Núcleos atómicos e radioatividade 12º

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RADIOATIVIDADE

1889- Rutherford identificou a natureza de dois tipos distintos de radiao: alfa e beta. E Villard , a radiao gama.

1895- Roentgen descobriu os raios X.

1896 Bequerel foi encarregado de verificar a descoberta por Roentgen e acabou por descobrir a radioatividade pela observao da fluorescncia de alguns minerais.

1897- Thomson descobriu o eletro.

1898- Marie Curie descobriu o polnio e o rdio.

1903- Lernard descreveu o tomo como sendo constitudo por 2 cargas, positivas e negativas, separadas pelo vazio.

1906- Rutherford descobriu os ncleos atmicos e as transmutaes; que significa o tomo de um elemento perder corpsculos para tornar-se tomo de um outro elemento.

A radioatividade ocorre porque as foras de ligaes do ncleo so insuficientes para manter suas partculas perfeitamente ligadas.1Processos de estabilizao dos ncleos: Decaimentos radioativos

2A descoberta da radioatividade

Em 1896, o cientista Henri Becquerel guardou numa gaveta, que continha chapas fotogrficas protegidas por uma cobertura, um embrulho com uma amostra de xido de urnio.

3A descoberta da radioatividade Verificou mais tarde, com grande espanto, que o composto de urnio tinha impressionado as chapas fotogrficas.

4A descoberta da radioatividade Conclui ento que o composto de urnio devia ter emitido qualquer tipo de radiao que impressionava as chapas, e chamou a essa radiao radioatividade. 5A descoberta da radioatividade

Henri Becquerel (1852 1908)Fsico francs, ganhou o Nobel da Fsica em 1903, juntamente com Pierre e Marie Curie, pelo trabalho desenvolvido no estudo da radioatividade)

Marie Curie (1867 1934)Pierre Curie (1859 1906)Foi aluna de Becquerel e juntamente com o seu marido, Pierre Curie, em 1898, isolaram um novo elemento, o polnio, meses mais tarde isolaram o rdio.Marie Curie, ganhou por duas vezes o Prmio Nobel: em 1903 o Nobel da Fsica e em 1911, o Nobel da Qumica

6Definio de radioatividadeA Radioatividade a emisso espontnea de partculas e/ou ondas eletromagnticas de ncleos instveis de tomos, dando origem a outros ncleos, que podem ser estveis ou ainda instveis. Caso o ncleo formado seja ainda instvel, ele continuar a emitir partculas e/ou radiaes at se transformar num ncleo estvel. Exemplo: urnio235, o csio137, o cobalto60, o trio232

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8ENERGIA DE LIGAO E ESTABILIDADE DOS NCLEOSENERGIA DE LIGAO Energia libertada quando o ncleo se forma a partir dos seus constituintes ou energia fornecida para desagregar o ncleom = Z mp + N mn M onde M a massa do ncleoNo ncleo atmico, a soma das massas dos protes e dos neutres sempre maior do que a massa do ncleoE = (Z mp + N mn M) c29Radiaes emitidas por uma substncia radioativaEm 1898, Ernest Rutherford, ao estudar as emisses radioativas, identificou trs tipos de radiao:

- alfa (); - beta ();- gama ().

10DECAIMENTOS RADIOATIVOSTodos os elementos com nmero atmico superior a 83 so radioativos.

Os principais tipos de radiao emitida pelos ncleos radioativos so: - partculas (ncleo de tomo de hlio) 2 4He2+ - partculas - (electres e-) -10e

- partculas + (positres e+) +10e

- radiao (radiao eletromagntica)

11Caractersticas das emisses radioativas As radiaes Alfa, Beta e Gama possuem diferentes poderes de penetrao, isto , diferentes capacidades para atravessar os materiais.

As partculas , so ligeiramente defletidas num campo magntico, por terem carga e massa; As partculas , so fortemente defletidas num campo magntico, por terem carga eltrica; A radiao , no defletida em campos magnticos por serem neutras.12PODER DE PENETRAO

13ESTABILIDADE DO NCLEO

A estabilidade do ncleo est relacionada com as foras de repulso proto-proto e as foras atrativas nucleares fortes, sendo o ncleo tanto mais estvel quanto maior for a sobreposio das foras atrativas s repulsivas.14ESTABILIDADE DO NCLEO

A estabilidade/instabilidade do ncleo pode ser avaliada atravs do grfico do n de protes em funo do n de neutres e onde se reala uma faixa de estabilidade.15ESTABILIDADE DO NCLEOPara ncleos leves, a maior estabilidade existe para ncleos com igual nmero de protes e neutres: Z = N

Os ncleos so ESTVEIS se:

A razo n/p 1 para tomos com nmero atmico baixo; A razo n/p > 1 para tomos com nmero atmico elevado; O nmero de neutres ou protes for 2, 8, 20, 28, 50, 82; Possurem um nmero par de ambos os nuclees.

