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Gabarito CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU 2009 Grandes Áreas de Ensino da Saúde Especialização Física Médica na Área de Radiodiagnóstico e Física Médica na Área de Radioterapia Este Caderno contém as questões discursivas de Conhecimentos Específicos correspondente ao curso descrito acima. Confira se este Caderno de Questões corresponde ao curso para o qual você se inscreveu; em caso contrário comunique, imediatamente, ao fiscal da sala. Além deste Caderno de Questões, você recebeu um Caderno de Respostas, onde deverá registrar as suas respostas utilizando caneta esferográfica azul ou preta. A duração desta prova é de 3 (três) horas. Não faça qualquer marcação que possa identificá-lo no Caderno de Respostas, pois isto poderá anular sua prova. Não será permitido portar, durante a prova, qualquer tipo de aparelho que permita a intercomunicação de mensagens e nenhuma espécie de consulta ou comunicação entre os candidatos, nem a utilização de livros, códigos, manuais, impressos ou quaisquer anotações. Para os candidatos que concorrem a este curso poderão utilizar somente calculadora científica. O gabarito será divulgado a partir de 14 horas do dia 13 de outubro de 2008, através do site www.inca.gov.br . Para recursos, você deverá seguir as orientações contidas no item 12 do Edital do Concurso. Você deverá permanecer no local de realização da prova por, no mínimo, sessenta minutos. Os três últimos candidatos serão retidos em sala até que o último deles entregue a prova ou o tempo esteja esgotado, o que acontecer primeiro. O candidato deverá entregar no dia da prova, a documentação exigida ao fiscal, em envelope devidamente identificado com o seu nome, a sua inscrição e o curso no qual está inscrito. Não será permitido ao candidato levar o Caderno de Prova, sendo o mesmo disponibilizado no site do INCA. Certifique-se de ter assinado a lista de presença. AGUARDE O AVISO PARA INICIAR BOA PROVA INSTITUTO NAC IONAL DO CÂNCER

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Gabarito

Gr• •

CURSO DEPÓS-GRADUAÇÃO

LATO SENSU2009

andes Áreas de Ensino da Saúde – Especialização

Física Médica na Área de Radiodiagnóstico e Física Médica na Área de Radioterapia

Este Caderno contém as questões discursivas de Conhecimentos Específicos correspondente aocurso descrito acima. ♦ Confira se este Caderno de Questões corresponde ao curso para o qual você se inscreveu; em

caso contrário comunique, imediatamente, ao fiscal da sala. ♦ Além deste Caderno de Questões, você recebeu um Caderno de Respostas, onde deverá

registrar as suas respostas utilizando caneta esferográfica azul ou preta. ♦ A duração desta prova é de 3 (três) horas. ♦ Não faça qualquer marcação que possa identificá-lo no Caderno de Respostas, pois isto poderá

anular sua prova. ♦ Não será permitido portar, durante a prova, qualquer tipo de aparelho que permita a

intercomunicação de mensagens e nenhuma espécie de consulta ou comunicação entre oscandidatos, nem a utilização de livros, códigos, manuais, impressos ou quaisquer anotações.

♦ Para os candidatos que concorrem a este curso poderão utilizar somente calculadora científica. ♦ O gabarito será divulgado a partir de 14 horas do dia 13 de outubro de 2008, através do site

www.inca.gov.br. ♦ Para recursos, você deverá seguir as orientações contidas no item 12 do Edital do Concurso. ♦ Você deverá permanecer no local de realização da prova por, no mínimo, sessenta minutos. Os

três últimos candidatos serão retidos em sala até que o último deles entregue a prova ou o tempoesteja esgotado, o que acontecer primeiro.

♦ O candidato deverá entregar no dia da prova, a documentação exigida ao fiscal, em envelopedevidamente identificado com o seu nome, a sua inscrição e o curso no qual está inscrito.

♦ Não será permitido ao candidato levar o Caderno de Prova, sendo o mesmo disponibilizado nosite do INCA.

♦ Certifique-se de ter assinado a lista de presença.

