Interação da radiação com a materia Flashcards
1
Q
Interação com a matéria:
A
2
Q
Excitação atômica ou molecular:
A
- Interação onde elétrons são deslocados de seus orbitais de equilíbrio e, ao retornarem, emitem a energia excedente sob a forma de luz ou raios X característicos.
3
Q
Ionização:
A
- Interação onde elétrons são removidos dos orbitais pelas radiações, resultando elétrons livres de alta energia, íons positivos ou radicais livres quando ocorrem quebra de ligações químicas
4
Q
Ativação do núcleo:
A
- A interação de radiações, com energia superior à energia de ligação dos nucleons, com um material, pode provocar reações nucleares, resultando num núcleo residual e emissão de radiação.
- A absorção de nêutrons de baixa energia, denominados de nêutrons térmicos, pode ocorrer com certa frequência dependendo da natureza do material irradiado e da probabilidade de captura do nêutron pelo núcleo (ver Figura 3.1), deixandoo também em um estado excita
5
Q
Seção de choque:
A
- Secção de choque para uma radiação em relação a um dado material é a probabilidade de interação por unidade de fluência de partículas daquela radiação por centro de interação do material.
6
Q
Interação da radiação eletromagnética com a matéria:
A
- As radiações eletromagnéticas ionizantes de interesse são as radiações X e gama. Devido ao seu caráter ondulatório, ausência de carga e massa de repouso, essas radiações podem penetrar em um material, percorrendo grandes espessuras antes de sofrer a primeira interação.
- Este poder de penetração depende da probabilidade ou secção de choque de interação para cada tipo de evento que pode absorver ou espalhar a radiação incidente.
- A penetrabilidade dos raios X e gama é muito maior que a das partículas carregadas, e a probabilidade de interação depende muito do valor de sua energia. Quando a energia dos fótons ultrapassa o valor da energia de ligação dos nucleons, cerca de 8,5 MeV, podem ocorrer as reações nucleares. Assim, para radiações eletromagnéticas com energia de valor no intervalo de 10 a 50 MeV podem ativar a maioria dos elementos químicos com os quais interagir. Nesta região de energia ocorrem as denominadas reações fotonucleares por ressonância gigante. Os principais modos de interação, excluindo as reações nucleares são o efeito fotoelétrico, o efeito Compton e a produção de pares.
7
Q
Efeito fotoelétrico:
A
- O efeito fotoelétrico é caracterizado pela transferência total da energia da radiação X ou gama (que desaparece) a um único elétron orbital, que é expelido com uma energia cinética Ec bem definida.
- Ec=h.v - Be
- onde h é a constante de Planck, v é a frequência da radiação e Be é a energia de ligação do elétron orbital. Como Ec difere da energia do fóton de um valor constante Be, com a sua transferência para o material de um detector, pode ser utilizada como mecanismo de identificação do fóton e de sua energia (Figura 3.2)
- A direção de saída do fotoelétron em relação à de incidência do fóton varia com a energia. Para energias acima de 3 MeV, a probabilidade do elétron sair na direção e sentido do fóton é alta;
- para energias abaixo de 20 keV a maior probabilidade é a de sair com um ângulo de 70graus. Isto se deve à ação dos campos elétrico e magnético que, variando na direção perpendicular à de propagação do fóton, exercem força sobre o elétron na direção de 90°, e se compõe com o momento angular do elétron.
- Nota: O alcance de um fotoelétron de 1 MeV é cerca de 1,8 mm no NaI(Tl) e 0,8 mm no Ge, que são substâncias utilizadas para a confecção de detectores de radiação.
- O efeito fotoelétrico é predominante para baixas energias e para elementos químicos de elevado número atômico Z. A probabilidade de ocorrência aumenta com (Z)4 e decresce rapidamente com o aumento da energia. Para o chumbo, o efeito fotoelétrico é predominante para energias menores que 0,6 MeV e para o alumínio para energias menores que 0,06 MeV. Para os elétrons do mesmo átomo, a probabilidade de ocorrência do efeito fotoelétrico é maior para os que possuem maior energia de ligação, isto é, os elétrons das camadas K, L e M.
8
Q
Efeito Compton:
A
- No efeito Compton, o fóton é espalhado por um elétron de baixa energia de ligação, que recebe somente parte de sua energia, continuando sua sobrevivência dentro do material em outra direção e com menor energia.
- Como a transferência de energia depende da direção do elétron emergente e esta é aleatória, de um fóton de energia fixa podem resultar elétrons com energia variável, com valores de zero até um valor máximo. Assim, a informação associada ao elétron emergente é desinteressante sob o ponto de vista da detecção da energia do fóton incidente. Sua distribuição no espectro de contagem é aleatória, aproximadamente retangular. A energia do fóton espalhado depende da energia do fóton incidente e do ângulo de espalhamento, em relação à direção do fóton incidente
- Quando a energia de ligação dos elétrons orbitais se torna desprezível face à energia do fóton incidente, a probabilidade de ocorrência de espalhamento Compton aumenta consideravelmente.
