Polietileno de ultra alto peso molecular como material de base para blindagens da radiação cósmica em aplicações aeroespaciais - Marlon Antonio Pereira (2013)
Materiais com alto teor de hidrogênio e compostos por elementos de baixa massa atômica possuem boas propriedades de blindagem contra os efeitos dos raios cósmicos galácticos e solares, por serem menos efetivos na geração de radiação secundária que os materiais pesados de alta massa nuclear. Dentre estes materiais, ao lado do alumínio, o polietileno tem sido utilizado como material de referência e de base para compósitos aplicados em estruturas e blindagens contra radiação cósmica para aplicações aeroespaciais. Neste trabalho, o polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), tanto puro quanto aditivado com 10% de cloreto de cádmio em massa, foi avaliado com respeito às suas propriedades de blindagem à radiação cósmica aprisionada existente numa órbita baixa (LEO). Considerando o alto custo e as dificuldades de se obter fontes de radiação com a composição e energia da radiação cósmica existente no espaço e na atmosfera em altitudes de voo de alto teto operacional, a metodologia adotada nesta avaliação foi a realização experimentos de transmissão de feixes colimados e de produção de radiação secundária (elétrons, gamas e nêutrons térmicos) com fontes de nêutrons e de gamas convencionais de laboratório para certificar a descrição microscópica da blindagem (materiais e secções de choque) e a sua eficácia (coeficientes de transmissão) em condições controladas e em geometria simples. Baseadas nesta descrição das blindagens foram realizadas simulações de Monte Carlo com softwares de desempenho e confiabilidade amplamente reconhecidos (Geant4), disponibilizados pela Agência Espacial Europeia (ESA) no site SPENVIS, avaliando-se, em especial, a radiação secundária produzida pela blindagem sujeita à fluência total da radiação cósmica aprisionada proveniente da simulação de uma missão de órbita similar à do satélite sino-brasileiro da série CBERS. Na região de energia das fontes convencionais as amostras foram caracterizados quanto aos seus coeficientes de atenuação totais para gamas de 59 a 1408 keV, curva de deposição de dose para gamas do 60Co, transmissão de nêutrons rápidos, geração e absorção de nêutrons térmicos e geração de cascata de elétrons e gamas secundários produzidos por nêutrons rápidos provenientes de uma fonte de 241Am-Be. As amostras empregadas nos experimentos foram placas cilíndricas de 6,5 cm de diâmetro e espessuras de 0,60 g/cm2, moldadas por compressão a quente. Os resultados experimentais obtidos foram comparados com parâmetros calculados a partir das secções de choque das principais interações de gamas monoenergéticos e de nêutrons rápidos com os átomos dos materiais da blindagem e seus respectivos núcleos. O efeito do aditivo (cloreto de cádmio) no polietileno é a remoção mais efetiva da radiação gama e de elétrons secundários com energia abaixo de 200 keV e a redução do albedo e da transmissão de nêutrons térmicos por um fator que pode chegar até 4, dependendo da espessura da blindagem. Entretanto, para a redução da dose devida à radiação cósmica estes efeitos não foram significativos, uma vez que a maior contribuição para a dose deve-se às partículas ionizantes de alta energia transmitidas e à radiação secundária de energia acima de 1 MeV produzida na blindagem.