AGUARDE O AVISO PARA INICIAR BOA PROVA

1 INSTITUTO NACIONAL DO CÂNCER

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Conhecimentos Específicos:

• g (

• qe

• h (

• mp

• me

• n (

• Ca

• Ca

• Ca

• En

• c (

• 1 A

CONSTANTES E FÓRMULAS ÚTEIS

aceleração da gravidade) = 9,81 m/s²

(carga elétrica elementar) = 1,6.10-19 C

constante de Planck) = 6,63.10-34 J.s

(massa de repouso do próton) = 1,67.10-27 kg

(massa de repouso do elétron) = 0,511 MeV/c²

índice de refração da água) = 1,33

lor de Fusão do Gelo = 80 cal/g

lor específico do gelo = 0,5 cal/(g ºC)

lor específico da água = 1 cal/(g ºC)

ergia: 1 eV = 1,6.10 -19 J

velocidade da luz) = 300.000 Km/s

ngstrom = 10 -10 m

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Gabarito

1ª Questão: (5 pontos) Um rolo cilíndrico de papel higiênico possui 12 cm de diâmetro. A sua folha é do tipo simples e possui, desenrolada, 31,3 m de comprimento. Considerando que ela foi enrolada perfeitamente (sem espaços de ar entre as camadas de papel) a partir de um cilindro de papelão oco de 4 cm de diâmetro, calcule a espessura da folha. Solução:

Como o cilindro possui 12 cm de diâmetro e a folha começou a ser enrolada a partir de um cilindro de 4 cm de diâmetro, temos que a espessura correspondente a N voltas do papel é (12-4)/2 = 4 cm. Supondo que a folha tenha espessura f, temos: N.f = 4 Temos ainda: Comprimento da folha na primeira volta: L1 = 2.π.Rcil ; Comprimento da folha na segunda volta: L2 = 2.π.(Rcil + f); Sucessivamente, temos: comprimento da folha na N-ésima volta: L2 = 2.π.[Rcil + (N-1).f]; Após N voltas, quando tivermos enrolado o comprimento L = 31,3 m = 3130 cm do papel, teremos: L = L1 + L2 + ... + LN Os números Li estão em progressão aritmética (P.A.) de razão 2.π.f . Logo, aplicando a fórmula da soma de uma P.A., temos: 3130 = (2.π.Rcil + 2.π.[Rcil + (N-1).f]) . N/2 ⇒ 3130 = 2.N.π.Rcil + N.π.N.f - π.N.f Lembrando que N.f = 4 cm e Rcil = 2 cm, temos: 3130 = 2.N.π.2 + N.π.4 - π.4 ⇒ N = 125 Logo: f = 4/125 ⇒ f = 0,032 cm = 0,32 mm

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Gabarito 2ª Questão: (5 pontos)

Na figura abaixo vemos esquematicamente um corte tomográfico de um paciente. Um sistema de coordenadas cartesiano está fixo ao corte com sua origem localizada no centro do mesmo. Um feixe de radioterapia que se propaga em linha reta penetra no paciente no ponto A com coordenadas (7, 10) num ângulo de 30º com a vertical. Ele aponta para o centro do tumor localizado no ponto P (Xp, Yp). Um outro feixe penetra no paciente no ponto B com coordenadas (15, -2) num ângulo de 110º com a vertical e também direcionado para o ponto P. Calcule as coordenadas de (Xp, Yp) do centro do tumor.

Solução: Equação da reta pelo ponto A: Y = tg(90o – 30o).X + C , C: constante Ponto A = (7,10) ⇒ 10 = tg(60o).7+C ⇒ C = -2,12 (1,5 pto)

Equação da reta pelo ponto B: Y = tg(90o – 110o).X + K , K: constante Ponto B = (7,10) ⇒ -2 = -tg(20o).15+K ⇒ K = 3,46 (1,5 pto)

Ponto P (intersecção das retas): YP = tg(60o).XP - 2,12 e YP = -tg(20o).XP +3,46, logo: 1,73. XP - 2,12 = 0,36.XP +3,46 ⇒ XP = 2,66. Substituindo na eq. de YP, temos: YP = 2,49 Centro do tumor P = (2,66; 2,49) (2 pts)

