1. Programa de Iniciação Tecnológica
Orientador : Alexandre Soares Leal
Orientando : Frederico Vinícius de Souza Leite

2. Uso de tecnologia nuclear para
detecção de material
ilícito, potencialmente destrutivo e
radioativo
Frederico Vinícius de Souza Leite

3. 1 - Motivação
• Aumento acentuado de atentados terroristas o crescimento
e enriquecimento de poderosos cartéis do tráfico de
drogas
• Herança de inúmeras guerras travadas ao longo do século
XX: vários países, inclusive da Europa, tem, até hoje,
minas terrestres espalhadas por seu território
• Tráfego intenso de pessoas e mercadorias – é preciso
controlar o que passa pelas fronteiras

4. Cresce a busca por garantias de segurança, para se evitar
novos desastres e impedir a entrada de
drogas, armamentos, e material radioativo pelas fronteiras
mais movimentadas do mundo.

5. • Torna-se cada vez mais necessário encontrar-se métodos
novos de inspeção, não destrutivos, rápidos e mais
eficazes, para assegurar as fronteiras em aeroportos e
portos
• É preciso conseguir superar a tecnologia e os métodos
usados pra disfarçar o material ilícito.

6. 2 - Métodos de inspeção
• Diversos métodos vem sendo desenvolvidos. Resultados
bastante satisfatórios foram obtidos com o uso de
tecnologia nuclear – métodos baseados em reações
nucleares

7. 2.1 - Uso da radiação para inspeção visual
• Amplamente utilizado e bem aceito já pela população em
geral
• Comercialmente estabelecido
• Tecnologia atual permite dispositivos fixos e até mesmo
portáteis

8. Radiografia por Raios - X
• Mais comum, muito presente em aeroportos.
Figuras: “Contraband detection with fast neutrons” - Andy BUFFLER

9. • Disponível comercialmente atualmente em dispositivos
portáteis, alguns até do tamanho de uma maleta, com
fonte própria de raios-X
Figuras retiradas de INSTRUMENTAL TECHNIQUE
FOR THE DETECTION AND IDENTIFICATION OF
RADIOACTIVE, FISSILE AND EXTRA HAZARDOUS
SUBSTANCES - Nikolay R. KUZELEV, I.N. IVANOV,
Vyacheslav M. YUMASHEV

10. Radiografia por Raios Gama (gamagrafia)
• Similar a conhecida radiografia por raios-X, usa fontes
radioativas, tais como o Cobalto - 60 (60Co) ou o Irídio -
192 (192Ir)
• Usa um detector de raios gama para gerar imagem a partir
da interação desses raios com a matéria.
• Precisão da imagem depende da fonte de raios gama
utilizada e das propriedades da matéria inspecionada

11. Imagem obtida da inspeção de automóveis utilizando raios gama . Os
resultados obtidos são similares aos que usam raios-X para
reconstruir a imagem.
Figura: “Contraband detection with fast neutrons” - Andy BUFFLER

12. 2.1.2 - Limitações
• Inspeção meramente visual pode não ser suficiente. A
eficácia da investigação depende muito do fator humano
• No caso já citado das minas terrestres, não há como
utilizar mera inspeção visual
• Mesmo com a tecnologia mais desenvolvida, radiografias
são pouco sensíveis aos elementos mais leves, como
H, C, N, O – principais componentes de explosivos

13. 2.2 – Técnicas Alternativas
• Uma possível solução é uma análise elementar da amostra
investigada, baseada nos produtos obtidos de reações
nucleares
• Obtém-se uma descrição qualitativa e quantitativa da
amostra, em termos de sua composição molecular

14. 2.2.1 -Técnicas Passivas
• Ideais para detecção de elementos naturalmente
radioativos, como os chamados SNM (special nuclear
materials)
• Materiais radioativos emitem constantemente nêutrons
e/ou raios gama, em quantidades apreciáveis