- O efeito Compton se torna mais provável quando a energia da radiação gama incidente aumenta de valor, ou quando a energia de ligação do elétron que sofre a incidência possui um valor comparativamente menor, a ponto de, considerá-la desprezível em relação à da radiação incidente.
9
Q
Espalhamento coerente ou efeito Rayleigh:
A
- Em interações de fótons de baixa energia com elétrons muito ligados, pode ocorrer uma interação onde o átomo todo absorve o recuo e o fóton praticamente não perde energia, mudando simplesmente sua direção. Esse tipo de interação é denominado espalhamento Compton coerente ou efeito Rayleigh, e a direção de espalhamento predominante é para a frente.
- O efeito Rayleigh tem maior probabilidade de ocorrência para baixas energias dos fótons e para valores altos de Z. Para o carbono, o efeito Rayleigh ocorre na região dos 20 keV de energia dos fótons e contribui com um máximo de 15% de participação na atenuação total.
- O efeito Rayleigh pode ser considerado como um caso particular do espalhamento Compton
10
Q
Formação de par:
A
- Uma das formas predominantes de absorção da radiação eletromagnética de alta energia é a produção de par elétron-pósitron.
- Este efeito ocorre quando fótons de energia superior a 1,022 MeV passam perto de núcleos de número atômico elevado, interagindo com o forte campo elétrico nuclear.
- Nesta interação, ilustrada na Figura 3.6, a radiação desaparece e dá origem a um par elétron-pósitron (2mc2 = 1,022 MeV), por meio da reação:
11
Q
Importância relativa dos efeitos fotoelétrico, compton e formação de pares:
A
12
Q
Interação de neutrons com a matéria:
A
- O nêutron possui grande massa e carga nula e por isso não interage com a matéria por meio da força coulombiana, que predomina nos processos de transferência de energia da radiação com partículas carregadas para a matéria. Por isso é bastante penetrante e, ao contrário da radiação gama, as radiações secundárias são frequentemente núcleos de recuo, principalmente para materiais hidrogenados, com alto poder de ionização. Além dos núcleos de recuo, existem os produtos de reações nucleares tipo (n, α), altamente ionizantes
- Ao contrário das demais radiações, o nêutron tem facilidade de interagir com o núcleo atômico e, às vezes, ativá-lo. O material para a sua blindagem deve ter baixo Z para atenuar significativamente a energia do nêutron no processo de colisões sucessivas ou apresentar reação nuclear de captura para absorvê-lo.
- Fluxos intensos de nêutrons, mono e polienergéticos, podem ser gerados por reatores, artefatos nucleares, reações nucleares do tipo (α,n) com fontes de Am-Be, Po-Be, Pu-Be, Ra-Be, etc., além de reações nucleares (γ,n), (p,n) produzidas em alvos expostos a aceleradores de partículas, cíclotrons, e outros tipos de máquinas.
13
Q
Classificação da energia dos neutrons:
A
14
Q
Tipos de interação com neutrons:
A
- Reações com nêutrons podem ser, grosseiramente, classificadas em duas classes, denominadas de espalhamento e absorção. Nas reações de espalhamento, o resultado final envolve uma troca de energia entre as partículas em colisão, e o nêutron permanece livre após a interação. Nos processos de absorção, o nêutron é retido pelo núcleo e novas partículas são formadas.
15
Q
Interaçao com neutrons por espalhamento:
A
- As reações de espalhamento podem ocorrer em duas maneiras, denominadas de espalhamento elástico e espalhamento inelástico.
- O espalhamento elástico ocorre quando o nêutron colide com um núcleo alvo de massa igual ou próxima à dele, como os materiais hidrogenados. Neste tipo de interação, há a conservação da energia cinética, o nêutron muda de direção e transfere parte de sua energia para o núcleo alvo.
- No espalhamento inelástico, o núcleo alvo tem massa maior que a dele, sendo por ele capturado, formando um núcleo composto num estado excitado, que decai num outro nêutron de menor energia e com a emissão do restante de energia sob a forma de radiação gama. Portanto, neste processo não há a conservação da energia cinética, pois parte da energia de movimento do nêutron inicial se converteu em energia gama.
17
Q
Alcance de partículas carregadas:
A
- As partículas pesadas, como alfa e fragmentos de fissão, têm uma trajetória praticamente em linha reta dentro do material, ao contrário da dos elétrons que é quase aleatória.
18
Q
Alcance e atenuação das radiações no ar e no tecido humano:
A
- Conforme foi descrito, as partículas carregadas quando interagem com um material, nele penetram até transferir toda sua energia, ou seja, possuem um alcance (range), cujo valor depende da sua energia, da densidade e tipo de material.
- As radiações eletromagnéticas, tipo gama e X, não possuem alcance, mas atenuação exponencial, dependente da sua energia e das características do material. A Tabela 3.4 mostra o alcance em (cm) ou o percentual de atenuação das radiações em 100 cm de Ar e 1 cm de Tecido Humano.
