Radiação Fukushima. Cap. 42 Física Nuclear A descoberta do núcleo. Propriedades do núcleo:...
25
Radiação Fukushima
Radiação Fukushima. Cap. 42 Física Nuclear A descoberta do núcleo. Propriedades do núcleo: Núcleons; Carta de nuclídeos; Raio; Massa; Energia de ligação;
Cap. 42 Fsica Nuclear A descoberta do ncleo. Propriedades do
ncleo: Ncleons; Carta de nucldeos; Raio; Massa; Energia de ligao;
Fora forte. Decaimento radioativo: Decaimento alfa; Decaimento
beta; Datao radioativa. Medida de dose de radiao.
Slide 3
Introduo At agora vimos: fsica quntica eltron confinado em um
potencial estrutura eletrnica tomo/slido propriedade fsicas Ncleo:
fsica quntica estudo do ncleo Engenharia aplicaes prticas: Radiao
para tratamento de cncer; Datao radioativa; NMR; MRI; Radiao Japo
Fukushima
Slide 4
A descoberta do ncleo Eltron (1897 - J.J. Thomsom): carga
negativa, por definio. tomo neutro: como est distribuda a carga
positiva? E. Rutherford (1911): sugeriu que carga positiva
concentrada no centro do tomo e responsvel pela maior parte da
massa do tomo. E. Rutherford J.J. Thomsom
Slide 5
A descoberta do ncleo Experimento proposto por Rutherford e
executado por H. Geiger e E. Marsden: Radnio: elemento radioativo
que emite partculas alfa com energia ~ 5.5 MeV. Partculas alfa
incidem em uma folha de ouro. Medir o espalhamento das partculas
alfa em funo do ngulo.
Slide 6
A descoberta do ncleo Resultado: Poucas partculas eram
espalhadas para ngulos grandes. Partculas alfa apresentando deflexo
maior que 90: fora deveria ser consideravelmente alta. nica
explicao: carga positiva concentrada em um ncleo ao invs de estar
espalhada pelo tomo. tomo: espao vazio!!!
Slide 7
Propriedades dos ncleos Ncleo: prtons + nutrons (ncleons)
Terminologia: Z: nmero de prtons (nmero atmico) N: nmero de nutrons
A: nmero de massa Istopos, istonos e isbaros.
Slide 8
Propriedades dos ncleos Carta de nucldeos: Verde: estveis
Amarelos: radioativos tomos leves: prximos curva Z = N. tomos
pesados: excesso de nutrons.
Slide 9
Propriedades dos ncleos Carta de nucldeos: ISTOPO ISBARO
ISTONO
Slide 10
Propriedades dos ncleos Raio do ncleo: 1 femtometro = 10 -15 m
= 1 fm = 1 fermi Determinado por espalhamento de eltrons de alta
energia. Ncleo no tem superfcie bem definida, porm define-se um
raio efetivo: r 0 ~ 1,2 fm Volume do ncleo proporcional a A!!!
Frmula no vlida para halonucldeos.
Slide 11
Propriedades dos ncleos Massa do ncleo: Unidade de massa
atmica: # de massa A , em geral, uma aproximao para a massa do
ncleo, em unidades de u: Exemplo: 197 Au: (A = 197, m Au = 196,966
u)
Slide 12
Propriedades dos ncleos Energia de ligao do ncleo: massa do
ncleo < massa dos seus componentes isolados: Formao do ncleo:
liberao de energia!!! (E = mc 2 ) Energia de ligao: Energia de
ligao por ncleon: energia mdia necessria para arrancar um ncleon.
Energia de repouso dos componentes isolados Energia de repouso do
ncleo E el M ncleo liberao de energia
Slide 13
Propriedades dos ncleos Energia de ligao por ncleon E el M
ncleo liberao de energia FISSOFUSO
Slide 14
Propriedades dos ncleos Fora nuclear: Eltrons estveis no tomo:
fora eletromagntica Fora que mantm ncleo (prtons + nutrons) estvel
deve: Mais intensa que repulso eletromagntica; De curto alcance (~
fm). Efeito secundrio da FORA FORTE: (mantm quarks unidos para
formarem prtron e nutrons)
Slide 15
Propriedades dos ncleos
Slide 16
Fora nuclear: Eltrons estveis no tomo: fora eletromagntica Fora
que mantm ncleo (prtons + nutrons) estvel deve: Mais intensa que
repulso eletromagntica; De curto alcance (~ fm). Efeito secundrio
da FORA FORTE: (mantm quarks unidos para formarem prtron e nutrons)
Similar fora de van der Waals, que efeito secundrio da fora EM
Slide 17
Decaimento radioativo ncleons devem ser tratados pela mecnica
quntica: probabilidade de decaimento. Amostra com N ncleos
radioativos. Taxa de decaimento deve ser proporcional ao nmero de
ncleos. Taxa de decaimento:
Slide 18
Decaimento radioativo Atividade da amostra: Soma das taxas de
decaimento de todos os nucldeos. No SI: 1 Becquerel = 1 Bq = 1
decaimento/segundo Mais antigo: 1 curie = 1 Ci = 3,7x10 10 Bq Meia
vida: tempo p/ que N ou R caiam metade de seu valor inicial. Vida
mdia: tempo p/ que N ou R caiam 1/e de seu valor inicial.
Slide 19
Exemplo (42.25) Considere uma amostra inicialmente pura de 3,4
g de 67 Ga, um istopo com uma meia vida de 78 h. (a) Qual a taxa de
decaimento inicial? (b) Qual a taxa de decaimento 48 horas depois?
m Ga = 69,723 u (a) 2,61x10 20 h -1 (b) 1,70x10 20 h -1
Slide 20
Decaimento Alfa Ncleo se transforma em outro emitindo partcula
alfa. ncleo de hlio Ex.: 238 U 234 Th + (Q = -4,25 MeV) Reao
espontnea (lembre-se de eln ), porm a meia vida de 238 U 4,5x10 9
anos. Por qu?
Slide 21
Decaimento Beta Ncleo se transforma em outro emitindo eltron (e
) ou psitron (e + ). Decaimento : eltron Ex.: Decaimento + :
psitron Ex.: : neutrino Massa nula ou muito pequena; Carga neutra;
Interage fracamente com a matria.
Slide 22
Datao radioativa Se soubermos o tempo de meia vida de um dado
nucldeo radioativo, podemos usar o processo de decaimento como
relgio Ex.: 14 C (T 1/2 = 5730 anos) 1 14 C para cada 10 13 12 C
Frao em equilbrio enquanto o ser estiver vivo.
Slide 23
Exemplo (42.60) Em uma amostra de 5,00 g de carvo vegetal,
proveniente dos restos de uma antiga fogueira, o 14 C tem uma
atividade de 63,0 desintegraes/min. Em uma rvore viva, o 14 C tem
uma atividade de 15,3 desintegraes/g. min. O 14 C possui meia vida
de 5730 anos. Qual a idade da amostra?
Slide 24
Medida da dose de radiao Dose absorvida: medida da dose
absorvida por um corpo especfico SI:1 Gray = 1 Gy = 1 J/kg Outra
unidade:1 Gy = 100 rad Dose Equivalente: dois tipo de radiao
diferentes podem fornecer a mesma quantidade de energia. SI:1
Sievert = 1 Sv Outra unidade:1 Sv = 100 rem RBE: relative
biological effectiveness RadiaoRBE raios-X 1 raios- eltrons nutrons
lentos5 partcula 10