A Atenuação de Fotões

Determinação do Coeficiente Linear de Atenuação de Fotões

Francisco Lelewell 47917, Rui Ribeiro 15841

Caracterização do coeficiente linear de atenuação de fotões para alguns materiais elementares, como função da Energia e do número atómico. Caracterização desse coeficiente e suas dependências.

I. INTRODUÇÃO TEÓRICA

A radiação, sob o ponto de vista da Física, consiste na propagação de energia entre dois pontos, seja no vácuo ou em qualquer meio material sendo comumente descrita como energia em trânsito e podendo ocorrer através de uma onda electromagnética ou de uma partícula. In- dependentemente do tipo, ela age sobre o meio onde se propaga depositando energia.

A interação da radiação com a matéria depende da ener-

gia e do meio onde se dá a propagação, sendo habitual a sua classificação como Radiação Ionizante e Radiação não Ionizante.

A radiação X e γ interagem com a matéria através de diversos processos físicos:

• Efeito Fotoeléctrico

A interação ocorre quando o fotão é totalmente ab- sorvido, transferindo a totalidade da sua energia para o electrão mais fortemente ligado, que se "ejecta"da sua órbita. O espaço libertado por este foto-electrão pode ser ocupado por electrões das camadas superiores, o que origina e emissão de fotões.

A maior probabilidade para a ocorrência deste efeito acontece quando a energia do fotão primário é ligeira- mente mais elevada que a energia de ligação dos electrões da camada mais interna do átomo em questão.

O Efeito Fotoeléctrico é inversamente proporcional ao cubo da energia do feixe incidente, o que evidencia o seu rápido decaimento para energias mais elevadas.

É directamente proporcional ao cubo do número ató- mico do alvo, sendo mais provável interagir com materi- ais de Z mais elevado por comparação com os de Z mais baixo.

Figura 1. Diagrama esquemático do Efeito Fotoeléctrico.

• Dispersão de Compton

este fenómeno, designada em homenagem ao Físico Americano que o enunciou, consiste na interação do fo- tão com um electrão das camadas mais exteriores (menos ligado). Ao absorver a energia da radiação incidente este electrão (vulgo electrão de Compton), é ejectado da sua orbita animado de uma determinada energia cinética, e de um fotão secundário com características que verificam o cumprimento das Leis da Conservação de Energia e do Momento Linear.

Figura 2. Diagrama esquemático do Efeito de Compton.

• Criação de Pares

A Criação de Pares é uma forma de interação da radia- ção com a matéria com elevada probabilidade a partir do momento em que a radiação incidente tenha uma energia mínima equivalente à massa em repouso do par a criar. No caso em questão a criação de pares electrão [e-] po- sitrão [e+] implica uma energia mínima de pelo menos 1,022 MeV, o correspondente a duas vezes a massa das partículas em repouso. Para além da restrição em ener- gia, este efeito, a ocorrer, deverá respeitar a Lei de con-

servação do Momento Linear, bem como a conservação dos Números Quânticos.

A maior probabilidade para a ocorrência deste efeito acontece quando a energia do fotão primário é ligeira- mente mais elevada que a energia de ligação dos electrões da camada mais interna do átomo em questão. O efeito de criação de pares passa a ser dominante para radiações

incidentes com Σ > 1, 022MeV

Figura 3. Diagrama esquemático da Criação de Pares e- / e+.

A. Coeficiente de Atenuação Linear

Devido a todas estas interações, o número de detecções, i.e., a intensidade do feixe emitido, após o feixe de fotões atravessar um alvo de espessura x será menor do que a intensidade do feixe originalmente emitido, sendo que a relação entre ambas é dada por:

I = Ioe−µx

Sendo µ o coeficiente linear de atenuação total. Cada

um dos processos físicos de interação da radiação com a matéria tem um coeficiente de atenuação parcial associ- ado, sendo o coeficiente total equivalente à soma de todos estes coeficientes parciais.

II. MATERIAL

Para esta montagem experimental foram utilizados:

• Fontes Radioactivas

• 60Co, 137Cs.

• Amostras de Material

13Al, 82Pb, 26Fe, Sulfato de Bário BaSo4 misturado com cimento em concentração desconhecida.

• Detector Cintilador

Detector cintilador de NaI, acoplado a um fotomul- tiplicador.

• Amplificador e Pré-amplificador

• Sistema de Aquisição

Sistema de aquisição de dados Multicanal

III. METODOLOGIA

Foi efectuada uma montagem experimental com re- curso a um detector cintilador de NaI com 2"x 2", ligado a um sistema de aquisição de 1024 canais.

Figura 4. Montagem experimental.

Foi efectuada a medição das fontes usadas "em vazio", gerando assim o conjunto de dados para o 60Co, e 137Cs.

Foi efectuada uma medição do Fundo do Labortató- rio, usada como forma de retirar aos dados adquiridos o "ruido de fundo".

Figura 5. Aquisição do espectro das Fontes.

A calibracão em energia foi efectuada com recurso aos espectros de 137Cs e60Co , com os seus carac- tristicos picos de energia de 283.53 keV (p=0,058%) e 661,66 keV (p=85,1%), e 1173,2 keV (p=99,85%), 1332,5 keV(p=99,88%).

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