Estudo das Radiações

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Estudo das Radiações 
Física – Engenharia Florestal 
 
Radiação 
Transmissão de energia por meio de ondas 
eletromagnéticas ou partículas 
Radiação 
• Radiação corpuscular (partículas) 
– Feixe de partículas elementares 
• Elétrons 
• Prótons 
• Nêutrons 
2
2
1
mvK 
K: energia cinética [J] 
m: massa [kg] 
v: velocidade [m/s] 
Radiação 
• Radiação eletromagnética 
– Campos elétricos e magnéticos oscilantes 
– Propagação com velocidade constante no vácuo 
 
Radiação 
• Radiação eletromagnética 
– Comprimento de onda (λ): distância entre dois 
pontos consecutivos de iguais módulo e sentido 
– Período (T): tempo necessário para propagar 1 λ 
– Frequência (f): número de períodos por tempo 
(inverso do período) 
Radiação 
• Radiação eletromagnética 
fv 
smxcv /103
8

Para ondas eletromagnéticas: 
c: velocidade da luz no vácuo 
Radiação 
• Radiação eletromagnética 
– Propagação descontínua em pequenos pulsos de 
energia  fótons (partículas sem carga e massa 
de repouso nula) 
hfE 
E: energia [J] 
f : frequência [1/s = Hz] 
h: constante de Planck = 6,63x10-34 Js 
Radiação 
• Unidade: 
– Joule [J] 
– Elétron-volt [eV] 
• Um eV é a energia adquirida por um elétron ao 
atravessar, no vácuo, uma diferença de potencial de 
um volt 
1 eV = (1,6x10-19 C)(1V) = 1,6x10-19 J 
 
1 MeV = 1000000 eV = 106 eV 
Radiação 
• Interação da radiação com a matéria 
– Energia suficiente para remover elétrons de seus 
orbitais (ionização)  radiação ionizante 
• α, β e nêutrons (corpuscular) 
• Radiação X e ɣ (eletromagnética) 
 
 
– Energia insuficiente para remover elétrons de seus 
orbitais (excitação)  radiação não-ionizante 
• Microondas, luz visível, ondas de rádio.... 
 
Radiação ionizante 
Radiação 
Transmissão de 
energia 
Origem Energia 
Alfa Corpuscular Núcleo 3 – 9 MeV 
Beta Corpuscular Núcleo 0 – 3 MeV 
Gama 
Onda 
Eletromagnética 
Núcleo 12 keV – 12 MeV 
X 
Onda 
Eletromagnética 
Elétron 124 eV – 12 keV 
Desintegração nuclear 
• Decaimento nuclear/radioativo 
Desintegração nuclear 
• Decaimento nuclear/radioativo 
Partícula α (alfa) 
• 2 prótons e 2 nêutrons (átomo de hélio) 
• Carga +2e 
– Grande poder de ionização  Baixo poder de 
penetração 
• Energia: 3 – 9 MeV 
Partícula β (beta) 
• Elétrons (e-) ou pósitrons (e+) 
• Carga +e ou -e 
– Mais penetrante que partícula alfa 
• Energia: 0 – 3 MeV 
Nêutrons (n) 
• Partícula sem carga 
– Mais penetrante 
• Energia: 0 – 10 MeV 
• Não produz ionização diretamente, transfere energia 
para outras partículas carregadas que podem produzir 
ionização. 
Radiação ɣ (gama) 
• Ondas eletromagnéticas, extremamente penetrantes 
Radiação ɣ (gama) 
• Energia: 12 keV - 12 MeV 
• Diferem quanto à origem: 
– Raios ɣ  núcleo 
– Raios-X  fora do núcleo 
Radiação ionizante 
Desintegração nuclear 
• Decaimento nuclear/radioativo 
Desintegração nuclear 
• Lei fundamental da desintegração radioativa 
t
eNN


0
λ: constante de decaimento 
• Isótopos-pais: 
Desintegração nuclear 
• Processo espontâneo 
– Não se pode prever exato momento da emissão da 
radiação 
• Estimar número de emissões ou transformações a 
num dado tempo  Atividade 
dt
dN
A 
Desintegração nuclear 
• Atividade: 
 
 
 
– Unidade: 
• becquerel (Bq)  Sistema Internacional 
• curie (Ci) 
t
eAA


0
A: atividade no tempo t 
A0: atividade inicial 
λ: constante de decaimento 
dpsBq 11 
BqxdpsxCi
1010
107,3107,31 
Desintegração nuclear 
• Meia-vida (T1/2): 
 
– Tempo necessário para que 
metade dos núcleos tenham se 
desintegrado 
 
 
 
2/12/1
693,02ln
TT

Desintegração nuclear 
• Meia-vida (T1/2): 
 
– Tempo necessário para que metade dos núcleos 
tenham se desintegrado 
 
 
 
Desintegração nuclear 
• Meia-vida (T1/2): 
 
– Tempo necessário para que metade dos núcleos 
tenham se desintegrado 
 
 
 
Radiação ionizante 
Radiação 
Transmissão de 
energia 
Origem Energia 
Alfa Corpuscular Núcleo 3 – 9 MeV 
Beta Corpuscular Núcleo 0 – 3 MeV 
Gama 
Onda 
Eletromagnética 
Núcleo 12 keV – 12 MeV 
X 
Onda 
Eletromagnética 
Elétron 124 eV – 12 keV 
Raios-X 
• Ondas eletromagnéticas, extremamente penetrantes 
Raios-X 
• Energia: 124 eV - 12 keV (X) 
• Diferem quanto à origem: 
– Raios ɣ  núcleo 
– Raios-X  fora do núcleo 
Raios-X 
• Elétrons rápidos colidem com certos materiais e parte 
de sua energia (ou toda) é convertida em fótons de 
raios-X. 
 
