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Atualmente sabemos que o nêutron é necessário para a estabilidade de quase todos os núcleos atômicos (a única exceção é o [[hidrogênio]]), já que a [[força nuclear forte]] faz com que seja atraído por elétrons e prótons, mas não seja repelido por nenhum, como acontece com os prótons, que se atraem nuclearmente mas se repelem [[Eletrostática|eletrostaticamente]].
== Aplicação dos nêutrons ==
Os nêutrons têm um amplo campo de aplicação. No área Medicina são utilizados, por exemplo, para tratamentos<ref>{{Citar periódico|ultimo=Tanaka|primeiro=Kenichi|ultimo2=Kobayashi|primeiro2=Tooru|ultimo3=Sakurai|primeiro3=Yoshinori|ultimo4=Nakagawa|primeiro4=Yoshinobu|ultimo5=Ishikawa|primeiro5=Masayori|ultimo6=Hoshi|primeiro6=Masaharu|data=2002-07-30|titulo=Irradiation characteristics of BNCT using near-threshold 7Li(p, n)7Be direct neutrons: application to intra-operative BNCT for malignant brain tumours|url=http://dx.doi.org/10.1088/0031-9155/47/16/315|jornal=Physics in Medicine and Biology|volume=47|numero=16|paginas=3011–3032|doi=10.1088/0031-9155/47/16/315|issn=0031-9155}}</ref><ref>{{Citar periódico|ultimo=Barendsen|primeiro=G.W.|data=1966-12|titulo=Possibilities for the application of fast neutrons in radiotherapy: Recovery and oxygen enhancement of radiation induced damage in relation to linear energy transfer|url=http://dx.doi.org/10.1016/0014-2964(66)90046-6|jornal=European Journal of Cancer (1965)|volume=2|numero=4|paginas=333–345|doi=10.1016/0014-2964(66)90046-6|issn=0014-2964}}</ref> e em diagnósticos<ref>{{Citar periódico|ultimo=Strobl|primeiro=M|ultimo2=Manke|primeiro2=I|ultimo3=Kardjilov|primeiro3=N|ultimo4=Hilger|primeiro4=A|ultimo5=Dawson|primeiro5=M|ultimo6=Banhart|primeiro6=J|data=2009-11-30|titulo=Advances in neutron radiography and tomography|url=http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/42/24/243001|jornal=Journal of Physics D: Applied Physics|volume=42|numero=24|paginas=243001|doi=10.1088/0022-3727/42/24/243001|issn=0022-3727}}</ref><ref>{{Citar periódico|ultimo=Hawkesworth|primeiro=M. R.|ultimo2=Walker|primeiro2=J.|data=1983|titulo=Basic Principles of Thermal Neutron Radiography|url=http://dx.doi.org/10.1007/978-94-009-7043-4_2|local=Dordrecht|publicado=Springer Netherlands|paginas=5–21|isbn=9789400970458}}</ref> . É utilizada também para a caracterização e determinação de materiais. Um exemplo prático é o uso dos nêutrons para a inspeção de cargas<ref>{{Citar periódico|ultimo=Brown|primeiro=D.R.|ultimo2=Gozani|primeiro2=T.|ultimo3=Loveman|primeiro3=R.|ultimo4=Bendahan|primeiro4=J.|ultimo5=Ryge|primeiro5=P.|ultimo6=Stevenson|primeiro6=J.|ultimo7=Liu|primeiro7=F.|ultimo8=Sivakumar|primeiro8=M.|data=1994-12|titulo=Application of pulsed fast neutrons analysis to cargo inspection|url=http://dx.doi.org/10.1016/0168-9002(94)91751-5|jornal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment|volume=353|numero=1-3|paginas=684–688|doi=10.1016/0168-9002(94)91751-5|issn=0168-9002}}</ref> em aeroportos, por exemplo. Além da inspeção das cargas pode ser utilizado também para a determinação da composição do solo<ref>{{Citar periódico|ultimo=KODAMA|primeiro=MASAHIRO|ultimo2=KUDO|primeiro2=SHOKO|ultimo3=KOSUGE|primeiro3=TAKATOSHI|data=1985-10|titulo=APPLICATION OF ATMOSPHERIC NEUTRONS TO SOIL MOISTURE MEASUREMENT|url=http://dx.doi.org/10.1097/00010694-198510000-00001|jornal=Soil Science|volume=140|numero=4|paginas=237–242|doi=10.1097/00010694-198510000-00001|issn=0038-075X}}</ref> . Existem ainda, além de outras grandes quantidades de aplicações, os laboratórios de pesquisa que utilizam fontes de nêutrons. Todas essas aplicações produzem uma demanda por instrumentos de detecção e dosímetros para fontes de nêutrons. É válido lembrar que todo equipamento precisa de calibração para assegurar que seu funcionamento esteja de acordo com padrões pré-estabelecidos.
