Conversão massa-energia: um assunto nuclear
Zona de Fusão Nuclear2
Ernest Rutherford (1831-1937)
Emissões radioactivas: alfa, beta e gama
Emissões radioactivas: alfa, beta e gama
Penetração das partículas
Emissões radioactivas: alfa, beta e gama
n10
13653
13753 Fe I
Menos de 10% de Menos de 10% de cc
1,67 x 101,67 x 10-27-2700Muito penetranteMuito penetrantenn
10% de 10% de cc1,65 x 101,65 x 10-27-27+1+1Penetração Penetração moderada a baixamoderada a baixa
ououpp
cc0000Muito penetranteMuito penetrante
Menos de 90% de Menos de 90% de cc
9,11 x 109,11 x 10-31-31+1+1Moderadamente Moderadamente penetrantepenetrante
++; ; ee++;;++
Menos de 90% de Menos de 90% de cc
9,11 x 109,11 x 10-31-31-1-1Moderadamente Moderadamente penetrantepenetrante
; ; ; e; e--;;
10% de 10% de cc6,65 x 106,65 x 10-27-27+2+2Pouco penetrante Pouco penetrante mas provoca danosmas provoca danos
; ;
ExemploExemploVelocidade das Velocidade das partículas partículas
Massa da Massa da partícula / kgpartícula / kg
Carga da Carga da partícula / epartícula / e
Grau de PenetraçãoGrau de PenetraçãoPartículaPartículaTipoTipo
p11
5226
5327 Fe Co
Co Co 6027
*6027
01
2110
2111 Ne Na
01
23993
23992 Np U
42
22286
22688 Rn Ra
242He4
2
e010
1
0 1 e0
1
p11
H11
n10 n1
0136
53137
53 Fe I
A estabilidade nuclear e o decaimento radioactivo
Números Mágicos
Nº Protões 2 8 20 28 50 82 114 164
Nº Neutrões 2 8 20 28 50 82 126 184 196
• Existem números de protões e de neutrões que são muitas vezes chamados de números mágicos, que conferem particular estabilidade aos núcleos. Uma espécie contendo um número mágico de protões e/ou neutrões é mais estável que outra que não os tenha.
A estabilidade nuclear e o decaimento radioactivo
• Núcleos que possuam um número par de ambos os nucleões (protões e neutrões) são mais estáveis que aqueles que não o têm.
A estabilidade nuclear parece ter alguma relação com a paridade de protões e/ou neutrões.
• Todos os isótopos de elementos acima do Z=83 são radioactivos, tal como os isótopos do tecnécio (Z=43) e do promécio (Z=61).
Protões
Neutrões
A estabilidade nuclear e o decaimento radioactivo
Banda de Estabilidade
Decaimento Radioactivo
A radioactividade surge da libertação de partículas por parte de um isótopo fora da banda de estabilidade e que ao converter-se num outro isótopo se aproxima da banda de estabilidade.
Decaimento Radioactivo
Todos os isótopos com Z>83 são instáveis e radioactivos e sofrem na sua maioria decaimento .
Decaimento
42
22888
23290 Ra Th
Decaimento Radioactivo
Quando um núcleo próximo da banda de estabilidade tem excesso de neutrões sofre normalmente decaimento .
Decaimento
0 1
11
10 pn epn 0
111
10ou
Decaimento Radioactivo
Quando um núcleo próximo da banda de estabilidade tem excesso de protões sofre normalmente decaimento .
Decaimento
0 1
10
11 np ou enp 0
110
11
Decaimento Radioactivo
Os isótopos com Z>83 são normalmente instáveis e decaem até Z=82. Muitas vezes o decaimento decorre através de sequências específicas para cada isótopo alternando decaimentos alfa e beta. Essas sequências recebem o nome de séries radioactivas.
Série Radioactiva
Série Radioactiva do Urânio-238
Decaimento Radioactivo
O decaimento gama ocorre após decaimentos alfa ou beta devido ao facto de o núcleo produzido ficar num estado nuclear excitado. O regresso ao estado fundamental ocorre com emissão de um raio gama.
Decaimento
01-
126
125 *C B
CC 126
*126
Período de Decaimento (tempo de meia vida)
A actividade (A) é o número de desintegrações da amostra por unidade de tempo.
Actividade
A= N - constante de desintegração ou constante de decaimento.
N - número de núcleos radioactivos
Lei de Decaimento
teNN 0 tN
N
0
lnou
Relativamente à composição da amostra
Relativamente à actividade da amostra
tA
A
0
ln
tA
A
0
ln
Período de Decaimento (tempo de meia vida)
Tempo de Meia Vida
Quando N=1/2 N0
tA
A
0
ln
tN
N
0
ln
2ln
2/1 t
Período de Decaimento (tempo de meia vida)
Reacções Nucleares
Fusão Nuclear
tA
A
0
ln
Reacções Nucleares
Fissão Nuclear
tA
A
0
ln
Reacções Nucleares
Fissão Nuclear (reacções em cadeia)
tA
A
0
ln
Decorrem em três passos:
1) Iniciação
2) Propagação
3) Terminação
Conversão massa-energia
tA
A
0
ln
Conservação massa + energia
E=mc2
E=|m|.c2 Albert Einstein (1879-1955)
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