15. • Para aumentar a eficácia, dispositivos possuem detectores
de nêutrons e de raios gama
• Tecnologia dos detectores continua em desenvolvimento -
atualmente utiliza semicondutores, capazes de detectar
traços cada vez menores de radiação
Detector de carboneto de silício
sendo testado em laboratório nos
EUA
Figura: “Fast Digitization and Discrimination of Prompt
Neutron and Photon Signals Using a Novel Silicon Carbide
Detector” - Brandon W. Blackburn , James T. Johnson, Scott
M. Watson , David L. Chichester, James L. Jones , Frank H.
Ruddy, John G. Seidel , Robert W. Flammang

16. 2.2.2 -Técnicas ativas
• No caso de materiais que não emitem naturalmente
quantidades consideráveis de radiação, usa-se técnicas
ativas
• A amostra é ativada – bombardeada por radiação
direcionada, ela é “forçada” a emitir radiação, devido as
reações nucleares impostas a ela

17. A colisão de um nêutron bombardeado com o núcleo de
um isótopo excita o mesmo a um estado energético
instável. O decaimento espontâneo de volta ao estado
inicial (estável) envolve a emissão de partículas sub-
atômicas e de energia – raios gama

18. • Os produtos dessas reações tem energias características
para átomos de cada elemento.
• A análise dessa energia permite a determinação
molecular quantitativa e qualitativa do material
inspecionado
• Resultados são obtidos pela análise de espectrogramas –
radiação emitida é detectada e quantificada

19. Espectrogramas característicos de alguns materiais e elementos
comumente encontrados nas investigações
Figura: “Contraband detection with fast neutrons” - Andy BUFFLER

20. 2.2.3 -Variações
• Há técnicas diferentes baseadas nesse mesmo princípio –
algumas utilizam nêutrons térmicos (baixa energia),
outras usam nêutrons epitérmicos (média energia),
nêutrons rápidos (alta energia)
• Faltam ainda estudos eficazes para determinar qual delas
seria a mais eficiente

21. • O princípio de funcionamento é o mesmo : detecta-se a
radiação emitida pela amostra ativada, quando essa
“decai” para um nível energético mais estável
Esquema de montagem de um
detector por ativação neutrônica
a ser usado em aeroportos
Figura: “Contraband detection with fast neutrons” - Andy BUFFLER

22. • Técnica já disponível comercialmente, em diversas
montagens
Essas duas máquinas são
apresentadas num panfleto
virtual de uma empresa russa
chamada Scientific and
Technical Center RATEC -
“STC RATEC Security Systems”
Figura do caminhão : “Contraband
detection with fast neutrons” -
Andy BUFFLER

23. Pode detectar até mesmo minas terrestres
• Recentes estudos tem conseguido bons resultados na
detecção de nêutrons epitérmicos refletidos, baseando-se
na determinação da concentração de
hidrogênio, tipicamente de 18 % em explosivos.
• Área ainda não consolidada – ainda é preciso mais
pesquisa para a determinação e o desenvolvimento de um
método definitivo

24. 2.3 -Limitações dos métodos ativos e passivos
• É preciso diferenciar a radiação emitida que se quer medir
de radiação naturalmente presente, por vezes até de
material comum, como areia para gatos e fertilizantes
• Propõe-se que os métodos baseados em reações nucleares
sejam usados como suportes, para aferição precisa no
caso de detecção suspeita por métodos imagéticos

25. • Ainda são métodos caros comercialmente – falta
desenvolver a tecnologia afim de que seja financeiramente
viável sua implementação em larga escala
• Faltam estudos conclusivos a respeito do método que obtém
os melhores resultados – qual fonte de nêutrons usar, qual
tipo de nêutrons usar?
• O objetivo é um método que seja rápido e eficiente

26. 3 - Conclusão
• Os métodos analíticos baseados em tecnologia nuclear
vem sendo empregados há algum tempo, mas ainda não
foram esgotadas suas potencialidades.
• O desenvolvimento tecnológico tem contribuído
significativamente para a obtenção de resultados cada vez
mais precisos e confiáveis.

27. • Tais técnicas já são reconhecidas como boas opções para
investigação não invasiva, e já são usadas em alguns
países
• O óbvio interesse econômico nessa área é um fator
crucial para o avanço da pesquisa e do desenvolvimento
FIM