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| Física nuclear |
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Radia??o de neutr?es é um tipo de radia??o ionizante constituida por neutr?es livres.
Fontes
[editar | editar código fonte]Neutr?es podem ser emitidos durante os processos de fiss?o nuclear espontanea e induzida, processos de fus?o nuclear, reac??es de altas energias tais como as que têm lugar numa fonte de espala??o de neutr?es e em interac??es com raios cósmicos, ou a partir de outras reac??es nucleares tais como a reac??o (α,n) (do inglês alpha in, neutron out). A descoberta da radia??o de neutr?es resultou da observa??o de uma reac??o entre um núcleo de berílio e uma partícula alfa; o núcleo de berílio transformou-se num núcleo de carbono, emitindo um neutr?o, de acordo com a reac??o Be9(α,n)C12.[1]
Aplica??es
[editar | editar código fonte]Radia??o de neutr?es frios, térmicos e quentes é normalmente utilizada em experiências de dispers?o e difrac??o com o objectivo de aceder às propriedades e à estrutura de materiais nos campos da cristalografia, física da matéria condensada, biologia, química do estado sólido, ciência dos materiais, geologia, mineralogia e ciências relacionadas. A radia??o de neutr?es é também utilizada no tratamento de tumores cangerígenos devido à sua elevada taxa de penetra??o e à sua natureza destrutiva do ponto de vista citológico. Os neutr?es podem também ser utilizados em tomografia 3D, bem como na imagiologia de pe?as industriais, caso em que recebe diferentes denomina??es consoante se empreguem filmes ("radiografia de neutr?es") ou imagens digitais ("radioscopia de neutr?es"). A imagiologia por neutr?es é frequentemente utilizada nas indústrias nuclear, aeroespacial e de explosivos de alta fiabilidade.
Mecanismos de ioniza??o e propriedades
[editar | editar código fonte]A radia??o de neutr?es é frequentemente denominada por radia??o ionizante. Tal denomina??o é indireta, já que esta radia??o n?o ioniza átomos da mesma forma que partículas carregadas como prot?es e electr?es o fazem, pois os neutr?es n?o possuem carga eléctrica. No entanto, interac??es de neutr?es s?o altamente ionizantes, por exemplo quando a absor??o de neutr?es resulta em emiss?o de radia??o gama a qual, subsequentemente, removerá um ou mais electr?es de um átomo. Um outro exemplo de ioniza??o por radia??o de neutr?es é verificado quando esta provoca um deslocamento abrupto de um núcleo atómico, causando ioniza??o deste e subsequente ioniza??o em átomos vizinhos. Devido aos neutr?es serem desprovidos de carga eléctrica, s?o mais penetrativos que as radia??es alfa e beta. Em alguns casos s?o mais penetrantes que radia??o gama, a qual vê a sua taxa de penetra??o reduzida em materiais com elevado número atómico. Em hidrogénio, um neutr?o de baixa energia pode ter uma taxa de penetra??o inferior a radia??o gama de alta energia.
Perigos para a saúde e protec??o
[editar | editar código fonte]Em física médica, a radia??o de neutr?es é considerada um dos quatro perigos radiactivos. Um outro perigo, por vezes mais severo, colocado por este tipo de radia??o é a chamada activa??o neutrónica, e consiste na capacidade de induzir radioactividade na maior parte das substancias que atinge, incluindo tecidos organicos. Tal ocorre devido à captura de neutr?es por parte dos núcleos atómicos, os quais s?o assim transformados noutros nuclídeos, frequentemente radioisótopos. Este processo é responsável por grande parte do material radiactivo libertado numa explos?o nuclear. é também um problema em centrais de fus?o e fiss?o nucleares já que, gradualmente, torna todos os equipamentos radiactivos; eventualmente, estes dever?o ser substituídos e tratados como lixo nuclear.
A protec??o contra radia??o de neutr?es depende de blindagem radiactiva. Em compara??o com a radia??o ionizante convencional baseada em fot?es ou partículas carregadas, os neutr?es sofrem colis?es sucessivas com núcleos leves, sendo assim atrasados (absorvidos) por estes. Desta forma, uma grande quantidade de matéria rica em hidrogénio é necessária. Os neutr?es atravessam facilmente a maior parte dos materiais mas interagem o suficiente para causar danos biológicos consideráveis. Devido à elevada energia cinética dos neutr?es, esta radia??o é considerada a mais severa e perigosa de todas as existentes. Os materiais protectores mais eficientes s?o a água, polietileno, parafina e bet?o (neste último, um considerável número de moléculas de água está quimicamente ligado ao cimento). Os átomos leves de hidrogénio atrasam os neutr?es por difus?o elástica, podendo estes serem absorvidos por reac??es nucleares. No entanto, estas reac??es produzem frequentemente radia??o gama, pelo que se torna necessária a implementa??o de blindagem adicional para a absor??o desse tipo de radia??o.
