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SONDA DE NÊUTRONSSONDA DE NÊUTRONSFinalidade de Uso e Aspectos OperacionaisFinalidade de Uso e Aspectos Operacionais

DisciplinaDisciplinaMMéétodos Instrumentais de Antodos Instrumentais de Anáálise Flise Fíísica do Ambientesica do Ambiente

ProfessorProfessorDr. SDr. Séérgio Oliveira Moraesrgio Oliveira Moraes

AlunoAlunoJaedson ClJaedson Clááudio Anunciato Mota (Engudio Anunciato Mota (Engºº. Agrônomo). Agrônomo)

Orientador: Dr. Paulo Leonel LibardiOrientador: Dr. Paulo Leonel Libardi

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1. Finalidade de Uso1. Finalidade de Uso

-- medir a umidade do solomedir a umidade do solo

Medidas da umidade do soloMedidas da umidade do solo* Modos destrutivos: a estrutura do solo * Modos destrutivos: a estrutura do solo éé alterada alterada

* Modos não destrutivos: não h* Modos não destrutivos: não háá alteraalteraçção da estrutura do soloão da estrutura do solo

HistHistóórico da sonda de nêutronsrico da sonda de nêutrons

* 1932 * 1932 –– James Chadwick bombardeou berJames Chadwick bombardeou beríílio com partlio com partíículas culas αα

γα ++→ 42

23793

24195 ][ NpAm

EnCBe ++→+ 10

126

42

94 α

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XXn AZ

AZ

110

+⇒+

01

11 780n p Kev⇒ + − + +β υ

* O nêutron emitido a partir da reação anterior pode:

- Não sofrer moderação

* Anos 50: Canadá e Estados Unidos iniciaram estudos para desenvolver a sonda de nêutrons como método para medida da umidade do solo

- J. W. Holmes: desenvolveu o instrumento portátil

- Ser absorvido por um núcleo de outro elemento (Ag, Au, Fe,In, Al, Mn, C, N)

- Ser moderado por colisões, principalmente com o hidrogênio, e ser detectado por um sensor de 3He ou BF3

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2. Aspectos Operacionais2. Aspectos Operacionais

-- PrincPrincíípio de funcionamentopio de funcionamento

Nêutrons rNêutrons ráápidos (10 keV a 20 MeV) emitidos de pidos (10 keV a 20 MeV) emitidos de uma fonte (normalmente ameruma fonte (normalmente amerííciocio--berberíílio) são lio) são moderados, isto moderados, isto éé, desacelerados ou tornados , desacelerados ou tornados nêutrons lentos (0,01 a 0,3 eV) pelos nêutrons lentos (0,01 a 0,3 eV) pelos áátomos de tomos de hidrogênio no solo, detectados por um contador hidrogênio 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 registrados em um ““scalerscaler”” àà sua superfsua superfíície.cie.

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Tubo de acesso: preferencialmente de alumTubo de acesso: preferencialmente de alumíínionio

Raio de aRaio de açção: Diminui com o aumento da umidade (de 15ão: Diminui com o aumento da umidade (de 15--30 cm)30 cm)

CalibraCalibraçção: necessão: necessáária para obter uma relaria para obter uma relaçção entre a leitura do ão entre a leitura do instrumento e a umidade no soloinstrumento e a umidade no solo

y = a + b . xy = a + b . x

Onde,Onde,y = umidade volumy = umidade voluméétrica do solotrica do soloa = coeficiente lineara = coeficiente linearb = coeficiente angularb = coeficiente angularx = CRx = CR

θθ = a + b . CR= a + b . CR

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Exemplo de calibraExemplo de calibraçção de uma sonda de nêutrons para um Alfissolão de uma sonda de nêutrons para um Alfissol

0,3700,37058109581090,2830,2831010

0,3950,39562035620350,2910,29199

0,3670,36757637576370,2870,28788

0,3770,37759208592080,3060,30677

0,4410,44169259692590,3750,37566

0,4320,43267846678460,3780,37855

0,4530,45371143711430,3870,38744

0,4850,48576169761690,3930,39333

0,4810,48175541755410,4130,41322

0,5070,50779650796500,4240,42411

CRCRN N (cpm)(cpm)

θθθθθθθθ(cm(cm 33 cmcm --33))

PontoPonto

NPadrão (água) = 157050 cpm

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SeguranSegurançça e protea e proteçção contra a radiaão contra a radiaççãoão-- RadiaRadiaçção: O termo refereão: O termo refere--se usualmente a partse usualmente a partíículas e campos culas e campos

que se propagam (transferindo energia) nque se propagam (transferindo energia) no espao espaçço o (preenchido ou não por mat(preenchido ou não por matééria).ria).