Os ncleos cuja razo n/p est fora da faixa de estabilidade so INSTVEIS (istopos com Z>83) e para aumentar a sua estabilidade ficam sujeitos a DECAIMENTOS RADIOATIVOS. 16DECAIMENTOOcorre quando Alfa () Partcula O ncleo, de um modo geral, pesado (Z>83). Beta () Partcula -O ncleo atmico instvel com excesso de neutres (n/p elevado). Partcula +O ncleo atmico instvel com excesso de protes (n/p baixo). Gama () Radiao O ncleo est excitado (tem excesso de energia) o que pode acontecer a seguir aos decaimentos ou . 17Decaimento alfa ()

Neste decaimento o ncleo perde dois protes e dois neutres partculas - h emisso de ncleos de hlio;

A emisso alfa ocorre principalmente em istopos de elementos de grande massa atmica instveis, originando um istopo mais estvel.

Partculas 18Genericamente:

Anlise conservativa: Conservao da carga total: Z = (Z-2) + 2

Conservao do nmero de nuclees: A = (A-4) + 4 Como a massa do ncleo original muito maior do que a soma das massas dos produtos de decaimento, a energia com que as partculas alfa so emitidas muito elevada19Decaimento beta ()Ocorre em ncleos que possuem um nmero excessivo ou insuficiente de neutres;No processo de decaimento , um ncleo decai espontaneamente, emitindo um eletro ou um positro.

Quando emite um eletro o processo designa-se por decaimento -:

Quando emite um positro o processo designa-se por decaimento + :

No decaimento , o nmero de massa mantm-se mas o nmero atmico aumenta de uma unidade

eletropositro20Decaimento -

Um istopo instvel com excesso de neutres, de nmero de massa A e nmero atmico Z, transforma-se noutro ncleo com nmero atmico Z+1 e um eletro emitido: Neste decaimento o neutro originou um proto, um eletro e um antineutrino:

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Anlise conservativa: Conservao da carga total: Z = (Z+1)-1 Conservao do nmero de nuclees: A = A + 0Exemplo de decaimento -:22Decaimento +

Um istopo instvel com deficincia de neutres, com nmero de massa A e nmero atmico Z, transmuta-se noutro ncleo com nmero atmico Z-1 e um positro emitido: Neste decaimento o proto originou um neutro, um positro e um neutrino:

Anlise conservativa: Conservao da carga total: Z = (Z-1) + 1 Conservao do nmero de nuclees: A = A + 023

No decaimento , no h alterao do nmero atmico e do nmero de massa;

24Tipo de radiaoPropriedadesRadiao Radiao Radiao NaturezaNcleos de tomos de hlioEletres ou positresRadiao eletromagntica (fotes)Carga eltrica+2 -1 ou +1-Massa2mp + 2mn 4 uMe- = 1/1836 u-Poder penetrantePouco penetranteBastante penetranteMuito penetrantePoder ionizanteElevadoModeradoPequenoVelocidade de propagao 2x107 m/s 2x107 m/s3,0x108 m/s25PERODO DE DECAIMENTO RADIOATIVO OU TEMPO DE MEIA VIDATodos os nucldeos com Z > 83 so naturalmente radioativos. Os ncleos instveis (radioativos) decaem para ncleos mais estveis. A velocidade de decaimento de uma amostra de ncleos radioativos, depende do n de ncleos que se transformam, por unidade de tempo, e dada pelo tempo de meia-vida. 26Lei do Decaimento RadioativoA ocorrncia de um processo de decaimento radioativo aleatrio um processo estatstico

Taxa de decaimento radioactivo

Lei do decaimento radioativoN(t) nmero de ncleos radioativos presentes na amostra num instante t;No Nmero de ncleos radioativos existentes na amostra no instante inicial (t=0s); - constante de decaimento caracterstica da substncia, representa a probabilidade, por unidade de tempo, de um processo radioativo.