Os neutr?es que colidem com os núcleos de hidrogénio (prot?es ou deutério) transmitem-lhes energia, quebrando liga??es químicas entre esses núcleos e permitindo-lhes viajar uma curta distancia até pararem. Estes núcleos s?o, assim, partículas de transferência linear de energia e s?o, por sua vez, parados por ioniza??o do material pelo qual viajam. Consequentemente, em tecidos organicos, os neutr?es têm uma eficiência biológica relativa (RBE) relativamente elevada, sendo dez vezes mais eficazes a causar cancro ou LD50 em compara??o com radia??es fotónica e beta de exposi??o radiactiva equivalente.
Efeitos em materiais
[editar | editar código fonte]Os neutr?es também degradam os materiais: bombardeamentos neutrónicos intensos criam deslocamentos nas suas estruturas cristalinas, causando fragiliza??o dos metais e outros materiais, bem como dilata??o volumétrica e consequente diminui??o de densidade. Estes factores constituem um problema para os reservatórios dos reactores nucleares, limitando significativamente o seu tempo de vida útil (o qual pode, em certa medida, ser prolongado por recozimento do reservatório, reduzindo o número de desloca??es moleculares cumulativas na sua estrutura). Os blocos moderadores de grafite s?o especialmente susceptíveis a este efeito, conhecido por efeito Wigner, e têm de ser recozidos periodicamente a cerca de 250 °C [2] para minimizar o referido efeito.
Radia??o de neutr?es e fiss?o nuclear
[editar | editar código fonte]Os neutr?es em reactores s?o, normalmente, categorizados como lentos (térmicos) ou rápidos, dependendo da sua energia. Neutr?es térmicos s?o similares a um gás em equilíbrio termodinamico mas s?o facilmente capturados por núcleos atómicos e constituem o mecanismo primário pelo qual os elementos químicos sofrem transmuta??o nuclear.
No sentido de atingir uma eficiente reac??o de fiss?o em cadeia, os neutr?es produzidos durante a fiss?o dever?o ser capturados por núcleos fissionáveis que, por sua vez, se fragmentam e libertam mais neutr?es. Na maioria dos modelos de reactores de fiss?o, o combustível nuclear n?o é suficientemente refinado, n?o sendo capaz de absorver neutr?es rápidos em quantidade suficiente para promover a reac??o de fiss?o em cadeia. Tal sucede devido à menor sec??o eficaz dos neutr?es com energias mais elevadas, pelo que um moderador nuclear deverá ser introduzido para abrandar os neutr?es rápidos até velocidades térmicas, permitindo assim suficiente absor??o. Os moderadores nucleares (também denominados de moderadores de neutr?es) mais utilizados s?o a grafite, a água leve e a água pesada. Alguns reactores (reactores de neutr?es rápidos) e todas as armas nucleares dependem de neutr?es rápidos, o que imp?e altera??es no desenho desses reactores e nos combustíveis nucleares utilizados. O berílio é particularmente útil devido à sua capacidade de agir como reflector ou deflector (lente) de neutr?es. Tal característica permite que pequenas quantidades de material físsil sejam usadas, sendo também um desenvolvimento tecnológico basilar na cria??o das bombas de neutr?es.
Neutr?es cosmogénicos
[editar | editar código fonte]Os neutr?es cosmogénicos, produzidos por radia??o cósmica na atmosfera ou na superfície terrestres, possuem energias muito superiores às dos neutr?es de reactores (esta característica é comum aos neutr?es produzidos em aceleradores de partículas). A maioria dos neutr?es cosmogénicos activam um núcleo atómico antes de atingirem o solo; alguns deles reagem com núcleos ainda no ar. As reac??es com 14N levam à forma??o de 14C, largamente utilizado na data??o por radiocarbono.
Ver também
[editar | editar código fonte]Referências
- ↑ Mais informa??o acerca da reac??o Be9(α,n)C12 nesta página.
- ↑ Referência à energia de Wigner na página da European Nuclear Society