== Fontes de nêutrons ==
Fontes de nêutrons são todos os materiais e equipamentos que tem a capacidade de emitir nêutrons naturalmente ou artificialmente. As fontes de nêutrons podem ser classificadas de diferentes formas seja por seus tamanhos, energias dos nêutrons liberados ou, ainda, natureza do processo que ocorre para a geração do nêutrons. Os mais utilizados são as fontes de [[Fissão nuclear espontânea|fissão espontânea]], ativação por gama ou alfa, os [[Reator nuclear|reatores]] e os [[Acelerador de partículas|aceleradores]].
== Fissão espontânea como fonte de nêutrons ==
A fissão nuclear é o processo da quebra de um núcleo instável em dois menores. Ela pode ser realizada de forma induzida, isso é, provocando colisões entre partículas aceleradas e o núcleo ou de forma espontânea, natural. É importante que a fissão espontânea tem suas origens da interação do núcleo com [[Raio cósmico|raios cósmicos]] que são partículas penetrantes e energia considerável.
A fissão espontânea é observada em núcleos mais pesados com, por exemplo, o Tório-232. Além disso, existem outros elementos com podem sofrer fissão espontânea como o U-235, U-238, Cf-252, entre outros elementos com alta [[massa atômica]]. Atualmente são conhecidos mais de 100 elementos capazes de decair por fissão espontânea e liberar nêutrons.
O Califórnio 252, em especial, é uma das fontes de nêutrons mais importantes. Os motivos para tal são que tem um [[espectro de energia]], isso é, energia dos nêutrons em uma faixa de energia que é muito utilizável. O espectro de energia de nêutrons do Califórnio 252 são similares a de um reator. Outro motivo para a sua grande utilização é a alta atividade por unidade de massa e tal falto permite a construção de pequenas fontes de nêutrons. As fontes de Califórnio tem tempo de meia vida de aproximadamente 2,6 anos. Tal fato é uma de suas desvantagens. Além disso a energia média do nêutron liberado é em torno de 2 MeV e a energia máxima do nêutron liberado pode chegar até 10 MeV.
== Reatores de fissão como fonte de nêutrons ==
Os reatores de fissão são uma das fontes de nêutrons mais intensas. Assim como a fissão podem existem reatores de diferentes elementos. Um exemplo clássico é o da fissão do Urânio - 235. Durante operação de um reator de Urânio - 235 existe um aumento da quantidade de elementos menores como, por exemplo, Bário - 144 e Criptônio - 89, devido o decaimento do Urânio - 235 em elementos menores.
[[Ficheiro:Nuclear fission reaction.svg|centro|miniaturadaimagem|660x660px|Esquema da fissão nuclear de num núcleo de Urânio - 235.]]
É importante destacar que os núcleos resultantes do [[Decaimento nuclear|decaimento]] do Urânio - 235 por fissão nuclear ou outros tipos de decaimentos resultam em núcleos menores e tais elementos também podem decair resultando em uma cascata de processos. A energia média dos nêutrons liberados em reatores de fissão como fonte de nêutrons é em torno de 2 MeV. Assim como na fissão espontânea a energia máxima dos nêutrons liberados pode atingir até 10 MeV.
== Aceleradores como fonte de nêutrons ==
Aceleradores são equipamentos que fornecem energia para partículas. Dois tipos de aceleradores são utilizados para a produção de nêutrons. Um é o acelerador de elétrons e o acelerador de partículas como prótons, deutério, entre outras partículas.
O princípio do acelerador de [[Elétron|elétrons]] é a produção de [[Bremsstrahlung]] através do bombardeamento de alvos com alto número atômico como, por exemplo, o Tungstênio com elétrons acelerados. Os fótons de Bremsstrahlung por sua vez participam em processos de ativação e resultam na produção de nêutrons como pode ser visto mais detalhadamente em Ativação gama como fonte de nêutrons. As energias dos nêutrons dependem da aceleração do elétron. Sendo assim, quanto maior a energia do elétron, maior a energia do Bremsstrahlung e, consequentemente, maior a energia dos nêutrons. É importante destacar que diferentes elementos alvo podem resultar em diferentes espectros de energias tanto de nêutrons como de outras partículas.
