Física Nuclear 2006-7 - se.ctn.tecnico.ulisboa.pt · Física Nuclear 2006-7 Objectivos Pretende-se que os alunos complementem a sua formação através da familiarização com a

Física Nuclear 2006-7

Enquadramento:

Objectivos

Programa

Bibliografia

Requisitos

Funcionamento

Método de avaliação


Objectivos

Pretende-se que os alunos complementem a sua formação através da familiarização

com a constituição e estrutura do núcleo atómico, as propriedades e interacções

mútuas entre nucleões, e o modo como a sua organização determina as propriedades

dos núcleos. Pretende-se que os alunos se familiarizem com a radioactividade como

fenómeno nuclear, e as suas aplicações. Pretende-se complementar e alargar a

formação dos estudantes a áreas de importância técnica, tecnológia e científica, em

particular nas aplicações médicas, e na caracterização e estudo de materiais. Do

ponto de vista experimental laboratorial tem-se por objectivo familiarizar os alunos

com os conceitos, a prática e os equipamentos de espectrometria nuclear,

nomeadamente fontes e detectores de radiação, electrónica de processamento e

aquisição de dados.


Programa

As partículas e suas interacções. A interacção fraca. A interacção entre nucleões.

Momentos: angular, dipolar magnético e quadrupolar eléctrico.

Propriedades nucleares: o raio nuclear, distribuição de carga e de nucleões. A

massa, energia de ligação, fórmula semi-empírica de massa.

O modelo do núcleo em camadas e suas previsões. Evidência do falhanço do

modelo de partículas independente. Breve referência a modelos colectivos.

Radioactividade. Tipos de declíneo radioactivo. Conceitos e leis do declíneo

radioactivo: declíneos com bifurcação; misturas de núclidos radioactivos; criação e

destruição de actividade; sequência de desintegrações; equilíbrios.

Radioactividade natural. Famílias radioactivas. Breve referência a aplicações:

datação radioactiva.

Breve introdução a conceitos de dosimetria: considerações sobre os efeitos das

radiações. Unidades de medida de radiações e dosimetria.


Programa















Programa















Programa















Programa















Programa (cont.)

Declínio alfa: energética e informação experimental. O modelo teórico. Conservação

do momento angular e paridade: regras de selecção. Espectroscopia alfa.

Declínio beta: energética e informação experimental. O modelo de Fermi. Regras de

selecção e tipos de declíneo beta.

Declínio gama: energética. Modelo clássico e quântico da radiação. Regras de

selecção e conversão interna. O efeito Mössbauer e a espectroscopia gama.

Cisão Nuclear. Tipos de cisão. Energética e critérios para a cisão nuclear.

Propriedades: emissão imediata de neutrões; a estabilidade dos fragmentos e

emissão atrasada de neutrões.

Detecção de radiação e espectrometrias nucleares.


Programa (cont.)












Programa (cont.)












Programa (cont.)












Programa (cont.)












Bibliografia:

1. Introductory Nuclear Physics – Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, New York (1988),

ISBN 0-471-85914-1

2. Nuclear Physics – Principles and Applications, John S. Lilley, John Wiley & Sons, New

York (2005), ISBN 0-471-97936-8

3. Radiation Detection and Measurement, 3rd ed. – Glenn F. Knoll, John Wiley & Sons, New

York (2000), ISBN 0-471-07338-5

4. Física Nuclear – Theo Mayer-Kuckuk, ed. Calouste Gulbenkian, Lisboa (1979), ISBN 972-

31-0598-5

5. Introdução à Física Atómica e Nuclear, Vol. II – L. Salgueiro e J.G. Ferreira, ed. Univ.

Lisboa (1975).


Requisitos:

Elementos de electromagnetismo

Elementos de Mecânica Quântica

Elementos de Física Atómica e Molecular

Elementos de Mecânica Quântica Adicionais (vantagem)

Elementos de Física do Estado Sólido - isolantes e semicondutores


Funcionamento:

Usa-se uma aproximação mista de teoria e trabalho experimental. Embora as aulas teóricas

sigam um figurino clássico de transmissão de informação, através de slides power-point, os

estudantes são convidados a intervir e discutir sempre que possível.

