neste campo nos leva a perceber o quanto a radioatividade é importante para a vida do ser humano, e o quanto ela pode ser útil, principalmente no desenvolvimento de novas tecnologias. Um exemplo claro disso é o uso de raios X na medicina para ver a estrutura óssea de uma pessoa. Com esta motivação, desenvolvemos um trabalho de medidas da radiação no solo do ITA, com foco maior na detecção de nêutrons térmicos, a fim de registrar o “background” desta radiação no local. Utilizando aparelhos portáteis, fizemos gráficos da radiação detectada em função do tempo, analisando também influência de fenômenos naturais, como, por exemplo, relâmpagos, que são carregados de radiação. Ao final do período de medidas (agosto de 2010 a julho de 2011), contabilizamos um background de nêutrons de 5 x 10-2 nêutrons/cm2.s, valor que ainda não tinha sido medido na região da pesquisa.
Palavras chave: radiação natural, relâmpagos, detectores de radiação ionizantes 1. Introdução
Um átomo emite radiação quando libera energia ou partículas, com a finalidade de ganhar estabilidade. Essa radiação pode ser composta de partículas alfa, partículas beta, pósitrons, nêutrons, raios gama, raios X, entre outros. A este processo de liberação da radiação, dá-se o nome de radioatividade.
A radioatividade é um fenômeno constantemente presente no dia-a-dia de qualquer ser humano. A todo instante estamos expostos a algum tipo de radiação: desde os raios cósmicos até a radiação proveniente do nosso próprio corpo e da Terra.
A radiação a que estamos submetidos pelo nosso corpo se deve principalmente a átomos de Potássio, Carbono e Hidrogênio radioativos, e equivale a uma dose de exposição de aproximadamente 250 microSievert(µSv) por ano.
Além disso, aproximadamente metade do calor liberado pela Terra deve-se ao decaimento radioativo de elementos como o Tório (Th) e o Urânio (U) em seu interior. Isso foi comprovado com a utilização de um detector de anti-neutrinos [6], partículas que são geradas nos decaimentos radioativos.
Adversidades climáticas também influem na radioatividade presente na Terra. Tempestades, por exemplo, podem trazer uma carga grande de radiação, devido às reações que ocorrem na formação de um relâmpago e também através do gás radônio que é carregado por nuvens baixas [3].
Devido à grande importância da radioatividade, é importante determinar o nível de ruído de fundo (background) dessa radiação em função do tempo, no local escolhido para a pesquisa, uma vez que tal banco de dados é ainda deficiente nesta região. Visamos então monitorar essa radiação, verificando como ela se comporta também com os diferentes fenômenos naturais.
Medimos vários tipos de radiação, porém com ênfase nesta publicação, na detecção de nêutrons térmicos. As medidas foram feitas no prédio da Física no ITA, em São José dos Campos - SP, e também em Caraguatatuba, na praia Martin de Sá, no nível do mar.
2. Aparelhos utilizados para as medidas
Para medir os diferentes tipos de radiação, foram usados 3 tipos de aparelhos.
Um deles foi o medidor Geiger (Figura 1), que consegue captar raios X e partículas carregadas. Este aparelho consegue detectar partículas de até 10 MeV de energia [1], e pode ser calibrado para medir a radiação a cada minuto, de 10 em 10 minutos, ou de hora em hora, de acordo com a necessidade do usuário. A maioria das medidas feitas neste trabalho, com este aparelho, foram feitas na calibração de 10 em 10 minutos.
Figura 1. Detector Geiger Gama-Scout.
Para captar nêutrons térmicos, foram utilizados os seguintes medidores: dois grandes, contendo um tubo de He-3, os
quais chamamos de G1 e G2, de 250 cm2 de superfície sensível cada um deles, e outro menor, G0, com um tubo de
apenas de 50 cm2 de área sensível. Na Figura 2, pode-se ver o detector G0 em funcionamento.
Como os nêutrons são partículas neutras, não se consegue detectá-los facilmente. O funcionamento do tubo He-3 se baseia no fato de que, quando um nêutron colide com um átomo de He-3, acontece uma reação que gera um trítio, um próton e bastante energia, segundo a equação nuclear abaixo [4]. Deste modo, o próton gerado, que é uma partícula carregada, emite sinais elétricos no tubo, que serão detectados.
1
n + 3He 3H + 1p + 764keV
A este processo de colisão com o He-3, dá-se o nome de Captura de Nêutrons.
Figura 2. Detector de nêutrons, G0.
Além disso, ainda foi medida a radiação gama no sensor de Iodeto de Sódio ativado com Tálio, NaI(Tl), de 3 x 3 polegadas de dimensão. Na Figura 3, pode-se ver este detector, conectado ao computador que contabiliza as contagens de radiação captadas no tubo.
Figura 3. Detector de radiação gama em funcionamento. 3. Análise e interpretação das medidas feitas
Durante o período de Agosto de 2010 a Julho de 2011, foram coletados cerca de 50 arquivos com extensão txt, gerados pelos detectores de radiação [Geiger (gamascout), Raios Gama e Nêutrons]. Esses arquivos foram utilizados para construir gráficos em função do tempo, através do auxílio de programas como o Origin e o Microsoft Excel. 3.1. Medida de dose de radiação pelo detector Geiger Gama-Scout
O medidor Geiger gera um arquivo contendo medidas em Counts (Número de contagens no intervalo de tempo escolhido), Rate (número de contagens por segundo) e Dose de radiação (medida em µSv/h).
