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Determinação de Coeficientes de Atenuação de Materiais

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR
PROGRAMA DE CIÊNCIAS E TÉCNICAS NUCLEARES
DETERMINAÇÃO DOS COEFICIENTES DE ATENUAÇÃO LINEAR
E MÁSSICO PARA Pb, Cu, Al e PMMA NA ENERGIA DA
RADIAÇÃO GAMA DO 241Am
INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA – 4
PROFESSOR: CLEMENTE
PAULO MÁRCIO CAMPOS DE OLIVEIRA
PETERSON LIMA SQUAIR
MAIO DE 2006
2
1. Resumo
Os coeficientes de atenuação linear e mássico do chumbo, cobre, alumínio e acrílico (PMMA) foram
obtidos com um detector cintilador de Iodeto de Sódio (NaI) para a energia da radiação gama de uma
fonte de amerício 241, através da curva de atenuação de cada material. Com os dados adquiridos foi
possível a determinação do valor da meia-espessura para cada situação. Os valores encontrados
apresentam diferença de até 24% quando comparados com os valores do National Institue of Standards
and Technology – NIST.
2.Introdução
A interação das Radiações com a matéria depende do tipo de radiação, da energia e do material no qual
ela interage. Para as radiações eletromagnéticas, raios-x e gama, há basicamente três processos de
maior importância, que são o efeito fotoelétrico, o Compton e a produção de pares. Entretanto, para
fótons com energias inferiores a 1,022 MeV podem ocorrer apenas o efeito fotoelétrico e o Compton.
O coeficiente de atenuação total mede a parcela de radiação efetivamente removida do feixe por
espalhamento e absorção e é dado em função de sua energia (E), do número atômico do material
utilizado (Z) e de sua densidade (ρ). O coeficiente de atenuação linear e mássico total dos materiais é a
soma dos coeficientes relativos a todas as formas de interação. A atenuação gama segue a lei
exponencial dada pela equação 1:
xeII ⋅−⋅= µ0 (1)
onde: I0 representa a intensidade inicial de um feixe de raios gama;
I representa a intensidade final (após a atenuação) de um feixe de raios gama;
x representa a espessura do material absorvedor;
µ representa o coeficiente de atenuação linear característico do material.
A espessura do material necessária para reduzir a intensidade do feixe pela metade é chamada de
“meia-espessura” (X1/2) e é calculada à partir da equação 2:
µ
2ln
2/1 =X (2)
3. Materiais e Métodos
Utilizou-se um detector cintilador de iodeto de sódio – NaI (Figura 1) conectado a uma placa de
aquisição de dados Accuspect FMS de 8192 canais da Camberra e atenuadores de diversos materiais
(chumbo, cobre, alumínio e acrílico) de várias espessuras. A fonte de radiação utilizada foi de
amerício-241 que emite radiação gama em maior abundância na energia de 59,5 keV.
3
Figura 1. Sistema de posicionamento fonte – detector cintilador.
3.1. Determinação do Coeficiente de Atenuação Linear e Mássico
Foram realizadas leituras da intensidade da radiação gama sem a adição de atenuadores. Em seguida
foram adicionadas espessuras conhecidas destes materiais e registrados os valores de contagens. Com
estes dados foram feitas curvas de atenuação para cada material atenuador (Figuras 1, 2, 3 e 4).
O coeficiente de atenuação linear de cada material, para a energia gama de 59,5 keV foi calculada à
partir de uma variação da equação 1, que é dada pela equação 3:
x
I
I0ln
=µ (3)
onde: I0 representa a intensidade inicial de um feixe de raios gama;
I representa a intensidade final (após a atenuação) de um feixe de raios gama;
x representa a espessura do material absorvedor;
µ representa o coeficiente de atenuação linear característico do material.
O coeficiente de atenuação mássico foi calculado através da utilização da equação 4:
ρ
µµ =Mássico (4)
Simultaneamente aos cálculos dos coeficientes de atenuação linear e mássico, foi calculada a
meia-espessura de todos os atenuadores através da equação 2.
4
4. Resultados
À partir dos dados obtidos durante a realização do experimento foram feitos os seguintes gráficos, que
representam a curva de atenuação de cada material atenuador para a energia da radiação gama do
amerício-241:
Curva de Atenuação - Chumbo
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
Espessura (cmPb)
In
te
n
s
id
a
de
 
da
 
R
a
di
a
çã
o
 
(%
)
Figura 1. Curva de atenuação do chumbo.
Curva de Atenuação - Alumínio
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
Espessura (cmAl)
In
te
n
si
da
de
 
da
 
R
a
di
a
çã
o
 
(%
)
Figura 3. Curva de atenuação do alumínio.
Curva de Atenuação - Cobre
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
Espessura (cmCu)
In
te
n
s
id
a
de
 
da
 
R
a
di
a
çã
o
 
(%
)
Figura 2. Curva de atenuação do cobre.
Curva de Atenuação - Acrílico
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
0 1 2 3 4 5 6
Espessura (cmPMMA)
In
te
n
s
id
ad
e 
da
 
R
a
di
a
çã
o
 
(%
)
Figura 4. Curva de atenuação do acrílico.
Os coeficientes de atenuação linear e mássico para cada atenuador, bem como o valor de sua meia-
espessura estão dispostos na tabela 1. É apresentada uma comparação entre os valores experimentais
divulgados pelo NIST (National Institute of Standards and Technology) e os calculados em relação aos
coeficientes de atenuação.
Tabela 1. Comparação entre os coeficientes de atenuação linear e mássico com os dados do NIST para cada atenuador.
Material � � (NIST) � �/� �/� (NIST) Diferença X1/2
Atenuador (cm-1) (cm-1) (g/cm3) (cm2/g) (cm2/g) (%) (cm)
Chumbo 47,07 58,06 11,34 4,15 5,12 -18,94 0,015
Cobre 11,12 14,57 8,94 1,24 1,63 -23,67 0,062
Alumínio 0,62 0,76 2,70 0,23 0,28 -17,70 1,110
Acrílico 0,11 0,10 1,19 0,09 0,09 4,33 6,417
5
5. Conclusões
Através da realização do experimento pode-se confirmar que os valores do coeficiente de atenuação
linear e mássico de um material é proporcional ao seu número atômico e à sua densidade.
É importante salientar que as diferenças entre os coeficientes de atenuação apresentadas entre os
valores do NIST e os valores calculados neste experimento podem ter origem nas incertezas com
relação às espessuras, densidade e pureza de cada material atenuador.
6. Referências Bibliográficas
1. Price, W.J.: Nuclear Radiation Detection, 2ª ed., McGraw-Hill Book Conpany, Inc., New York,
1964.
2. Mafra, O.Y.: Técnicas e Medidas Nucleares, 1ª ed., Edgard Blücher Ltda – Editora da Universidade
de São Paulo, São Paulo, 1973.
3. KNOLL, G.F.: Radiation Detection and Measurement, 3ª ed., New York, NY: John Wiley, 2000.
4. Departamento de Física da Faculdade de Lund - Suécia, The Lund/LBNL Nuclear Data Search,
conteúdo extraído do site: http://nucleardata.nuclear.lu.se/nucleardata/toi em 22/05/2006.
5. Laboratório de Física do NIST (National Institute of Standards and Technology), Physical Reference
Data, conteúdo extraído do site: http://physics.nist.gov/cgi-bin/Xcom/xcom2 em 22/05/2006.

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