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Escola de verão de Física Nuclear Experimental J. A. Swieca
existe desde 1984 e tem como objetivo propiciar aos alunos de pós-graduação
e jovens doutores um contacto com os aspectos mais excitantes da Física
Nuclear Experimental, que envolvem desde o planejamento de uma experiência
até a sua execução. A Escola de 2006 terá
como tema principal a realização de experimentos relacionados
à Física de Nêutrons.
A Fisica de Nêutrons teve sua estréia em 1932, através de um experimento realizado pelo físico Chadwick, o qual utilizou partículas alfa provenientes de um elemento radioativo como munição para bombardear um alvo de Berílio. Neste experimento, foi observada a emissão de partículas que não possuíam carga, mas que ao entrar em contato com outros materiais (em sua experiência, a parafina) conseguiam arrancar prótons. A esta partícula, deu-se o nome de nêutron. Em 1934, Enrico Fermi propôs um modo de termalização (diminuição da energia) de nêutrons e, posteriormente, em 1939, Otto Hahn e Fritz Strassman descobriam a Fissão Nuclear (isto é, a divisão de um núcleo pesado em outros menores, ao ser bombardeado por partículas aceleradas) e como conseqüência, constatou-se a emissão de nêutrons e a liberação de grande quantidade de energia.
Desta forma, tanto a descoberta do nêutron como sua possibilidade de termalização foram utilizadas anos mais tarde na construção do primeiro reator nuclear. Assim, em 02 de dezembro de 1942 entrou em operação o Primeiro Reator Nuclear, construído no estádio de atletismo da Universidade de Chicago, Estados Unidos. Hoje os reatores nucleares geram fluxos de nêutrons a partir da fissão controlada.
Reatores Nucleares do IPEN
O IPEN possui dois reatores nucleares, MB-01 –100W e IEA-R1 – 5MW, dedicados a estudos de pesquisa básica e aplicada em física nuclear e áreas correlatas. O reator MB-01 – 100W é conhecido como reator de potência zero ou Unidade Crítica (UCRI). É constituído por um núcleo de material físsil arranjado de forma a possibilitar que uma reação em cadeia possa, sob certas condições, ser auto-sustentada e controlada a baixos níveis de potência (máximo 100W), possibilitando a comprovação de metodologias utilizadas na área de neutrônica para projetos de núcleos de reatores. O núcleo deste reator está contido em um tanque de aço inoxidável (com 1,80m de diâmetro por 3,0m de altura) composto por um arranjo de 680 varetas combustíveis (constituídas de pastilhas de dióxido de Urânio enriquecido a 4,3% em 235U) e 48 varetas absorvedoras com a função de controlar a reação nuclear em cadeia e o desligamento seguro. Tem por objetivo a simulação em escala real de parâmetros nucleares que atualmente são considerados um padrão de referência internacional (Benchmark) bem como o treinamento em operação de reatores para licenciamento.
O reator IEA-R1 – 5MW atingiu sua primeira criticalidade em 16 de setembro de 1957, às 11h10, tendo sido o primeiro reator nuclear a funcionar no hemisfério sul com um fluxo térmico médio estimado em 2,0x1013n/cm2.s para operações a 2 MW. Este reator possui um núcleo aberto, localizado dentro de uma piscina com 272 m3 de água desmineralizada; duas estações pneumáticas, que operam a um fluxo predominante da ordem de 1011n/cm2.s; além de 11 tubos de irradiações (“Beam Holes”), sendo 8 tubos em distribuição radial com foco centrado no núcleo do reator, 01 tubo tangencial que atravessa diametralmente a piscina e 02 tubos colocados em frente à coluna térmica. Essas instalações proporcionam uma grande variedade de trabalhos experimentais, voltados tanto à pesquisa básica como aplicada em diversos campos incluindo prioritariamente, Medicina, Engenharia e Indústria.
O núcleo do reator IEA-R1 já passou por várias configurações ao longo desses anos e, atualmente, pode atingir um fluxo de até 1014n/cm2.s em operações a 5 MW. Essas melhorias permitiram um avanço significativo tanto na produção de radioisótopos, destinados à área médica, bem como no que diz respeito à pesquisa aplicada utilizando ativação com nêutrons de materiais diversos, tais como amostras biológicas, ambientais, metálicas, plásticas, etc. Além disso, ampliou sua capacidade de experimentos on-line, onde hoje são realizados estudos de reações fotonucleares com o uso de radiação gama de captura, difratometria de nêutrons para estudo do estado cristalino da matéria, espectrometria de nêutrons para estudos da dinâmica do hidrogênio em ligas metálicas, estudos de vibrações moleculares em componentes hidrogenados utilizando-se o espectrômetro de três eixos e neutrongrafia.
Com o objetivo de divulgar as atividades relacionadas à Física de Nêutrons realizadas no IPEN, bem como incentivar e aperfeiçoar a formação em Física Experimental dos alunos de Pós Graduação em Física Nuclear, esta escola propõe a realização de experimentos nestes reatores.