O gráfico da Figura 4 exemplifica uma das contagens feitas pelo medidor Geiger Gama-Scout. Neste período, a umidade do ar estava baixa. Observa-se que a dose de radiação média foi de 0,33 µSv/h.
Figura 4. Dose de radiação medida do dia 12/09/10 ao dia 17/09/10, com tempo seco e baixa umidade do ar, no ITA.
3.2. Medidas da radiação gama
Com o tubo de NaI(Tl), fotomultiplicadora mais cristal, foi medida a radiação gama em alguns períodos. Veja um exemplo de gráfico dessa radiação na Figura 5.
É interessante notar que estes gráficos apresentam uma oscilação. A análise do espectro desses sinais, construído através da FFT (Fast Fourier Transform), permite concluir que a periodicidade é diária, apresentando um pico de radiação durante o dia, como vemos também no trabalho de Mauro A. Alves e Inácio M Martin [5].
Figura 5. Contagens de raios Gama em função do tempo, do dia 25 ao dia 28 de março de 2011. Medidas feitas no ITA.
3.3. Medidas de nêutrons térmicos
A fim de registrar o background de nêutrons no ITA, foram feitas muitas medidas desta radiação durante todo o período de trabalho.
As Figuras 6 e 7 mostram a contagem de nêutrons captada entre os dias 1 e 11 de julho de 2011 com o detector G0 no ITA.
Figura 6. Contagens de Nêutrons no período de 01 a 06 de julho de 2011.
Figura 8. Contagens de Nêutrons no período de 26 de abril a 03 de maio de 2011. Medidas feitas no ITA com o medidor G1.
A Figura 9 mostra mais um gráfico de medidas de nêutrons feitas com o G0 no ITA. A média de contagens por minuto neste período foi de aproximadamente 1 nêutron.
Figura 9. Contagens de Nêutrons no período de 12 a 16 de maio de 2011. Medidas feitas no ITA com o tubo He-3 G0. A Figura 10 mostra um gráfico de dados coletados com o G2 no ITA. Aproximadamente a partir do 8º dia desde o início da contagem, houve um aumento anormal nas contagens, cuja causa também não foi identificada. As medidas até antes disso, no entanto, ficaram boas, indicando uma média de cerca de 3 nêutrons por minuto, como se pode ver na Figura 10.
Figura 10. Contagens de Nêutrons do dia 24/12/10 ao dia 02/01/11. Medidas feitas no ITA com o medidor G2.
No banco de dados por mim efetuado e organizado existe durante esse período de trabalho de 1 ano grande quantidade de gráficos e arquivos que ainda estão sendo explorados. Essas medidas efetuadas com os 3 tipos de detectores servirão para publicações em revistas especializada na área proximamente.
4. Conclusão
Pôde-se observar, durante o desenvolvimento do trabalho, grandes variações nos resultados. Tais variações podem ter sido causadas pela parte elétrica e eletrônica dos aparelhos de medição, pois, como o nível das radiações é pequeno, qualquer fato acima mencionado pode acarretar grandes variações no sinal. Logo, estas variações precisam ser melhor analisadas. No entanto, com as análises das medidas em tempo em que o detector teve ótima performance, medimos o
“background” de nêutrons térmicos na região de São José dos Campos, na interface solo-ar, que foi de 5 x 10-2
nêutrons/cm2.s. Este valor ainda não tinha sido medido na região. 5. Agradecimentos
Agradeço pela orientação do Professor Inácio Malmonge Martin pela dedicação e paciência que teve comigo, e também ao ITA por fornecer a infra-estrutura e o incentivo, necessários para o desenvolvimento do projeto. Agradeço também aos meus pais, Jorge André e Célia Germana, à minha namorada, Nadine Alencar, e aos meus amigos, que me deram sempre apoio e motivação para realizar o trabalho. Agradeço ainda ao CNPq, sem o qual esse projeto não teria sido executado.
6. Referências
[1] Inacio Malmonge Martin, Mauro A Alves, Miguel Ângelo A. Jr., Tobias E. Alves; Medidas da dose de radiação
ionizante no período 2008 a 2011, em São José dos Campos, SP, Brasil., 63a Reunião Anual da SBPC, 10-15 julho
de 2011, Goiânia/GO, Brasil.
[2] Eroshenko E., Velinov P., Belov A., Yanke V., Pletnikov E., Tassev Y., Mishev A., Mateev L., 2010, Relationships between neutron fluxes and rain flows, Russia/Bulgaria, doi:10.1016/j.asr.2010.04.016
[3] Leonid. P. Babich, Robert A. Roussel–Dupré, 2007, The origin of neutron flux increases observed in correlation with lightning, 1Russian Federal Nuclear Center–VNIIEF, Sarov, Nizhegorodskaya oblast, Russia, e-mail: kay@sar.ru; babich@elph.vniief.ru
[4] Martin, Inácio M., Alves, Mauro A., 2010, Observation of a possible neutron burst associated with a lightning discharge, Brazil, Journal Geophysical Review, 2010, Volume 115, Issue 6, CiteID A00E11, JGR, USA, doi:10.1029/2009JA014498.
[5] Martin, Inácio M., Alves, Mauro A., Monitoração de Radiação Gama Ambiental: Observação de Variações Diurnas
e Efeitos Atmosféricos em São José dos Campos, SP, 63a Reunião Anual da SBPC, 10-15 Julho de 2011, Goiânia,
Brasil.
[6] Artigo sobre a relação entre o decaimento radioativo e o calor emitido pela Terra -
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=decaimento-radioativo-calor-da-terra&id=010125110726&ebol=sim