 
 
 
Raios-X 
• Elétrons rápidos colidem com certos materiais e parte 
de sua energia (ou toda) é convertida em fótons de 
raios-X. 
 
 
 
 
Raios-X 
• Raios-X de frenamento 
(bremsstrahlung) 
 
 
 
 
• Raios-X característicos 
 
 
 
 
Interação da radiação com a matéria 
 
• Efeito fotoelétrico 
 
• Espalhamento Compton 
 
• Produção de pares 
Transmissão 
Absorção 
Espalhamento 
Interação da radiação com a matéria 
• Efeito fotoelétrico (50 – 500 keV) 
– Emissão de elétrons de um átomo devido à incidência 
da radiação 
– Transferência de toda energia de um fóton para um 
único elétron, que é ejetado do átomo 
– Fóton desaparece  absorvido pelo efeito fotoelétrico 
 
 
Interação da radiação com a matéria 
• Espalhamento Compton (500 keV – 3,5 MeV) 
– Radiação interage com elétron “fracamente ligado”, 
ejetando-o de sua órbita 
– Fóton cede parte de sua energia para o elétron e 
mantém outra parte, sendo desviado de sua direção 
original 
Interação da radiação com a matéria 
• Produção de pares (> 1,02 MeV) 
– Radiação interage com o campo elétrico nuclear 
– Fóton é absorvido, originando um par elétron-
pósitron 
 
Interação da radiação com a matéria 
Energia (keV)
0,01 0,1 1,0 10
Pro
bab
ilid
ade
 de
oco
rrê
nci
a
100 %
50 %
Efeito
fotoelétrico
Espalhamento
Compton
Formação
de pares
Atenuação das radiações nos materiais 
• Intensidade diminuída ao passar pelos materiais: 
– Tipo de material  coeficiente de atenuação 
– Energia do feixe indidente 
Atenuação das radiações nos materiais 
• Intensidade diminuída ao passar pelos materiais: 
x
eII


0
I
0
I
e

x
: intensidade da radiação transmitida 
: intensidade da radiação incidente 
: base logaritmo neperiano 
: coeficiente de atenuação linear (depende da densidade) 
: espessura do material irradiado 
Atenuação 
 
• Intensidade diminuída ao 
passar pelos materiais: 
Percent transmission of a narrow beam of 
monoenergetic photons as a function of the 
thickness of an attenuating slab in units of 
half-value layer (HVL). Absorption conditions 
satisfy requirements for “good geometry.” 
Uso das radiações 
• Florestal 
 
– Análise da densidade da madeira 
 
– Amerício-251, Césio-137 
Uso das radiações 
• Arqueologia 
 
– Idade de objetos ou restos humanos 
 
– Datação por Carbono-14 
Uso das radiações 
• Agricultura 
– Conservação de alimentos 
– Controle ou eliminação de insetos 
– Cobalto-60, raios-X 
Uso das radiações 
• Indústria 
– Exame de interior de materiais lacrados 
Uso das radiações 
• Agricultura e Biologia 
– Auto-radiografia: estudo do transporte nas plantas 
– 14C 
– 35S 
 
Uso das radiações 
• Biologia e Medicina 
– Radiologia diagnóstica: raios-XUso das radiações 
• Biologia e Medicina 
– Radioterapia: destruição de células tumorais 
– Raios-X, ɣ e elétrons 
 
 
Uso das radiações 
• Biologia e Medicina 
– Medicina nuclear: diagnóstico 
 usando isótopos radioativos 
– 99mTc (ɣ) 
 
 
 
Radiação 
Símbolo da presença de radiação (acima dos valores 
encontrado no meio ambiente) 
Radiação 
Proteção 
• Objetivo: prevenir riscos decorrentes dos efeitos da 
radiação, obedecendo-se a doses limites de 
segurança. 
• Exposição criteriosa às radiações 
– Princípio ALARA: “as low as reasonably 
achievable” 
• Só se expor quando houver chances de algum benefício 
• Dose absorvida deve ser a mais baixa possível, 
garantindo a realização do objeto que se baseou o uso, 
• Toda irradiação deve obedecer às doses limites 
Proteção 
• Radiações X e ɣ 
– Distância 
• Intensidade diminui à 
medida que aumenta a 
distância entre fonte e o 
ser irradiado. 
• Taxa de exposição é 
reduzida com o inverso do 
quadrado da distância 
Proteção 
• Radiações X e ɣ 
– Blindagem 
• Meios materiais que absorvem fótons de alta energia 
• Camada semi-redutora: espessura do material capaz 
de reduzir à metade a taxa de exposição de uma dada 
radiação 
• Chumbo 
Proteção 
• Radiações X e ɣ 
– Blindagem 
Proteção 
• Radiações α e β 
– Poder de penetração é baixo  roupas já 
protegem 
• Mãos, rosto (partes descobertas) merecem atenção 
• Capacetes e luvas plásticas apropriadas 
 
Controle de radiação 
• Dispositivos que, colocado em um meio onde exista 
radiação, sejam capazes de indicar sua presença. 
 
– Câmara de ionização: radiações X e ɣ 
 
– Geiger-müller: radiações X e ɣ, e partículas α e β 
 
– Dosímetros: radiações X e ɣ, e partículas β e 
alguns nêutrons