Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia - Física Nuclear e Aplicações

A Física Nuclear é o estudo das interações entre prótons e nêutrons no núcleo dos átomos que compõem a matéria e nossos corpos. Os núcleos têm dimensões minúsculas, da ordem de poucos femtometros (10-15 m). Reações nucleares incluem decaimentos radioativos, fissões e fusões.

As aplicações da Física Nuclear vão desde ciência dos materiais até energia nuclear, passando por diagnóstico e tratamento em medicina nuclear, análise de obras de arte e de artefatos arqueológicos, climatologia, geologia, agricultura e eletrônica.

O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia – Física Nuclear e Aplicações (INCT-FNA) foi criado em 2017 para aprofundar a colaboração entre os principais grupos de pesquisa nas áreas teórica, experimental e de aplicações de Física Nuclear no Brasil. O Instituto é uma rede de pesquisa que congrega mais de 30 instituições brasileiras e recebe financiamento do CNPq, da CAPES e da FAPERJ para desenvolver 18 linhas de pesquisa, sempre enfatizando o compromisso das instituições com a formação de recursos humanos altamente qualificados, para que o Brasil desenvolva e domine tecnologias na área nuclear, e a disseminação dos conhecimentos gerados junto ao público.

O grupo de pesquisa Física das Radiações do Centro Universitário FEI integra o INCT-FNA. Os laboratórios do grupo são responsáveis por duas linhas de pesquisa no âmbito do INCT-FNA: o Laboratório de Física das Radiações (LAFIR) desenvolve pesquisas na área de radiação natural e o Laboratório de Efeitos da Radiação Ionizante (LERI) investiga os efeitos da radiação em dispositivos eletrônicos.

As pesquisas desenvolvidas pelo grupo de Física das Radiações do Centro Universitário FEI são intrinsecamente multidisciplinares, envolvendo a colaboração com pesquisadores e alunos das Engenharias Elétrica, Química, Civil e de Materiais, por exemplo.

Na área de radiação natural, são desenvolvidos projetos relacionados ao estudo de solos, plantas e alimentos, gerando informações de relevância ambiental, social e econômica. Radionuclídeos provenientes da crosta terrestre que estão presentes em todos os lugares do meio ambiente são um dos principais contribuintes para a exposição humana a radiação ionizante por fontes naturais. O solo é constituído de diversos radionuclídeos, contudo, somente os que possuem meia-vida de centenas até bilhões de anos, como o 40K e os elementos da série do 238U e 232Th, contribuem significativamente para a radiação natural. Estando esses radionuclídeos presentes nos solos, alguns processos de mineração concentram ainda mais esses elementos gerando subprodutos classificados como TENORM (Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material). A figura abaixo apresenta um espectro de radiação gama característica emitida pelos radionuclídeos 40K (1460 keV), 232 Th (2614 keV) e 238U (1764 keV) para quatro diferentes materiais analisados.

Na área de efeitos da radiação sobre a eletrônica, nosso trabalho envolve modelar a física dos efeitos da radiação, planejar e realizar experimentos em que dispositivos e circuitos eletrônicos são submetidos à radiação ionizante (raios X, prótons e íons energéticos e raios gama) e discutir os resultados destes experimentos. A compreensão dos efeitos da radiação sobre estes dispositivos eletrônicos e o desenvolvimento de metodologias de teste para qualificar os dispositivos são passos essenciais para a criação de estratégias de mitigação dos danos que a radiação causa na eletrônica em ambientes hostis como o espaço, hospitais e clínicas de medicina nuclear, aceleradores de partículas e usinas nucleares. A figura abaixo mostra curvas características de transistores n-MOSFET e p-MOSFET, antes e depois de serem irradiados.