-- Unidades de radioatividade: Unidades de radioatividade: * Curie (Ci) = 3,7 . 10* Curie (Ci) = 3,7 . 101010 desintegradesintegraçções.sões.s--11

* Becquerel (Bq) = 1 desintegra* Becquerel (Bq) = 1 desintegraçção.são.s--11

* Rem (rem) = 0,1 RAD (dose de radia* Rem (rem) = 0,1 RAD (dose de radiaçção absorvida) = 0,01 J.kgão absorvida) = 0,01 J.kg--11

-- Emissão de radiaEmissão de radiaçção por sonda de neutros:ão por sonda de neutros:* Am* Am--241/Be (50 mCi) dentro da blindagem, 1 m de distância = 0,11 mre241/Be (50 mCi) dentro da blindagem, 1 m de distância = 0,11 mrem.hm.h--11

* Am* Am--241/Be (50 mCi) fora da blindagem, 1 m de distância = 0,3 mrem.h241/Be (50 mCi) fora da blindagem, 1 m de distância = 0,3 mrem.h--11

-- Segundo a OrganizaSegundo a Organizaçção Mundial da Saão Mundial da Saúúde:de:* N* Níível mvel mááximo, por pessoa ximo, por pessoa éé de 5 rem . Anode 5 rem . Ano--11 = 5000 mrem . Ano= 5000 mrem . Ano--11

Ex.: Dose de 0,3 mrem.hEx.: Dose de 0,3 mrem.h--11 x 5 horas.diax 5 horas.dia--11 x 5 dias.sx 5 dias.s--11 = 7,5 mrem.semana= 7,5 mrem.semana--11

7,5 mrem.semana7,5 mrem.semana--11 x 52 semanas = 390 mrem.anox 52 semanas = 390 mrem.ano--11 ((7,8% do admiss7,8% do admissíívelvel))

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Vantagens do uso da sonda de nêutronsVantagens do uso da sonda de nêutrons

* A medida não * A medida não éé destrutivadestrutiva* Permite a obten* Permite a obtençção de valores de umidade no solo no mesmo ão de valores de umidade no solo no mesmo

ponto e a qualquer tempoponto e a qualquer tempo* As medidas são r* As medidas são ráápidas e precisaspidas e precisas* F* Fáácil manejo e pode ser conectada a registradorescil manejo e pode ser conectada a registradores* * A capacidade de trabalho estendeA capacidade de trabalho estende--se a solos bem mais secos, se a solos bem mais secos,

onde os tensiômetros não podem ser utilizadosonde os tensiômetros não podem ser utilizados

Desvantagens do uso da sonda de nêutronsDesvantagens do uso da sonda de nêutrons

* * ÉÉ um equipamento relativamente caroum equipamento relativamente caro* * ÉÉ uma fonte radioativauma fonte radioativa* H* Háá a necessidade da observância e conhecimento de leis e a necessidade da observância e conhecimento de leis e

normas que regulamentam e fiscalizam o uso desses materianormas que regulamentam e fiscalizam o uso desses materiaisis* Não * Não éé recomendado para solos com elevado teor de matrecomendado para solos com elevado teor de matééria ria

orgânica orgânica

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3. Fontes Consultadas3. Fontes Consultadas

ANDRADE, A. R. S. de; JADOSKI, S. O.; GUERRA, H. C.; GUERRINI, IANDRADE, A. R. S. de; JADOSKI, S. O.; GUERRA, H. C.; GUERRINI, I. . A. A. Influência do tempo de contagem na determinaInfluência do tempo de contagem na determina çção da densidade ão da densidade de nêutronsde nêutrons .. Rev. Bras. Eng. AgrRev. Bras. Eng. Agrííc. Ambientalc. Ambiental, v.5, n.3, p.411, v.5, n.3, p.411--415, 415, Set./Dez. 2001.Set./Dez. 2001.BACCHI, O. O. S.; REICHARDT, K.; CALVACHE, M. BACCHI, O. O. S.; REICHARDT, K.; CALVACHE, M. Sonda de Sonda de neutrones y gamma: sus aplicaciones em Agronomianeutrones y gamma: sus aplicaciones em Agronomia . Viena: OIEA, . Viena: OIEA, 2000. 97p.2000. 97p.GREACEN, E. L. Introduction. In: Soil water assessment GREACEN, E. L. Introduction. In: Soil water assessment byby the neutrons the neutrons method. Austrmethod. Austráália: CSIRO, 1981. 139p.lia: CSIRO, 1981. 139p.LIBARDI, P. L. LIBARDI, P. L. Dinâmica da Dinâmica da áágua no sologua no solo . São Paulo: EDUSP, 2005. . São Paulo: EDUSP, 2005. 335p.335p.TEIXEIRA, C. F. A.; MORAES, S. O.; SIMONETE, M. A. TEIXEIRA, C. F. A.; MORAES, S. O.; SIMONETE, M. A. Desempenho do Desempenho do tensiômetro, TDR e sonda de nêutrons na determinatensiômetro, TDR e sonda de nêutrons na determina çção da umidade ão da umidade e condutividade hidre condutividade hidr ááulica do soloulica do solo .. Rev. Bras. Cienc. Solo, Rev. Bras. Cienc. Solo, v.29v.29 n.2, n.2, p.161p.161--168,168, Mai/Abr. 2005.Mai/Abr. 2005.www.frutopia.agroweb.us/tutoriales/neutron/neutron.htmlwww.frutopia.agroweb.us/tutoriales/neutron/neutron.html

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Obrigado pela atenObrigado pela atençção!ão!