![Page 1: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/1.jpg)
Interação da radiação com a matéria 8a aula/9ª aula
i - INTRODUÇÃOii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEMiii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE IONIZANTES
iv – RADIAÇOES INDIRETAMENTE IONIZANTES
![Page 2: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/2.jpg)
i - INTRODUÇÃO
Para que possamos entender as bases da proteção radiológica, dosimetria e teoria de blindagem das radiações, é necessário entendemos os mecanismos pelos quais a radiação interage com a matéria
Sob o ponto de vista físico, as radiações ao interagir com um material, podem nele provocar excitação atômica ou molecular, ionização ou ativação do núcleo
![Page 3: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/3.jpg)
ii-IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM
Excitação Atômica ou molecular:Interação na qual elétrons são deslocados de seus orbitais de equilíbrio e,ao retornarem emitem a energia excedente na forma de luz ou raios X característicosIonização:Interação na qual elétrons são removidos de seus orbitais, resultando em elétrons livres de alta energia, íons positivos ou radicais livres quando ocorrem quebras de ligações químicasAtivação Nuclear:A interação de radiações com energia superior à a energia de ligação dos nucleons com um material, pode provocar reações nucleares, resultando num núcleo residual e emissão de radiaçãoRadiação de frenagemAs radiações constituídas por partículas carregadas, ao interagir com a matéria, pode converter parte de sua energia de movimento (5%), em radiação EM – Raios X
![Page 4: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/4.jpg)
iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE IONIZANTES
Por definição, são aquelas que incluem todas as partículas carregadas, emitidas durante as transformações nucleares, transferindo sua energia ao interagir com elétrons orbitais, ou eventualmente com os núcleos dos átomos do material
Existem 2 processos importantes envolvendo a interação com os elétrons orbitais:
— excitação atômica ou molecular, com a emissão de luz resultante da desexcitação;— ionização, que envolve a ejeção de um elétron orbital, resultando na criação de um par iônico.
A ionização absorve para cada tipo de material determinada quantidade de energia para a formação de um par elétron-ion No ar necessita gastar (33,85+-0,15)eV na formação deste par
![Page 5: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/5.jpg)
As ionizações são a origem dos efeitos que se produzem no meio atravessado pela radiação:
Stoping Power S: É a medida da taxa média pela qual as partículas perdem energia em um dado meio S = dE/dx
222
0
20
24
)1ln(2ln
4
IvmZB
NBvmze
dxdES
![Page 6: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/6.jpg)
Alcance, R,de uma partícula no material (range)
O alcance R de uma partícula em um meio absorvedor é definido coma a penetração neste meio até que sua energia cinética entre em equilíbrio térmico com as partículas do meio, após um percurso direto ou em zig-zag
Este alcance pode ser:Alcance médio, Rm, quando I/I0 =1/2Alcance extrapolado, Re, tomado no eixo x, quando a posição final da partícula não é bem definidaAlcance máximo Rmax corresponde ao maior valor penetrado dentro de um material
![Page 7: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/7.jpg)
iii.1 PARTÍCULAS α
•Têm energias bem definidas•são duplamente carregadas•movem-se com velocidades da ordem de 0,1 c•possuem ionização específica bem alta •poder de penetração limitado
![Page 8: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/8.jpg)
O alcance pode ser expresso semi-empiricamente: <R>= 0,318 E3/2
3<E< 7O alcance ar ou em outro material depende da natureza da fonte, ja que dela depende a energia das partículas:
Elemento Meia-vida Energia (MeV) Alcance no ar (cm)
Th232 1,39 x 1010 4,0 2,5U235 7,13 x 108 4,4 e 4,6 2,9 e 3,1U233 1,62 x 105 4,8 3,3Pu239 2,41 x 104 5,1 3,6
![Page 9: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/9.jpg)
iii.2 Elétrons
Perdem energia principalmente pelas ionizações que causam no meio material e em segunda instância, pela radiação de frenagem.
São partículas leves, cuja trajetória é irregular podendo sofrer retroespalhamento
![Page 10: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/10.jpg)
Alcance para elétrons
![Page 11: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/11.jpg)
iii.3 PARTÍCULAS βMecanismo Interação com Consequência
Colisão elétrons ionização Efeitos sobre o excitação
meio transf. térmicas
Bremsstralung núcleos Raios X
![Page 12: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/12.jpg)
Atenuação de partículas β
xeII 0
![Page 13: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/13.jpg)
A relação entre o alcance (em mg/cm ) e a energia ( MeV), pode ser expressa:
R = 0,54E - 0,133 E > 0,8 MeVR = 0,407E1,38 0,15 MeV < E < 0,8 MeVR = 530E - 106 1,0 MeV < E < 20 MeV Alcance no ar
Energia (MeV) Alcance (m)0,1 0,110,5 1,51,0 3,72,0 8,53,0 13
![Page 14: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/14.jpg)
Alcance:
![Page 15: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/15.jpg)
iii.4 FRAGMENTOS DE FISSÃO
Fragmentos de fissão são íons carregados de átomos de número de massa médio, com alta energia cinética, oriundos da fissão nuclear• Baixa velocidade (α de 4 MeV)•Devido à alta carga iônica, a ionização específica dos fragmentos é alta• Por terem baixas velocidades, a ionização decresce ao longo da o trajetória
![Page 16: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/16.jpg)
Alcances dos fragmentos leves de fissão.
