Influência do tempo de contagem na determinação da densidade de nêutrons

Com o objetivo de se estudar a influência do tempo de contagem na determinação da densidade de nêutrons moderados com uma sonda de nêutrons, num Latossolo localizado na área experimental do Departamento de Engenharia Rural, da Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Campus de Botucatu, SP, coletaram-se dados no interior de uma estufa de polietileno, a três profundidades no solo, 15, 30 e 45 cm, com tempos de contagem de 1, 4, 16, 32, 64, 128 e 256 s, com cinco repetições. Para avaliação da variabilidade entre as leituras, utilizaram-se métodos estatísticos descritivos: variância, desvio-padrão, valores de amplitude e coeficiente de variação. Para se determinar a influência do tempo de contagem no valor das leituras, utilizou-se o teste F e comparação entre médias através do teste de Tukey. Com exceção da profundidade de 45 cm, observou-se pequena variabilidade entre as leituras obtidas para cada tempo de contagem e uma significante variação entre as médias das leituras obtidas com curtos (1 e 4 s) e longos (tempos maiores de 16 s) tempos de contagem. O uso de longos tempos de contagem (maiores de 32 s) não ocasiona diferença significativa na magnitude das leituras.

Palavras-chave: sonda de nêutrons, tempo de contagem, distribuição de Poisson

To study the influence of the neutron probe counting time on neutron density determination a study was carried out on a Latossol, under greenhouse conditions, at the Experimental Station of the Rural Engineering Department, UNESP in Botucatu-SP. Neutron probe data were collected, with five replicates, at three soil depths (15, 30 and 45 cm) with counting times of 1, 4, 16, 32, 128 and 256 s. To evaluate the variability among replicates, conventional statistics parameters were determined : variance, standard deviation, amplitude and coefficient of variation; to determine the influence of the counting time on neutron density determination, analyses of variance (F test) and comparisons of means (Tukey Test) were also conducted. The results showed small variability among readings for each counting time and significant variation among the reading means for the short (1 and 4 s) and long (longer than 16 s), counting times with the exception of the 45 cm soil depth. The use of long counting times (longer than 32 s) does not cause any significant difference on the readings magnitude.

Key words: Neutron probe, radiation counting time, Poisson distribution

A sonda de nêutrons é um instrumento utilizado para a determinação do conteúdo de água do solo. As principais vantagens do método são: permitir a obtenção de valores de umidade do solo no mesmo ponto e a qualquer tempo sem deformar o solo, ser rápido e preciso, apresentando a possibilidade de alta periodicidade de medição, de fácil manejo e relativamente barato e poder ser conectado a registradores, possibilitando leituras contínuas no campo. (Torres & Gonzáles, 1993). Sua capacidade de trabalho estende-se a solos bem mais secos, onde os tensiômetros não podem ser utilizados.

O principio da metodologia de determinação da umidade do solo com sonda de nêutrons consiste, segundo Guerra (2000) em colocar uma fonte radioativa a uma profundidade desejada no solo (através de um tubo de acesso, de aço ou alumínio, inserido verticalmente no solo) em que os nêutrons rápidos são emitidos, penetrando radialmente no solo, onde se encontram vários núcleos atômicos com os quais colidem elasticamente, perdendo energia cinética. Esta perda é máxima quando o nêutron bate com uma partícula de massa similar à sua. Na prática, tem-se encontrado que a moderação de nêutrons rápidos no solo é proporcional ao conteúdo de hidrogênio no solo (com núcleos de massa similar aos nêutrons). Assim, quando os nêutrons rápidos colidem com os núcleos de hidrogênio da água do solo, esses nêutrons perdem sua máxima energia formando, ao redor da fonte radioativa, uma nuvem de nêutrons moderados (ou termalizados) os quais são captados pelo detector, geralmente constituído de BF3 (Trifluoreto de boro) e assim, quando um nêutron moderado ou lento encontra ¹⁰₅B e é absorvido, uma partícula de He é emitida, criando um pulso elétrico. Este pulso, por sua vez, é enviado, através de um cabo, ao medidor, onde uma leitura é registrada. Quanto mais hidrogênio no solo (mais água) mais nêutrons rápidos são moderados, maior o número de pulsos enviados ao medidor e maior a leitura.

Os erros cometidos na obtenção de leituras provenientes de uma fonte emissora de nêutrons são, comumente, de dois tipos: erro devido à emissão ao acaso de nêutrons e erro associado com o equipamento utilizado. Para qualquer tempo, a contagem de nêutrons segue a distribuição de Poisson com média igual a n e desvio-padrão n^1/2 (Gardner, 1985). Se um número adequado de medições é feito e a informação plotada numa curva de distribuição de desvios com respeito a média, se encontrará que a contagem segue a familiar curva de distribuição normal, a qual para a maioria das medições nucleares é uma adequada aproximação da distribuição de Poisson (Wang and Willis, 1965). Em geral, as contagens são feitas para se obter aproximações equivalentes a um desvio padrão de 1%.

As leituras utilizadas para determinar a umidade do solo utilizando-se a sonda de nêutrons, podem ser realizadas em diferentes tempos de acionamento do monitor de contagem dos nêutrons moderados, a partir de um ajuste do menu de comando do equipamento.

Apesar da sonda de nêutrons já estar em uso por mais de três décadas, ainda existe discussão ou controvérsia acerca do tempo de contagem mais adequado. Chawla & Tripathi (1987); Carneiro & De Jong (1989) e Encarnação et al. (1991) apresentam várias metodologias de campo e de laboratório, para a calibração de sondas e determinação da umidade do solo; no entanto, não é levada em conta a influência do tempo; já Beltrame & Taylor (1980), Falleiros et al. (1994) e Marciano (1995), aconselharam leituras com sonda de nêutrons usando tempos de contagem longos, no sentido de se obter valores de umidade mais próximos do real. Horiushi et al. (2000) salientam que o tempo de contagem é, juntamente com a natureza e a densidade do solo, o principal determinante da precisão das determinações do teor de água do solo com o uso da sonda de nêutrons.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência do tempo de contagem na magnitude das leituras e sua variabilidade dentro de cada tempo de contagem.