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Gabarito

3ª Questão: (5 pontos)

Considerando o circuito abaixo,

a) Calcule a voltagem VAB entre os pontos A e B e a corrente i1 indicada na figura. b) Que equipamento poderia ser usado para medir VAB? Qual deve ser a característica da sua

resistência? Como ele deve ser introduzido no circuito? c) Que equipamento poderia ser usado para medir i1? Qual deve ser a característica da sua

resistência? Como ele deve ser introduzido no circuito? Solução: a) 1/RAB = 1/3+1/(3+3) ⇒ RAB = 2 Ω Req = 2 + RAB = 2+2 ⇒ Req = 4 Ω I1 = E/ Req = 12/4 ⇒ I1 = 3 A (1 pto) VAB = RAB.i1 = 2 . 3 ⇒ VAB = 6 V (1 pto) b) Voltímetro (0,5 pto). Alta resistência (0,5 pto). Deve ser introduzido em paralelo entre A e B. (0,5 pto) c) Amperímetro (0,5 pto). Baixa resistência (0,5 pto). Deve ser introduzido dentro do circuito (cortando o

fio no qual existe a corrente i1). (0,5 pto) 4ª Questão: (5 pontos)

Um elétron tem velocidade v = 60i + 54j km/s, em um campo magnético uniforme. Sabendo-

se que Bx = 0, calcule o campo magnético que exerce sobre o elétron uma força

F = -4,2.10-15 i + 4,8.10-15 j N.

Obs.: i, j e k são os vetores unidimensionais nas direções cartesianas x, y e z, respectivamente. Solução:

F=q vxB

Calculando-se o produto vetorial e comparando as equações teremos

B é aproximadamente 0,5 T

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Gabarito

5ª Questão: (5 pontos)

Uma fonte de íons está produzindo íons de 6Li (massa = 6 u.m.a.), cada um com carga +e. Os íons são acelerados por uma diferença de potencial de 10kV e entram em uma região onde existe um campo magnético uniforme vertical B = 1,2T. Calcule a intensidade do menor campo elétrico a ser estabelecido nesta região e que permitirá aos íons de 6Li a passagem sem desvios.

Solução: Para que a força total F= e (E+vxB) se anule, o campo elétrico E tem que ser perpendicular a velocidade v dos íons e ao campo magnético B. O campo é perpendicular à velocidade de modo que vxB tem magnitude vB, sendo a magnitude do campo elétrico dada por E=vB. Como os íons têm carga de +e e são acelerados por uma diferença de potencial V, temos :

E= 6,8 x 105 V/m

6ª Questão: (5 pontos) Uma certa grandeza física varia inversamente com o quadrado da distância medida a partir de um ponto de origem. Medições são efetuadas para essa mesma grandeza a uma distância de 100 cm da origem. Calcule o erro percentual dessas medições se a distância da origem for especificada com uma tolerância de: a) 1 mm b) 1 cm Solução:

Desejamos calcular o erro para cada tolerância: a) (100/100.1)2 = 0,999 Erro = 0,999 – 1,000 = -0,001 Percentual = -0,001 x 100 = -0,1 % (100/99.9)2 = 1,001 Erro = 1,001 – 1,000 = +0,001 Percentual = 0,001 x 100 = +0,1 % Portanto para 1mm o erro é de ± 0,1 % (2,5 pts) b) (100/101)2 = 0,980 Erro = 0,980 – 1,000 = -0,020 Percentual = -0,020 x 100 = -2,0 % (100/99.0)2 = 1,020 Erro = 1,020 – 1,000 = +0,020 Percentual = 0,0201 x 100 = +2,0 %

Portanto para 1cm o erro é de ± 2,0 % (2,5 pts)

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Gabarito 7ª Questão: (5 pontos) Tarzan, que pesa 788N, decide usar um cipó de 14m de comprimento para atravessar um abismo. Do ponto de partida até o ponto mais baixo da trajetória, ele desce 3,2m. O cipó é capaz de resistir a uma força máxima de 950N. Tarzan consegue chegar ao outro lado? Justifique sua resposta. Solução:

T= 1084,1

Como T .> 788 o cipó não agüentará Tarzan. 8ª Questão: (5 pontos)

Um corpo de 3,5 kg de massa colide elasticamente com outro em repouso e continua a deslocar-se no sentido original com um quarto de sua velocidade original. a) Qual a massa do corpo atingido? b) Qual seria a velocidade do centro de massa do sistema formado pelos dois corpos, se a

velocidade inicial do corpo de 3,5 kg fosse de 6m/s? Solução: a)

m2= 2,1kg 2,5 pts

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Gabarito b)

vcm=3,75m/s 2,5 pts

9ª Questão: (5 pontos) Uma esfera de massa 1 kg e raio 1 cm rola ladeira abaixo sem deslizar, partindo do repouso com o seu centro a 1 m de altura, conforme desenho abaixo. Calcule a distância L que a esfera percorrerá na horizontal até cair, desprezando o atrito com o ar, após ela saltar a rampa R numa inclinação de 45o com a horizontal e com o seu centro “descolando” da rampa a uma altura de 20 cm. Solução:

Como a esfera rola sem deslizar, sua energia de rotação deverá ser considerada. Por conservação de energia, no final da rampa teremos: Egravitacional= Ktranslação+Krotação ⇒ mg.∆h = (1/2).mv2 + (1/2).Iω2, onde I = (2/5).m(Resfera)2 é o momento de inércia da esfera e ω = v/ Resfera é a sua velocidade angular. Substituindo os valores: 1.9,8.(0,8) = (1/2).1.v2 + (1/2).(2/5).1.(0,01)2.(v/0,01)2 ⇒ v = 3,35 m/s

Desprezado o atrito com o ar, a esfera entrará num movimento parabólico dado pela equação do movimento uniformemente variado: y = y0+v0y.[(x-x0)/vx0]-g/2.[(x-x0)/vx0]2 Considerando a origem na base da rampa, temos: y0=0,2 m, x-x0=L, v0x=v0.cos(45o) = 2,37 m/s, v0y=v0.sen(45o) = 2,37 m/s, y=0 (centro da esfera toca o solo, desconsiderando o raio da esfera neste momento). Substituindo: 0=0,2+2,37.(L/2,37)-9,8/2.(L/2,37)2 ⇒ 0,8724.L2 – L – 0,2 = 0

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Gabarito Resolvendo a equação de 2o grau e desprezando a solução com L < 0, temos:

L = [1+(1+4.0,8724.0,2)0,5]/(2.0,8724) ⇒ L = 1,32 m 10ª Questão: (5 pontos) Uma pessoa de 1,70 m de altura deseja comprar um espelho plano para colocar em uma parede plana vertical. Por questões de economia, ela quer que o espelho tenha a menor altura possível. Qual tamanho deve ter este espelho para que ela possa ver totalmente a sua reflexão? Solução:

Como o espelho é plano e vertical, a imagem terá a mesma altura (H). Além disso, a distância da imagem (que é virtual) ao espelho é igual à distância real ao espelho (D). Veja as linhas imaginárias que saem dos olhos e formam um ângulo que contém completamente a imagem, da cabeça aos pés, sem sobra. Por esse diagrama observamos que o espelho só precisa ter a altura AB para que a pessoa se veja por completo. Usando semelhança de triângulos, concluímos que AB = H/2. Isto é, para atender às especificações, basta que o espelho tenha metade da altura, ou seja 0,85m. 11ª Questão: (5 pontos)

