SONDA DE NÊUTRONSSONDA DE NÊUTRONS

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULOUNIVERSIDADE DE SÃO PAULOEscola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”

Adriano Dicesar Martins de Araujo GonçalvesAdriano Dicesar Martins de Araujo Gonçalves

Piracicaba- 2009

Professor: Sergio Oliveira Moraes

DESCOBERTA DO NÊUTRONDESCOBERTA DO NÊUTRONDESCOBERTA DO NÊUTRONDESCOBERTA DO NÊUTRON

Dessa colisão apareceu um tipo de radiação que muitos Dessa colisão apareceu um tipo de radiação que muitos acreditaram ser radiação de raios gama, mas depois acreditaram ser radiação de raios gama, mas depois

descobriu-se que não eram raios gama e sim descobriu-se que não eram raios gama e sim nêutronsnêutrons..

Para comprovar que se tratava de nêutrons, Chadwick Para comprovar que se tratava de nêutrons, Chadwick mediu a massa dessas partículas, pois segundo mediu a massa dessas partículas, pois segundo

Rutherford, elas tinham Rutherford, elas tinham massa igual a do prótonmassa igual a do próton..

A descoberta do A descoberta do nêutronnêutron aconteceu aconteceu no ano de no ano de 19321932 com o físico inglês com o físico inglês

James ChadwickJames Chadwick, fazendo que , fazendo que feixes de partículas feixes de partículas alfaalfa se se

colidissem com uma amostra de colidissem com uma amostra de berílioberílio. .

Anos 50: J. W. Holmes: desenvolveu o instrumento portátil

Medidas da umidade do solo

Modos destrutivos: a estrutura do solo é alterada

Modos não destrutivos: não há alteração da estrutura do solo

Finalidade de UsoFinalidade de Uso

Medir a umidade do solo

PARTES DA SONDAPARTES DA SONDAPARTES DA SONDAPARTES DA SONDAO instrumento é formado por dois conjuntos principais:O instrumento é formado por dois conjuntos principais:

Sonda e blindagem; Sonda e blindagem;

Sistema eletrônico de contagemSistema eletrônico de contagem: :

A sonda é um cilindro de 3-4cm de diâmetro e 20-40cm de comprimento que contém os seguintes componentes:

Fonte de nêutrons rápidos

Detector de nêutrons lentos

Pré amplificador

SISTEMA ELETRÔNICO DE SISTEMA ELETRÔNICO DE CONTAGEMCONTAGEM

SISTEMA ELETRÔNICO DE SISTEMA ELETRÔNICO DE CONTAGEMCONTAGEM

O sistema de contagem varia com o fabricante.O sistema de contagem varia com o fabricante.

Consiste basicamente de:Consiste basicamente de: amplificadoramplificador

fonte de alta voltagemfonte de alta voltagem contadorcontadorrelógiorelógio

bateria recarregávelbateria recarregável microprocessadormicroprocessador

Normalmente, o tempo de contagem pode ser Normalmente, o tempo de contagem pode ser

selecionado pelo operador. selecionado pelo operador.

O sistema de contagem varia com o fabricante.O sistema de contagem varia com o fabricante.

Consiste basicamente de:Consiste basicamente de: amplificadoramplificador

fonte de alta voltagemfonte de alta voltagem contadorcontadorrelógiorelógio

bateria recarregávelbateria recarregável microprocessadormicroprocessador

Normalmente, o tempo de contagem pode ser Normalmente, o tempo de contagem pode ser

selecionado pelo operador. selecionado pelo operador.

As contagens medidas em diferentes tempos são

transformadas em cpm ou cps. Quando é possível incluir a equação de calibração, os resultados são apresentados

em umidade (%, g/g, cm3 . cm-

3) ou altura de água armazenada numa camada de solo (mm/10cm, polegada/pé).

SISTEMA ELETRÔNICO DE CONTAGEM

SISTEMA ELETRÔNICO DE CONTAGEM

tubo de acceso

detector de neutrones lentosy preamplificador

fuente de neutrones rápidos

blindaje

sistema electrónico de contaje

nivel del suelo

PRINCIPIO DE PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTOFUNCIONAMENTO

PRINCIPIO DE PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTOFUNCIONAMENTO

Nêutrons rápidos (10 keV a 20 MeV) emitidos deNêutrons rápidos (10 keV a 20 MeV) emitidos de

uma fonte (normalmente amerício-berílio) sãouma fonte (normalmente amerício-berílio) são

moderados, isto é, desacelerados ou tornadosmoderados, isto é, desacelerados ou tornados

nêutrons lentos (0,01 a 0,3 eV) pelos átomos denêutrons lentos (0,01 a 0,3 eV) pelos átomos de

hidrogênio no solo, detectados por um contadorhidrogênio no solo, detectados por um contador

proporcional de proporcional de 33He ou BFHe ou BF33 no interior do solo e no interior do solo e

registrados em um “scaler” à sua superfície.registrados em um “scaler” à sua superfície.

TUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSO

Diâmetro do tubo é função do diâmetro da Diâmetro do tubo é função do diâmetro da sonda, que não é padronizado sonda, que não é padronizado

internacionalmente pelos fabricantes.internacionalmente pelos fabricantes.

Os nêutrons reagem melhor com átomos Os nêutrons reagem melhor com átomos menores como exemplo o hidrogênio, menores como exemplo o hidrogênio,

devido a esse fator o tubo de acesso da devido a esse fator o tubo de acesso da sonda, de preferência, deve-se evitar sonda, de preferência, deve-se evitar

materiais que contenham muito H, como o materiais que contenham muito H, como o plástico, por exemplo, o qual pode plástico, por exemplo, o qual pode mascarar as leituras. Assim, tem-se mascarar as leituras. Assim, tem-se

utilizado alumínio. utilizado alumínio.

Quanto às dimensões, deve-se escolher os Quanto às dimensões, deve-se escolher os diâmetros interno e externo, de modo que a diâmetros interno e externo, de modo que a sonda não fique muito apertada ou folgada. sonda não fique muito apertada ou folgada.

O comprimento do tubo é função da O comprimento do tubo é função da profundidade desejada para medição, profundidade desejada para medição, devendo-se acrescentar 10- 20 cm na devendo-se acrescentar 10- 20 cm na

extremidade inferior e 20- 40 cm acima da extremidade inferior e 20- 40 cm acima da superfície do solo, para evitar entrada de superfície do solo, para evitar entrada de

solo ou sujeira no tubo e facilitar a solo ou sujeira no tubo e facilitar a instalação da caixa de blindagem. Deve-se instalação da caixa de blindagem. Deve-se proteger as extremidades superior (com proteger as extremidades superior (com

capa) e inferior (fechar em caso de lâmina capa) e inferior (fechar em caso de lâmina de água).de água).

TUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSO

TUBO DE ACESSOTUBO DE ACESSO

Calibração: necessária para obter uma relação entre a leitura do Calibração: necessária para obter uma relação entre a leitura do instrumento e a umidade no soloinstrumento e a umidade no solo

y = a + b . xy = a + b . xOnde,Onde,y = umidade volumétrica do soloy = umidade volumétrica do soloa = coeficiente lineara = coeficiente linearb = coeficiente angularb = coeficiente angularx = CRx = CR

= a + b . CR= a + b . CR

padrãononeutdecontdetx

solononeutronsdecontagemdetaxaCR

.

Exemplo de calibração de uma sonda de nêutrons para um Alfissol:

Ponto

(cm3 cm-3)

N (cpm) CR

1 0,424 79650 0,507

2 0,413 75541 0,481

3 0,393 76169 0,485

4 0,387 71143 0,453

5 0,378 67846 0,432

6 0,375 69259 0,441

7 0,306 59208 0,377

8 0,287 57637 0,367

9 0,291 62035 0,395

10 0,283 58109 0,370

NPadrão (água) = 157050 cpm

- Emissão de radiação por sonda de neutros: * Am-241/Be (50 mCi) dentro da blindagem, 1 m

de distância = 0,11 mrem.h-1 * Am-241/Be (50 mCi) fora da blindagem, 1 m

de distância = 0,3 mrem.h-1

- Segundo a Organização Mundial da Saúde: * Nível máximo, por pessoa é de 5 rem . ano-1 =

5000 mrem . ano-1

Ex.: Dose de 0,3 mrem.h-1 x 5 horas.dia-1 x 5 dias.s-1 = 7,5 mrem.semana-1

7,5 mrem.semana-1 x 52 semanas = 390 mrem.ano-1 (7,8% do admissível)

OBSERVAÇÕESOBSERVAÇÕES

VANTAGENSVANTAGENS

Não tem necessidade de tirar amostras;

Possibilidade de realização de leituras no mesmo lugar;

Leitura instantânea ( umidade volumétrica);

Especialmente importante para determinação da variação da armazenagem;

Capacidade de trabalho em solos bem mais secos.

Elevado custo do equipamento;Elevado custo do equipamento;

Material radioativo;Material radioativo;

Dificuldade de leituras próximas à superfície do Dificuldade de leituras próximas à superfície do solo;solo;

Influência da matéria orgânica e de raízes nas Influência da matéria orgânica e de raízes nas leituras.leituras.

DESVANTAGENSDESVANTAGENS

OBRIGADO PELA ATENÇÃO!!!

OBRIGADO PELA ATENÇÃO!!!