Existe também como apresentado anteriormente o acelerador de partículas carregadas com massa como prótons e deutérios. O bombardeamento dessas partículas é feito em materiais com baixo número atômico, diferentemente do acelerador de elétrons. A aceleração das partículas carregadas que geralmente são íons pode ser realizada em aceleradores Van de Graaff, por exemplo. Um exemplo clássico da produção de nêutrons é a aceleração do deutério e o bombardeamento do mesmo em um trítio conforme a reação a seguir:
<center><span style="font-size: 130%">'''<sup>2</sup>H''' + '''<sup>3</sup>H''' {{→}} '''<sup>4</sup>He''' + '''<sup>1</sup>n'''
</center>
Tal reação é denominada reação de [[Fusão nuclear|fusão]] Deutério-Trítio e libera um nêutron com energia próxima de 14 MeV. A principal vantagem é que a liberação de nêutrons por reações de fusão tem como resultado nêutrons praticamente monoenergéticos. Isso pode ser também uma desvantagem pois existem aplicações em que são necessárias um espectro de energias para o funcionamento adequado como, por exemplo, a calibração de equipamentos. Cabe ainda destacar que reações com diferentes íons são capazes de produzir nêutrons com diferentes energias. A fusão Deutério-Deutério, por exemplo, produz além de nêutrons com energia em torno de 2,5 MeV um Hélio - 3. Outra grande vantagem de aceleradores em relação a processos com decaimento é que eles podem ser desligados, ou sejam, podem parar de produzir nêutrons. Assim como o acelerador de elétrons, quanto maior a energia da partícula incidente no alvo de baixo número atômico, maior a faixa de energia dos nêutrons liberados.
== Ativação gama como fonte de nêutrons ==
O processo de ativação gama requer uma fonte de energia que é um feixe gama e um material alvo com baixo número atômico que seja instável. O processo de ativação gama também recebe o nome de foto nêutron pois a incidências de um fóton em dado material resulta em nêutrons. O material alvo mais utilizado é o Berílio - 9 que ao ser ativado por um fóton resulta em Berílio - 8 e nêutron. Assim como nos aceleradores os nêutrons liberados são praticamente monoenergéticos e dependem tanto da energia do fóton incidente assim como do material alvo. A fonte de fóton pode ser um elemento que decai com energia o suficiente para provocar a ativação do material alvo como o Antimônio - 124 para ativar o Berílio - 9. Além disso, como visto em Aceleradores como fonte de nêutrons podem ser ser utilizados aceleradores de elétrons que produzem Bremsstrahlung.
A principal desvantagem da ativação gama para a produção de nêutrons é que ela exige uma fonte gama com atividade considerável. É importante salientar que as radiações gama representam um risco radiológico considerável devido a sua alta penetração em boa parte dos materiais. Sendo assim as fontes de nêutrons por ativação são feitas de forma com que o material que emita gama fique encapsulado em uma primeira casca que geralmente é feita em alumínio. A segunda parte, externa a primeira casca, é o material alvo que geralmente é Berílio - 9. Por fim, existe ainda uma casca externa ao material alvo que é feita, geralmente, em alumínio. Confira a imagem à seguir que representa o esquema do encapsulamento de uma fonte de nêutrons com ativação gama.
[[Ficheiro:Exemplo_do_encapsulamento_de_uma_fonte_de_nêutrons_com_ativação_gama.png|alt=|centro|miniaturadaimagem|250x250px|Exemplo do encapsulamento de uma fonte de nêutrons com ativação gama.]]
O presente esquema mostra a geometria genérica de uma fonte de nêutron com ativação gama. Um exemplo de fonte gama é o antimônio e um exemplo de material alvo é o Berílio - 9. A blindagem representada em cinza é um material que é útil tanto para a blindagem da radiação quanto para proteção física da fonte. Geralmente o encapsulamento da fonte de nêutrons com ativação gama é feita em geometria esférica ou cilíndrica. Em tal tipo de fonte as energias e fluência dos nêutrons são relativamente baixas quando comparadas a reatores e aceleradores.
== Ativação alfa como fonte de nêutrons ==
O processo de ativação [[Partícula alfa|alfa]] requer uma fonte que emita alfa e um material alvo com baixo número atômico e seja instável. São os tipos de fontes de nêutrons mais comuns de todos tendo em vista as vantagens da fonte. A intensidade da fonte de nêutrons com ativação alfa é definida pela atividade do emissor alfa o qual o Amerício - 241 é comumente utilizado.Além do Amerício - 241 também podem ser utilizados como emissores alfa o Plutônio - 238, Plutônio - 239, Polônio - 210 e Rádio - 226. O principal problema de emissores de alfa encapsulados é o acúmulo de Hélio com o tempo.
