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)