Uma experiência de interferência é realizada com um laser de HeNe de comprimento de onda de 6328 Angströms. Este ilumina um sistema de dupla fenda no qual as fendas estão espaçadas de 0,1 mm. Após passar por elas, a luz incide num anteparo situado a 1 m de distância. Calcule as distâncias no anteparo do primeiro máximo e do primeiro mínimo de intensidade em relação à posição do máximo de intensidade central. Solução: Para que haja um máximo, a condição d.senθ= m.λ deve ser satisfeita, onde d é a separação das fendas, λ o comprimento de onda e m é um número inteiro. Para o primeiro máximo (m=1), temos:

senθ= m.λ/d = 1.6328.10-10/(0,1.10-3) = 0,0063 A um metro de distância, a separação L1 entre o máximo central e o primeiro máximo será: L1 = tgθ.1 m ≅ senθ.1 = 0,0063 m ⇒ L1 = 6,3 mm (2,5 pts) A condição de mínimo é d.senθ= (m+1/2).λ. Logo: senθ= (m+1/2).λ/d = (0+1/2).6328.10-10/(0,1.10-3) = 0,00316 A um metro de distância, a separação L2 entre o máximo central e o primeiro mínimo será: L2 = tgθ.1 m ≅ senθ.1 = 0,00316 m ⇒ L2 = 3,16 mm (2,5 pts)

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Gabarito

12ª Questão: (5 pontos)

Uma câmara de ionização é um detector que produz uma corrente proporcional à massa de gás no seu interior. Ela pode ser aberta, quando possui um orifício que permite a troca gasosa com o meio, ou selada, quando esta troca não é possível. Duas câmaras de ionização, uma aberta e outra selada, foram expostas à mesma fonte teste na cidade do Rio de Janeiro, a uma temperatura de 25 ºC e pressão de 1013 mbar, produzindo ambas uma corrente de 16 pA. Quais serão as correntes geradas por elas quando expostas àquela mesma fonte teste em Petrópolis, a uma temperatura de 15 ºC e pressão de 900 mbar?

Obs.: Considere o ar como um gás ideal.

Solução: A câmara selada não pode trocar moléculas do ar com o meio externo, logo a massa de ar no seu interior será a mesma no Rio de Janeiro e em Petrópolis e conseqüentemente a corrente gerada será a mesma. (2,5 pts) Na câmara aberta haverá troca de moléculas do ar de forma que o equilíbrio termodinâmico seja atingido. Supondo o ar um gás ideal, o número “n” de moles dentro do volume sensível “V” da câmara será: nRio = pRio.V/(R.TRio) e nPetrópolis = pPetrópolis.V/(R.TPetrópolis), onde p é a pressão do local, T é a temperatura e R é a constante universal dos gases. Dividindo uma equação pela outra teremos: nPetrópolis / nRio = (pPetrópolis/pRio).( TRio/TPetrópolis) = (900/1013).(273+25)/(273+15) ⇒ nPetrópolis = nRio.0,919 A proporção das correntes será a mesma do número de moles, logo: IPetrópolis = IRio.0,919 = 16.0,919 ⇒ IPetrópolis = 14,7 pA (2,5 pts)

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Gabarito

13ª Questão: (5 pontos) Uma máquina térmica industrial utiliza um gás ideal, cujo ciclo de trabalho é mostrado na figura abaixo. A temperatura no ponto A é 500 K. Utilizando 1 atm = 105 N/m2, calcule: a) A temperatura no ponto C; b) A quantidade de calor trocada pelo gás com o ambiente ao longo de um ciclo. Solução:

a) KTVPVPT

TVP

TVP

AAA

CCC

C

CC

A

AA 12505002245,2

=×××

=×=⇒= (2,5 pts)

b) O calor trocado pelo gás com o ambiente ao longo do ciclo (Q) pode ser obtido pela primeira lei da Termodinâmica:

QWU −=∆ Em um ciclo fechado, tem-se ∆U = 0 e o trabalho realizado pelo gás é igual à área interna do gráfico:

Jatm

mNmatm 52

53 100,110)0,20,4()0,25,2( ×=×−×−

Então o calor trocado com o ambiente é:

W = Q = 1,0 x105 J (2,5 pts)

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Gabarito

14ª Questão: (5 pontos) A energia relativística total de uma partícula com velocidade v é dada por Etot=m0γc2, onde: mo = massa inercial da partícula, c= velocidade da luz e ( )2

11 cv−=γ .

a) Esboce o gráfico representativo da velocidade (em unidades de v/c) de uma partícula em função de sua energia cinética relativística (em unidades de moc2).

b) Marque no gráfico os pontos nos quais a energia cinética é igual a 1/10, 1 e 10 da energia inercial (m0c2) da partícula.

c) Comente brevemente os resultados obtidos em relação ao comportamento da energia cinética e da energia total no caso da partícula ser um elétron.