Os materiais alvo tem baixo número atômico e podem ser citados como exemplo o Berílio, Flúor e Lítio. As fontes de Berílio - 9 e Amerício - 241 são umas das mais utilizadas por causa do tempo de meia vida longo, aproximadamente 432.2 anos, energia média do nêutron de 4.2 MeV com nêutrons de até 11 MeV. A reação de ativação alfa é representada como:
<center><span style="font-size: 130%">'''<sup>9</sup>Be''' + '''<sup>4</sup>α''' {{→}} '''<sup>12</sup>C''' + '''<sup>1</sup>n''' + '''<sup></sup>γ'''
</center>
O gama liberado tem energia de 4,44 MeV e exige uma cuidado do ponto de vista radiológico. O esquema de encapsulamento da fonte de nêutrons com ativação alfa é muito similar ao com ativação gama. A principal diferença é que não existe a blindagem interna entre a fonte e o material alvo. O motivo para tal é que as partículas alfa tem penetração muito menor que as partículas gama e, assim, precisam estar em contato direto com o material alvo.
Em geral a principal desvantagem da fonte de nêutrons com ativação alfa é a produção de Hélio com o passar do tempo. O tempo de meia vida longo, o espectro energético amplo, a energia média dos nêutrons e a fácil construção a torna uma das fontes mais ideais para utilização nos mais diversos campos de aplicação.
== Blindagens para fontes de nêutrons ==
Os nêutrons são partículas capazes de ionizar partículas de forma indireta, ou seja, eles interagem com partículas que são carregadas que, por sua vez, serão capazes de produzir [[radiações ionizantes]]. Sendo assim os nêutrons interagem, majoritariamente, com núcleos leves como o do Hidrogênio. O Hidrogênio acelerado que interagiu com o nêutron é capaz, então, de produzir radiações ionizantes através de [[interações coulombianas]] com outros elementos. As radiações ionizantes tem grande campo de aplicação porém o seu uso deve seguir três princípios básicos: Justificativa, Otimização e Limitação. De forma geral é desejado que o uso de radiação seja o suficiente para a aplicação em questão, ou seja, não deve exceder os limites definidos em normas nacionais. Para tal é necessário um estudo da blindagem a fim de reduzir a exposição a radiação de tudo que é capaz de produzir radiação seja de forma direta ou indireta.
A radiação de nêutrons, em específico, é relativamente mais complexa que as demais pois tem o efeito de cascata. O nêutron interage, em maior parte, com vários tipos de núcleos e pode, assim, resultar em diferentes tipos e energias de radiação. Um exemplo do efeito de cascata de nêutrons é a interação com o Oxigênio - 16 que resulta em um Oxigênio - 17 que decai emitindo um Hidrogênio e um Nitrogênio - 16. O Hidrogênio acelerado como já discutimos é capaz de realizar interações coulombianas e, assim, produzir radiações ionizantes. Já o Nitrogênio - 16 tem capacidade para emitir radiações Beta e Gama. Como podemos ver o nêutron quando interage com o Oxigênio - 16 resulta em outras duas partículas que podem provocar radiações ionizantes. Tal cascata provocada pelas interações dos nêutrons torna a sua blindagem um processo relativamente complexo quando comparado a outras radiações.
A interação dos nêutrons com a matéria pode ser representada pela relação entre a intensidade de nêutrons incidente, I<sub>0</sub>, em um material de espessura X e número de núcleos por volume, N, com o número de nêutrons emergente,I, é definida por:
<center><span style="font-size: 130%">
:<math>I(x) = I_0 e^{-\sigma N x}</math>
</center>
A letra σ representa a probabilidade de interação do nêutron com o material. Diferentes materiais assim como nêutrons de diferentes momentos (energia e ângulo de incidência) apresentam diferentes probabilidades de interação. Para nêutrons de até 10 MeV são predominantes dois tipos de interações: Espalhamento e Captura. O primeiro existe apenas um redirecionamento do nêutron, ou seja, existe um nêutron no final da interação. Já no processo de Captura o nêutron é absorvido por um núcleo.
Diferentes materiais apresentam diferentes coeficientes de secção de choque, σ, para as diferentes interações. Para as blindagens geralmente são utilizados elementos com alta secção de choque de espalhamento com nêutrons. Tais materiais geralmente tem baixo número atômico e o caso mais clássico é o Hidrogênio. O objetivo de tais interações de espalhamento é fazer com que os nêutrons incidentes percam energia e tenham, posteriormente, maior probabilidade de serem absorvidos em materiais com alta secção de choque de absorção como é o caso do Cádmio.
Sendo assim, a blindagem de nêutrons é realizada com materiais hidrogenados para reduzir a energia média dos nêutrons incidentes. Depois disso são utilizados materiais que absorvem os nêutrons de baixa energia, ou seja, com alta secção de choque de absorção como o Cádmio. Por fim são recomendadas blindagens de Chumbo ou algum outro material com alto número atômico para atenuar as partículas resultantes dos processos de espalhamento com o nêutron como, por exemplo, hidrogênios acelerados, radiações gama, entre outras.<span style="font-size: 130%">'''<sup></sup>'''
== O Decaimento Beta (<math> \beta^-</math>) ==
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