentos reais. Na Fig. 2 �e apresentado um resultado
t��pi
o da freq�uên
ia versus o n�umero de 
ontagens para
a amostra 2, sem pla
a absorvedora. Resultados seme-
lhantes tamb�em s~ao obtidos para as outras amostras.
234 Revista Brasileira de Ensino de F��si
a, vol. 24, no. 2, Junho, 2002
2.3 Limita�
~oes
O FNV apresenta algumas limita�
~oes em rela�
~ao aos
equipamentos reais, mas que julgamos n~ao essen
iais.
Dentre elas desta
amos:
� N~ao h�a possibilidade de se simular o ajuste de
voltagem do dete
tor GM, por isso mesmo 
on-
sideraremos que o ajuste �e autom�ati
o;
� O tempo de resolu�
~ao entre duas 
ontagens n~ao �e
espe
i�
ado; por isso, ser�a 
onsiderado muito pe-
queno, de modo que n~ao haver�a ne
essidade de se

orrigir o n�umero de 
ontagens.
� N~ao h�a a possibilidade de se determinar a meia
vida das amostras, uma vez elas apresentam sem-
pre as mesmas 
ara
ter��sti
as todas as vezes que
simulamos as 
ontagens;
� O tempo de 
ontagem virtual �e um pou
o menor
que o tempo real. Isso tem a vantagem de tornar
as medidas menos massantes.
3 Con
lus~oes
O programa FNV aqui apresentado n~ao pretende subs-
tituir os equipamentos reais de f��si
a nu
lear. Ele simu-
la, em muitos aspe
tos, os equipamentos reais e forne
e
resultados semelhantes e, por isso mesmo, poder�a ser
usado onde n~ao se disp~oe de tais equipamentos.
Qualquer di�
uldade na utiliza�
~ao do FNV, entre
em 
ontato 
om o Professor Nildo Loiola atrav�es do
endere�
o eletrôni
o nildo��si
a.uf
.br. Estamos re
ep-
tivos a sugest~oes que desde j�a agrade
emos.
Referên
ias
[1℄ Pas
o S
ienti�
, Roseville, CA, USA. (www.pas
o.
om).
[2℄ PHYWE SYSTEME GmbH, Robert-Bos
h-Breite 10,
Gotemberg, Alemanha, (www.phywe.
om).
[3℄ A. Ta�el, A. Baumel e L. Laude
ker, Laboratory Manual
- Physi
s - Its Methods and Meaning, Allyn and Ba
on,
In
., Newton, USA (1986).
[4℄ C. H. Bernard e C. D. Epp, Laboratory Experiments in
College Physi
s, John Willey & Sons, New York, USA
(1987).
N. L. Dias, A. G. Pinheiro e G. C. Barroso 235
MEC - UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR�A CENTRO
DE CIÊNCIAS - DEPARTAMENTO DE F�ISICA LABO-
RAT�ORIO VIRTUAL
P R �A T I C A N0
T�ITULO : ABSORC� ~AO DE RADIAC� ~AO www.�si
a.uf
.br www.agopin.
om
OBJETIVOS:
Estudar a absor�
~ao de radia�
~ao de diversos materiais.
INTRODUC� ~AO:
Nesta pr�ati
a utilizaremos o programa F�ISICA NUCLEAR VIRTUAL para determinar o 
oe�
iente de absor�
~ao
linear de um dos materiais, indi
ados no programa. Se vo
ê desejar determinar o 
oe�
iente dos outros materiais,
pro
eda de maneira semelhante.
TEORIA:
Se um feixe de radia�
~ao de intensidade Io in
ide sobre uma 
hapa de espessura d, de um determinado material,
ele emergir�a 
om uma intensidade menor I, Fig. 1. A diferen�
a Io { I �e absorvida pelo material.
Figura 1: Pla
a absorvedorade espessura d.
A absor�
~ao depende da espessura d e do tipo de material usado. Pode ser mostrado que:
I = Ioe
��d (1)
onde e = 2,718... �e o neperiano, e � �e o 
oe�
iente de absor�
~ao linear do material utilizado.
Tomando-se o logaritmo natural em ambos os lados da Equa�
~ao (1), temos:
ln I = ln Io � �d (2)
Transformando o logaritmo natural em logaritmo na base 10, temos (ln N = 2,3 log N):
2; 3 log I = ��d+ 2; 3 log Io (3)
Dividindo por 2,3, temos:
236 Revista Brasileira de Ensino de F��si
a, vol. 24, no. 2, Junho, 2002
log I = �
�
�
2; 3
�
d+ log Io (4)
A equa�
~ao a
ima �e do tipo y = ax+ b onde �
�
�
2;3
�
�e o 
oe�
iente angular, e log Io �e a interse�
~ao 
om o eixo y.
D - PROCEDIMENTO:
Instale o programa FISICA NUCLEAR VIRTUAL a partir do s��tio www.�si
a.uf
.br/brindes.htm
Coloque uma amostra radioativa (1, 2 ou 3 ) na 
aixa do 
ontador Geiger-M�uller (GM). Para isso, 
lique 
om
o bot~ao esquerdo do mouse sobre a amostra e, mantendo-o pressionado, arraste-a para a posi�
~ao desejada.
Estabele�
a o tempo de 
ontagem; fa�
a-o igual a 120 s.
Fa�
a três medidas da intensidade da radia�
~ao Io, e anote na Tabela 1.
Es
olha uma das pla
as absorvedoras, 
lique 
om o mouse e arraste-a para a posi�
~ao de trabalho, isto �e, para a

aixa do detetor GM. Coloque a pla
a entre o 
ontador e a amostra.
Certi�que-se de que a espessura d da pla
a �e 5mm. Caso seja ne
ess�ario, ajuste a espessura no 
anto superior
esquerdo da tela.
Fa�
a três medidas da intensidade da radia�
~ao e anote na Tabela 1.
Ajuste a espessura da pla
a para 
ada valor indi
ado na Tabela 1 e fa�
a três medidas da radia�
~ao.
Preen
ha os outros 
laros da Tabela 1.
Fa�
a o gr�a�
o de logIversus d e determine o 
oe�
iente de absor�
~ao linear do material usado.
 Espessura 
d (mm) 
I 
(cpm) 
IMÉDIO 
(cpm) 
Log IMÉDIO 
 
 
 
 
Io 
 
zero 
 
 
 
 
 
I1 
 
5 
 
 
 
 
 
I2 
 
10 
 
 
 
 
 
I3 
 
20 
 
 
 
 
 
I4 
 
30 
 
 
 
 
 
I5 
 
40 
 
 
 
 
 
I6 
 
50 
 
 
Tabela 1: Resultados experimentais.
E - QUESTION�ARIO:
1- Denomina-se meia espessura de um determinado material aquela que reduz a intensidade da radia�
~ao para a
metade de seu valor ini
ial. Determine a meia espessura do material estudado.
2- Mostre que o 
oe�
iente de absor�
~ao linear em fun�
~ao da meia espessura, d1=2 �e dado por:
� =
0; 693
d1=2
3- Determine o 
oe�
iente de absor�
~ao linear usando a express~ao obtida a
ima.