Solução: a e b) (3 pts)

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Gabarito

Sendo: β = v/c Ec = Etot - m0c2

= m0γc2 - m0c2 = m0c2 ( γ - 1 )

2

2

2

2

2

2

2

2222

1

11

1

111

11

1111

11

+−==

+=−⇒

+=−

−=+⇒−

−=

cmEc

v

cmE

cmE

cmE

cmE

o

c

o

c

o

c

o

c

o

c

β

ββ

ββ

Para 2cmE

o

c = 0,1 β = 0,42 - Para 2cmE

o

c = 1,0 β = 0,87 - Para 2cm

Eo

c = 10,0 β = 0,996

c) Quando um elétron (de massa inercial aproximadamente de 0,5 MeV) atinge o um alvo de um tubo de raios X de 50KV ele está aproximadamente 40% da velocidade da luz, para um acelerador linear de 0,5 MV ele está aproximadamente a 90% da velocidade da luz e para um acelerador linear de 5 MV ele está a aprox. 99,9% da velocidade da luz. (2 pts)

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Gabarito

15ª Questão: (5 pontos) Cite três características do fenômeno de interação da radiação com a matéria denominado “Produção de Pares”. Solução: Possíveis respostas:

1- Ocorre para fótons cuja energia é maior ou igual ao dobro da massa inercial do elétron ( 2 x 0,511 MeV = 1,022 MeV)

2- É uma interação forte com o campo nuclear e só ocorre com a presença de um núcleo. 3- O pósitron produzido sofre aniquilação produzindo no caso mais comum 2 fótons com energia

igual à massa inercial do elétron (0,511 MeV) 4- Foi observado por Patrick Blackett que ganhou o prêmio Nobel de física em 1948 por essa

descoberta. Cada resposta correta vale 5/3 pontos. 16ª Questão: (5 pontos) Cite três características das soluções da equação do Schroedinger independente do tempo

para o átomo de hidrogênio.

Solução: 1- As soluções apresentam uma parte radial com componente e-Zr/n.a, que indica uma diminuição da densidade de probabilidade para o elétron com o aumento da distância em relação ao núcleo. 2- Para cada número quântico n, existem n2 soluções degeneradas. 3- Os autovalores de energia das soluções da equação de Schroedinger coincidem com a previsão do modelo de Bohr: En = -µZ2e4/[(4πε0)2.2.h2.n2] Cada item vale 5/3 pontos.

1

7ª Questão: (5 pontos)

O número de desintegrações radioativas por unidade de tempo de uma amostra de iodo é proporcional ao número de átomos de iodo presentes na amostra naquele dado momento. Supondo ser a constante de proporcionalidade λ igual a 0,0117 dias-1, calcule o número dias para que o número de átomos de iodo seja reduzido a 1/10 do seu valor original.

Solução: dN/dt = -λ.N ⇒ N = N0.e-λ.t Como N=(1/10).N0 , temos: e-0,0117.t = 0,1 ⇒ t = (-1/0,0117).ln(0,1) ⇒ t = 196,8 dias

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Gabarito

Leia o texto em inglês a seguir e responda em português as questões formuladas em seqüência.

COUNTERS BASED ON NEUTRON MODERATION By Glenn F. Knoll

The inherently low detection efficiency for fast neutrons of any slow neutron detector can be

somewhat improved by surrounding the detector with a few centimeters of hydrogen-containing moderating material. The incident fast neutron can then lose a fraction of its initial kinetic energy in the moderator before reaching the detector as a lower-energy neutron, for which the detector efficiency is generally higher. By making the moderator thickness greater, the number of collisions in the moderator will tend to increase, leading to a lower value of the most probable energy when the neutron reaches the detector. One would therefore expect the detection efficiency to increase with moderator thickness if that were the only factor under consideration. A second factor, however, tends to decrease the efficiency with increasing moderator thickness: The probability that an incident fast neutron ever reaches the detector will inevitably decrease as the moderator is made thicker. Several effects are at work here, as illustrated in Fig. 15.1. As the detector becomes a smaller and smaller fraction of the total volume of the system, there will be a lower probability that a typical neutron path will intersect the detector before escaping from the surface of the moderator. Furthermore, a neutron may be absorbed within the moderator before it has a chance of reaching the detector. The absorption probability will increase rapidly with increasing moderator thickness because absorption cross sections generally are larger at lower neutron energies.