Nas aulas laboratoriais estimula-se o trabalho autónomo. Os estudantes devem preparar o

trabalho que lhes está destinado, lendo o guião e a literatura aconselhada, pois na aula,

terão de o realizar por eles próprios, com pouca ajuda por parte do professor.


Avaliação:

Elementos de avaliação

1. Componente teórica:

exame teórico, com consulta, sobre a matéria dada e problemas seleccionados:

NT (nota teórica)

2. Componente prática:

frequência com a execução de um mínimo de 4/5 dos trabalhos experimentais.

Exame prático individual sobre um trabalho prático sorteado:

NP (nota prática)

3. Elementos adicionais de avaliação:

dissertação (facultativa)

ND (nota dissertação)

Regras de Avaliação

4. Admissão a exame: frequência

5. Aprovação: frequência e NP > 9.5 e NT > 9.5

6. Nota final:

NF1 = 0.5 NP + 0.5 NT

ou

NF2 = 0.5 ND + 0.5 NF1


Introdução:

Universo e sua evolução

Partículas e interacções fundamentais

Elementos e Átomos, Núclidos, Núcleos e nucleões

Tabela periódica e tabela (carta) de núclidos

Propriedades dos núcleos – tabelas de propriedades

wallet-2000.pdf

Universo

Evolução do Universo


0…10-43 s : época da Supersimetria (muito pouco se sabe, especulativo…)

Todas as interacções reunidas numa só: gravítica, forte, electromagnética, fraca


10-43… 10-35 s : época da Grande Unificação. Expansão e arrefecimento…

… a interacção gravítica separa-se das interacções forte, electromagnética, fraca


10-35… 10-32 s : época da Inflação (p < 0)

… expansão exponencial (~ 1026 x, 1015-1016 GeV)

… o Universo torna-se mais plano, homogéneo e isotrópico

… a interacção forte separou-se das interacções electromagnética e fraca


Reaquecimento e bariogénese…

… a expansão exponencial pára

… a energia potencial da inflação é convertida em plasma quente de partículas

… a radiação domina, os quarks, electrões e neutrinos formam-se


Reaquecimento e bariogénese…

… plasma de quark-gluões

… a matéria domina a anti-matéria (1:1010 sobrevive a aniquilação)


10-32… 10-12 s : época Electrofraca

… surgem os bosões W e Z

… as interacções electromagnética e fraca separam-se (< 103 GeV, ~1016 K)


10-12… 10-6 s : época dos Quarks

… as partículas fundamentais adquirem massa

… quarks ainda não formam hadrões

… as interacções gravítica, forte, electromagnética e fraca aparecem na forma actual


10-6… 1 s :época dos Hadrões

… a densidade de energia baixa

… o plasma de quark-gluões arrefece (de 100 MeV, 1012 K para 1 MeV, 1010 K )

… formam-se hadrões (p, n,…)

… maioria dos hadrões e anti-hadrões aniquilam-se


1… 3 s : época dos Leptões

… massa do Universo dominada por leptões e anti-leptões

… n/p ~ 1/6

… a densidade de energia baixa, maioria dos leptões e anti-leptões aniquilam-se

… sobrevive um pequeno excesso de leptões


3 s… 380 000 a : época dos Fotões

… energia do Universo dominada por fotões

… p + n d + (B = 2,22 MeV e 109 fotões/barião)

… p + n d + (quando T < 109 K núcleos atómicos formam-se…)

… Fusão nuclear formação de 4He, nucleossíntese… (até ~3 min)


3 s… 380 000 a : época dos Fotões

… a densidade de energia continua a diminuir

… nucleossíntese cessa

… os átomos formam-se (1H, 4He,…)

… os fotões desacoplam da matéria, a gravidade começa a dominar…


380 000 a… Formação das estrelas, galáxias, aglomerados,..

~ 8 000 000 000 a : formação do Sistema Solar

… há ~4,57 109 a : forma-se a Terra

…

… há ~110 a: Física Nuclear!

Física Nuclear 2006-7Introdução:

Modelos de átomo e modelos de núcleo

(evolução histórica)

Propriedades dos núcleos

Estabilidade e instabilidade nuclear: declínio radioactivo

O declínio do neutrão (livre) 1n 1p + e +…

Questões para resolver:

Porque não há electrões no núcleo?

Porque não se observa o declínio do protão (livre)?

1p 1n + e +…

Nucleo1.pdf

Nucleo2.pdf

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