Substância Densidade (103 Kg/m3 ) Alcance (μim)Alumínio 2,7 13,7Ferro 7,86 6,6Zircônio 6,4 9,1Urânio 18,9 6,7U02 (dióxido de 10,0 10,0Urânio)
![Page 17: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/17.jpg)
iv - RADIAÇÕES INDIRETAMENTE IONIZANTES
PROCESSOS INTEGRADOS DE INTERAÇÃO: DISSIPAÇÃO DE ENERGIA
RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS: γ,X•ABSORÇÃO FOTOELÉTRICA•ESPALHAMENTO COMPTON•PRODUÇÃO DE PARES
Interação de Neutrons
![Page 18: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/18.jpg)
Interação com nêutrons
Classificação segundo a energialentos 0,03 eV < n < 100 eVintermediários 100 eV < n < 10 eVrápidos 10 keV < n < 10 keValta energia n > 10 MeV
outérmicos n 0,025 eVepitérmicos 1 eV <n < 100 keVrápidos n > 100 keV
Interagem por colisão direta com o núcleo
![Page 19: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/19.jpg)
a- ABSORÇÃO FOTOELÉTRICA•Acontece quando a radiação X, ou γ transfere sua energia total para um único elétron orbital ejetando-o do átomo com velocidade (processo de ionização).
•A direção de saída do fotoelétron com relação à de incidência do fóton, varia com a energia deste.
•O processo de troca de energia pela equação: Ec = h.f - Elig , sendo Ec a energia cinética, h.f a energia do raio X ou γ incidente e Elig a energia de ligação do elétron ao seu orbital Este elétron expelido do átomo é denominado fotoelétron e poderá perder a energia recebida do fóton, produzindo ionização em outros átomos
![Page 20: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/20.jpg)
b- ESPALHAMENTO COMPTON•Quando a energia da Radiação X ou γ aumenta, o espalhamento Compton torna-se mais freqüente que o efeito fotoelétrico. •O efeito Compton é a interação de um raio X ou γ com um elétron orbital onde parte da energia do raio X ou γ incidente é transferida como energia cinética para o elétron e o restante é cedida para o fóton espalhado, levando-se em consideração também a energia de ligação do elétron. •O fóton espalhado terá uma energia menor e uma direção diferente da incidente.
![Page 21: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/21.jpg)
b- PRODUÇÃO DE PARES•A produção de pares ocorre somente quando fótons de energia igual ou superior a 1,02 MeV passam próximos a núcleos de elevado número atômico. •Nesse caso, a radiação X ou γ interage com o núcleo e desaparece, dando origem a um par elétron-pósitron com energia cinética em diferente proporção. •O pósitron e o elétron perderão sua energia cinética pela ionização e excitação.
h E E 2
02h m c K K
![Page 22: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/22.jpg)
A Determinação da Existência do Pósitron
Carl David Anderson, Prêmio Nobel de 1936, “pela descoberta
do pósitron”.Carl David Anderson -
1905- 1991
![Page 23: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/23.jpg)
O Fenômeno da Aniquilação de Pares
Um elétron e um pósitron, estando próximos um do outro, se unem e são aniquilados.
A matéria desaparece e em seu lugar obtemos energia na forma de radiação (fótons de Raios-).
![Page 24: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/24.jpg)
Quando elétron e pósitron estão em repouso, a conservação do momento linear prediz que os fótons de Raios- criados devem sair do processo na mesma direção e em sentidos opostos.
Isto mostra que neste processo são criados sempre, ao menos dois fótons de Raios-.
![Page 25: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/25.jpg)
Z d o
abs
orv e
d or
20
40
60
80
100
120
Energia do fóton, MeV0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100
Efeito fotoelétricodominante
Efeito Comptondominante
Produção de pares dominante
Energia do fóton nos processos competitivos
![Page 26: Interação da radiação com a matéria 8 a aula/9 ª aula i - INTRODUÇÃO ii - IONIZAÇÃO, EXCITAÇÃO, ATIVAÇÃO E RADIAÇÃO DE FRENAGEM iii – RADIAÇÕES DIRETAMENTE](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081513/570638601a28abb8238ffb0c/html5/thumbnails/26.jpg)
•PROCESSOS INTEGRADOS DE INTERAÇÃO: DISSIPAÇÃO DE ENERGIA