27Perodo de Decaimento Radioativo ou Tempo de Meia-vida ou Perodo de SemidesintegraoO tempo de meia-vida, T1/2 ou Perodo de Decaimento o intervalo de tempo necessrio para que se reduza a metade o n de partculas da espcie radioactiva de uma amostra.

28TEMPO MDIO DE VIDA OU VIDA MDIA DE UM NCLEO, :

29AO FIM DE

RESTADESINTEGROU-SEt1/250,0% (1/2)50,0%2 x t1/225,0% (1/4)75,0%3 x t1/212,5% (1/8)87,5%4 x t1/26,25% (1/16)93,75%5 x t1/23,12% (1/32)96,87%6 x t1/21,56% (1/64)98,43%PERODO DE DECAIMENTO30PERODO DE DECAIMENTO

31R - Atividade de uma fonte radioativa (Bq - becquerel)

- Constante da desintegrao (s-1)

N - Nmero de ncleos radioativos no instante t

Atividade (R)

N de desintegraes que podem ocorrer por segundo. Traduz a rapidez com que a desintegrao ocorre.

R = N32

33O DECAIMENTO NO QUOTIDIANOO conceito de tempo de meia vida (perodo de decaimento) de um elemento radioativo pode ser usado como um relgio para medir o tempo.

Determinao da idade de rochas - por ex. na Terra e na Lua, em meteoritos - Medindo as quantidades de U-238 e Pb-206, uma vez que o primeiro, atravs de uma srie de decaimentos, acaba no ltimo.

13Determinao da idade de organismos vivos nos seres vivos existe uma proporo de C-14 (radioativo) e C-12 de 1 tomo de C-14 para 10 tomos de C-12. Quando os seres vivos morrem, a quantidade de carbono radioativo decai sem ser substitudo. Conhecida a lei do decaimento do carbono possvel determinar a idade do organismo desde que morreu.

34DATAO E RADIOATIVIDADEA radioatividade de alguns istopos permite a datao de achados arqueolgicos ou de formao rochosas.

A datao faz-se a partir do conhecimento do tempo de semi-vida de istopos presentes nos materiais a analisar.

35O carbono-14 utilizado na datao de achados arqueolgicos, uma vez que tem um decaimento lento, dando origem a azoto-14. O tempo de meia-vida , aproximadamente seis mil anos.

DATAO E RADIOATIVIDADE

36DATAO E RADIOATIVIDADEIdentificando a percentagem de carbono-14 na amostra e comparando com a percentagem de carbono-14 que o material devia ter quando utilizado ou produzido, possvel conhecer a idade do material.

Para este tipo de datao considera-se que os materiais antigos tinham a mesma composio em carbono-14 que a actual e que a distribuio de carbono-14 na atmosfera era homognea.

37FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIOATIVIDADE

Radioatividade NATURAL

Raios csmicos - partculas de elevada energia provenientes do espaoMateriais radioativos existentes nas rochas. Urnio e a sua famlia, incluindo o radionucldeo Ra. Tambm se encontram em solos e gua do mar.Nucldeos radioativos - CARBONO E POTSSIOAlimentos K 40 H cerca de 50 Bq num litro de leite e 200 Bq em 1 kg de amendoins. Um adulto contm cerca de 145 g de potssio, que inclui 5000 Bq de K 40. uma fonte de radiao interna a que no podemos escapar, uma vez que o potssio -nos indispensvel.C 14 - produzido pela interao da radiao csmica com a atmosfera.

38FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIOATIVIDADERadioatividade ARTIFICIAL Principalmente proveniente de exames mdicos (diagnsticos com raios X)Poluio ambiental - em pequenas doses Descargas de poeiras radioativas provenientes de centrais nucleares; Restos dos testes da bomba atmica(ainda!!!); Material radioativo libertado pela combusto do carvo; Aparelhos domsticos (detetores de fumos, televisores,) emitem radiao ionizante (raios X).39EFEITOS BIOLGICOS DA RADIAO

As interaes das partculas e , bem como as radiaes gama e raios X com os tecidos vivos, so muito complexas. So potencialmente prejudiciais para os seres vivos porque a ionizao pode alterar a estrutura das molculas das clulas, podendo provocar a morte.

Exposio breve - pode provocar queimaduras e destruir tecidos;

- Exposio prolongada pode causar doenas graves, destruio massiva de tecidos e alterar o material gentico.

