Estudo do poder de frenamento de partículas alfa na matéria

Abstract

Seguindo a proposta de uma disciplina de mecânica quântica com enfoque em física experimental [P.R.S. Gomes e T.J.P. Penna, Revista Brasileira de Ensino de Física 10, 34 (1988)], neste artigo apresentamos um método simples para o estudo da perda de energia de partículas alfa em ar, geralmente apresentado, quando disponível, em laboratório avançados no final dos cursos de graduação em física e física médica, onde apresentamos um método novo e simples para a determinação do poder de frenamento de partículas alfa no ar e a obtenção da curva de Bragg. Palavras-chave: perda de energia, pico de Bragg, partículas alfa.Following the proposal of a quantum physics course with an experimental emphasis [P.R.S. Gomes and T.J.P. Penna, Revista Brasileira de Ensino de Física 10, 34 (1988)], in this work, we present a new simple method for the study of the stopping power of alfa particle in air, usually presented, when available, in advanced labs in physics and in medical physics courses. In this method, the Bragg's curve can be obtained both qualitative and quantitatively. Keywords: stopping power, Bragg peak. IntroduçãoA radioterapiaé uma técnica bastante utilizada no tratamento de câncer. Essa técnica trabalha principalmente com feixes de fótons e elétrons; porém altas doses de radiação, que destroem o tumor, podem atingir também os tecidos normais, causando os efeitos colaterais. Objetivando minimizar esses efeitos os hádrons (geralmente prótons) constituem uma boa alternativa. Esses feixes conseguem atravessar os tecidos em profundidade e depositam sua energia a uma distância muito precisa. O aumento na energia depositada no final da trajetória e a alta eficiência biológica, conhecida como pico de Bragg, capacitam essas partículas para a radioterapia de tumores localizados em regiões de difícil acesso no corpo humano [1][2].O processo de perda de energia das partículas carregadasé bastante distinto das radiações sem carga como os raios X ou γ e nêutrons. Um fóton ou nêutron incidente sobre um material pode passar através dela sem nenhuma interação e consequentemente sem nenhuma perda de energia, ou pode perder toda sua energia em um ou alguns poucos eventos catastróficos.Já a partícula carregada interage através da força Coulombiana com os elétrons ou núcleos de praticamente todos osátomos pelos quais ela passe. A maior parte dessas interações consome uma pequena parte da energia da partícula carregada e portanto sua energia vai diminuindo gradativamente como num processo de fricção. Portanto a probabilidade da partícula carregada atravessar um meio denso e longo sem nenhuma interaçãoé nula.As energias das partículas alfa emitidas por uma fonte de Amerício-241 (meia-vida de 433 dias) são 5,486 MeV (85%) e 5,443 (12,8%) [1-2], como a energia para excitar uma elétron de um gás varia entre 25 e 40 eV [1-2] temos que para o ar ambiente uma partícula alfa sofre 10 5 interações antes de perder toda sua energia.As interações coulombianas podem ser simplesmente caracterizadas pelo parâmetro de impacto b (Fig. 1) e pelo raio atômic...

Obtaining the Bragg curve using a low-cost detector

“…The Bragg curve is given by −dE/dx [7, pp 31-33]. Since the voltage is proportional to the ionization produced by the alpha radiation [3][4][5], we have that dE/dx is proportional to dU/dx. The Bragg curve may be obtained by numerical differentiation of the fitted curve.…”

“…In general, in order to carry out a didactic experimental practice that reproduces the Bragg curve, it is necessary to use high-cost professional equipment [3], making it unfeasible in many educational institutions. Motivated by the importance of the Bragg curve, we propose in this work the construction of a low-cost ionization chamber detector inspired by Wenzel [4] and Bastos [5] that, with a low-intensity radioactive source, makes it possible to carry out an experiment to obtain the characteristic Bragg curve.…”