As a result of all these factors, the efficiency of a moderated slow neutron detector when used with a monoenergetic fast neutron source will show a maximum at a specific moderator thickness. Assuming that the moderator is the usual choice of a hydrogenous material such as polyethylene or paraffin, we find that the optimum thickness will range from a few centimeters for keV neutrons up to several tens of centimeters for neutrons in the MeV energy range.

If the thickness of the moderator is fixed at a fairly large value, the overall counting efficiency of the system versus incident neutron energy will also tend to show a maximum. Low-energy neutrons will not penetrate far enough into the moderator before they are likely to be captured in the moderator itself, whereas high-energy neutrons will not be adequately moderated for efficient detection. By careful choice of the diameter and composition of the moderator-detector system, its overall efficiency versus energy curve can often be shaped and tailored to suit a specific application.

Figure 15.1 Schematic representation of neutron histories in moderated detectors. The small thermal neutron detector at the center is shown surrounded by two different thicknesses of moderator material. Histories labeled (1) represent incident fast neutrons that are successfully moderated and detected. Those labeled (2) are partially or fully moderated but escape without reaching the detector. History (3) represents those neutrons that are parasitically captured by the moderator. Larger moderators will tend to enhance process (3) while reducing process (2). See text for a discussion of the variation of process (1).

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Gabarito

18ª Questão: (5 pontos) De acordo com o texto, descreva o mecanismo de aumento da eficiência de detecção de nêutrons rápidos com um detector de neutros lentos. Resposta:

O aumento de eficiência para nêutrons rápidos pode ser obtido envolvendo o detector de nêutrons lentos com alguns centímetros de material moderador que contenha hidrogênio. Os nêutrons rápidos incidentes perdem parte de sua energia no moderador, alcançando o detector como nêutrons de energia mais baixa, para o qual a eficiência do detector é mais elevada. 19ª Questão: (5 pontos) Segundo o autor, descreva porque o detector de nêutrons lentos com moderador, quando usado num feixe monoenergético de nêutrons rápidos, irá apresentar um máximo de eficiência numa dada espessura. Resposta:

Primeiramente, pelo uso do moderador contendo hidrogênio os nêutrons rápidos incidentes perdem parte de sua energia e alcançam o detector com uma energia mais baixa, para a qual a eficiência de detecção é mais elevada. Contudo, a probabilidade de um nêutron rápido alcançar o detector irá diminuir quando o moderador for feito mais largo pois as chances de absorção do nêutron pelo meio moderador crescem rapidamente com o aumento de espessura deste. O resultado final destes dois efeitos combinados é o que o uso de um detector de nêutrons lentos com um moderador em um feixe de nêutrons rápidos monoenergéticos irá apresentar um máximo para uma dada espessura do moderador. 20ª Questão: (5 pontos)

Traduza o terceiro parágrafo do texto.

Resposta:

Se a espessura do moderador é fixada em um valor bastante elevado, a eficiência de contagem global do sistema versus a energia do nêutron incidente também tenderá a mostrar um máximo. Nêutrons de baixa energia não penetrarão longe o suficiente no moderador antes que provavelmente sejam capturados no próprio moderador, enquanto nêutrons de alta energia não serão adequadamente moderados para uma detecção eficiente. Por uma escolha cuidadosa do diâmetro e da composição do sistema moderador-detector, a sua curva de eficiência global versus energia pode frequentemente ser construída e ajustada para atender uma aplicação específica. (5 pts – máximo de 10 erros – 0,5 ponto descontado por erro)

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