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DOSE DE RADIAO ABSORVIDA a energia total absorvida por unidade de massa.41Eficcia Biolgica Relativa (Q)

Fator que compara a dose da radiao necessria para produzir um certo efeito biolgico com a dose de raios X de 200 kev necessria para produzir os mesmos efeitos.

Depende da natureza da radiao e da sua energia, bem como do tecido que irradiado.

Dose - Equivalente Biolgica (H)

Indica o grau de danos biolgicos causados pela radiao.

Unidade SI - sievert (Sv). Segundo recomendaes da Comisso Internacional de Proteo Radiolgica, a mxima exposio permitida ao ser humano no deve ultrapassar 1 mSv por ano.

Dose-Equivalente Biolgica = Dose de Radiao Absorvida X Eficcia biolgica relativa42DETETORES DE RADIAO IONIZANTE

DETETORES DE GEIGER OU CONTADOR GEIGER-MLLER

A radiao ionizante detetada pela ionizao provocada num gs contido num tubo, facto que detetado pela descarga eltrica, praticamente instantnea, entre as armaduras de um condensador.DOSMETRORecolhe a dose-equivalente absorvida que recebe a pessoa que o traz consigo

DETETORES DE NEUTRES E DE RADIAO GAMA E DE RADIAO AMBIENTAL

43APLICAES DA RADIAO IONIZANTE

OS MARCADORES RADIOATIVOSRadioistopos agentes de marcao, para obter traadores radioativos iodo-123

PET Tomografia por emisso de positres44APLICAES DA RADIAO IONIZANTE TAC

A INDSTRIA oferece tambm um amplo campo de atividades que recorrem a fontes radioativas para esterilizar alimentos e produtos farmacuticos, bem como no controlo de qualidade de produtos fabricados, para verificar soldaduras em oleodutos e avies, etc. 45REAES NUCLEARES

Um decaimento gama pode acontecer depois de decaimentos alfa ou beta, porque o ncleo atmico tornou-se muito energtico.46

47REAES NUCLEARESNestas reaes h alteraes dos ncleos atmicos com formao de novos elementos (ou istopos dos mesmos elementos). Estas reaes envolvem enormes quantidades de energia.

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49TRANSFORMAES NUCLEARESTRANSMUTAESFUSO NUCLEARFISSO NUCLEARDECAIMENTO RADIOATIVOPROCESSO NATURALPROCESSO ARTIFICIAL50

A energia do Sol tem origem em reaes de fuso nuclear, como por exemplo:

FUSO NUCLEAR

51FUSO NUCLEARCombinao de ncleos instveis e pequenos para formar ncleos maiores e mais estveis, com libertao de energia.

52FISSO NUCLEAR

uma reao em que se bombardeiam com neutres os ncleos de tomos pesados, e instveis, obtendo-se como resultado dois ncleos mais leves, de massas semelhantes, mais estveis e a emisso simultnea de alguns neutres; estes, por sua vez, bombardeando outros ncleos, mantm a reao em cadeia.

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ESQUEMA DE UMA REAO DE FISSO NUCLEAREnergia libertada56

REAO NUCLEAR DE FISSO EM CADEIAUma reao em cadeia envolvendo 1 kg de urnio-235 produz mais energia do que 2 milhes de kg de carvo!57TRANSMUTAOBombardeamento do ncleo de um elemento, por neutres ou electres, originando um novo ncleo.

58TRANSMUTAOMuitos istopos sintticos so preparados usando-se neutres como projteis.

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60CENTRAIS TERMONUCLEARES

As centrais termonucleares so muito rentveis em termos de custos e de recursos. No entanto, a sua proliferao tem sido limitada pelas preocupaes associadas segurana deste tipo de equipamento. Alguns acidentes j ocorridos sustentam estes receios.

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Outro dos entraves proliferao da produo de energia nuclear a ausncia de solues mais seguras para os resduos provenientes destas centrais, cuja radioatividade elevada e o tempo de meia-vida longo. Devido sua radioatividade h receio de que possam ocorrer fugas e a consequente contaminao radioativa.CENTRAIS TERMONUCLEARES62DIAGRAMA DE FLUXO DE UM REATOR NUCLEAR

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- fins no pacficos;- ocorrncia de fugas e acidentes;- efeitos patolgicos e degenerativos nos seres vivos,- tempo de semi-vida muito longo.RADIOATIVIDADE/RISCOS

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