Relatório de Física Moderna

Universidade Federal de Goiás Instituto de Física-IF Laboratório de Física Moderna

Radiação Gama e Estatística de Poisson Absorção de Raios Gama e Lei da Distância

Alcebiades Filho1, Fernanda Pacheco2 , José Luiz3, John Carlos4

1. Universidade Federal de Goiás/Instituto de Física/Bacharelado em Engenharia Física.
2. Universidade Federal de Goiás/Instituto de Física/Bacharelado em Engenharia Física.
3. Universidade Federal de Goiás/Instituto de Física/Bacharelado em Engenharia Física.
4. Universidade Federal de Goiás/Instituto de Física/Física.

Palavras-chaves: radiação gama, poisson, raios gamma

RESUMO

Os processos subatômicos de emissão de raios gamma por elementos radioativos são alvos de estudos devido à natureza aleatória em que esses processos ocorrem. Dessa forma, o estudo estatístico desse fenômeno se faz necessário. Neste experimento, é estudada a estatística dos eventos/decaimentos aleatórios de uma fonte radioativa de Cobalto-60 aplicando-se a Estatística de Poisson. Também, se destina a verificar a sensibilidade do detector através da Lei da Distância na absorção de radiação gama por materiais distintos como acrílico e chumbo quando são submetidos a uma fonte radioativa. Para isso, calculou-se os coeficientes de atenuação e foram construídos gráficos da intensidade de radiação em função das respectivas distâncias.

1. OBJETIVOS

O experimento foi realizado em duas partes. Na primeira pretende-se aplicar a Estatística de Poisson a fim de analisar as emissões de raios γ proveniente de uma fonte como o C-60, para isso será utilizado um contador chamado Geiger-Müller. Também tem como objetivo verificar a eficácia deste contador para a detecção de eventos aleatórios.

A segunda parte destina-se a observar e verificar o fenômeno de absorção de radiação gama e a lei da distância para materiais como acrílico e chumbo, quando são submetidos a uma fonte radioativa.

1. INTRODUÇÃO

Radiação é a propagação de energia no vácuo ou em um meio material podendo ocorrer através de uma onda eletromagnética ou uma partícula. A energia no caso de uma onda eletromagnética está relacionada com o comprimento de onda e frequência e cada um terá potencialidades diferentes, ou seja, seus riscos e limitações. Há dois grandes grupos de radiação sendo a ionizante e a não-ionizante.

As radiações ionizantes são aquelas que possuem capacidade e energia suficiente para ionizar a matéria como átomos e moléculas, ou seja, sendo capaz de quebrar ligações químicas arrancando um elétron de um átomo ou molécula criando então os íons. As não-ionizantes não possuem energia suficiente e frequência para a realizar a ionização dos átomos/moléculas.

No caso das partículas existem as subatômicas que também possuem a capacidade de ionizar os átomos e as mais conhecidas são: as partículas alfa (equivalente ao núcleo do átomo de Hélio composta por dois prótons e dois nêutrons) que penetram de 3 a 5 centímetros no ar e logo encontram elétrons e se neutralizam e as partículas beta (formadas por elétrons emitidos do núcleo com alta energia) penetrando frações de milímetros na matéria. A profundidade de penetração dessas partículas depende da energia de cada uma delas. O decaimento do nêutron em um próton, em uma partícula beta e em um antineutrino chama-se de desintegração ou decaimento nuclear ocorrendo ali um balanço de cargas.

Um outro exemplo de radiação ionizante é a radiação gama (radiação eletromagnética) de alta frequência com energia em torno de 100 KeV produzida geralmente por elementos radioativos e com alto poder de penetração na matéria, sendo mais penetrante que as partículas alfa e beta.

[pic 1]

Figura 1: Emissão de Raios Gamma a partir do núcleo atômico

Estes fenômenos podem acontecer como uma sequência de eventos aleatórios sendo classificados na chamada Estatística de Poisson. A distribuição de Poisson em probabilidade e estatística mostra a probabilidade discreta de um determinado número de eventos aleatórios que ocorrem em um intervalo de tempo fixo, esses eventos ocorrem quando temos a emissão de fótons de Cobalto-60, no caso do nosso experimento feito. Um processo aleatório contínuo é chamado de estacionário em que a razão do número de emissões (N) acumulada em um intervalo de tempo (T) com T tendendo ao infinito levará a uma constante (taxa média m).

lim[pic 2]

𝑇 → ∞

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 𝑁 = 𝑚        (1)

Para poder concluir que um certo processo ocorre e que de fato há uma taxa de contagens que é fixa no tempo basta realizar repetidas medidas do número de contagens ni em intervalos de tempo ti e determinar quando houver uma tendência nos valores sucessivos de ni/ti. Tendo em vista a inevitável flutuação existente nestas razões, a questão que surge é quando as flutuações observadas estão dentro de um limite razoável para uma taxa fixa, sendo essa taxa entre m±σ. Se o processo de fato tem uma taxa fixa é necessário conhecermos a distribuição de probabilidade do número de contagens em um intervalo fixo de tempo sendo definida pela seguinte equação:

𝑛   −𝑚

𝑃𝑚, 𝑛 = 𝑚 𝑒        [pic 3]

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(2)

Que é a probabilidade de obtermos n contagens (sempre um inteiro) quando m (geralmente não um inteiro) é o número esperado.

Na primeira parte será utilizado um contador de exposto a raios γ de uma fonte radioativa, obtendo assim a distribuição de frequências do número de contagens em iguais intervalos de tempo. Repetindo este processo o número de vezes necessárias para obtermos uma diferença razoável entre as taxas médias de contagem. A distribuição experimental e seu desvio padrão serão comparados com a distribuição teórica e seu desvio padrão. Este contador