Capítulo 43Física nuclear

A descoberta do núcleo

Ernest Rutherford (1911)

Teste de Modelos Nucleares

Exercícios e problemas

1E. Um núcleo de ouro tem um raio de 6,23 fm e uma partícula alfa tem um raio de 1,80 fm. Que energia deve ter uma partícula alfa incidente para “encostar” na superfície do núcleo de ouro? A energia potencial elétrica do sistema é dada por U=q1q2/40r.

Colisão frontal

Algumas propriedades dos núcleos

Terminologia

Z: número de prótons (número atômico)N: número de nêutronsA: número de massaA = Z + N

Classificação dos nuclídeos

Carta de nuclídeos

Classificação dos nuclídeos

Carta de nuclídeos

A=23

Tamanho dos núcleos

1 femtômetro = 1 fermi = 1 fm = 10-15 m

Massa dos núcleos

Unidade de massa atômica:

1 u = 1,661 x 10-27 kg(massa atômica do 12C é exatamente 12 u)

Lembrando:

c2 = 931,5 MeV/u

Raio Nuclear: Fenomenológico

Densidade nuclear

Energias de ligação dos núcleos

(energia de ligação)

(energia de ligação por núcleon)

Fissão Nuclear

Massa Crítica

Fusão

O combustível das estrelas

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/astfus.html - c1

Marie Curie (1867-1934)

Nobel em Física pela descoberta

da radioatividade

Decaimentos radioativos

Forças Nucleares

Constituintes dos núcleos

gluon

Forças Nucleares

Força ForteAlcance < 10-15 m

Intensidade relativa = 1

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_force

Força FracaAlcance < 10-18 m

Intensidade relativa = 10-6

Força EletromagnéticaAlcance infinito

Intensidade relativa = 1/137Tra

nsm

utaç

ão d

e qu

arks

u d

d u

positron

Ocorre somente em núcleos e origina núcleo com mais alta energia de ligação (compete com captura de elétron)

Decaimento radioativo

Decaimento radioativo

“Não existe nenhum meio de prever se um dado núcleo de uma amostra radioativa estará entre os que decairão no segundo seguinte.”

(taxa de decaimento)

cte. de decaimento (ou de desintegração)

(decaimento radioativo)

Taxa de decaimento

(decaimento radioativo)

Atividade: soma das taxas de decaimento de todos os nuclídeos

1 becquerel = 1 Bq = 1 decaimento por segundo (unidade SI de atividade)

Unidade mais antiga: curie1 curie = 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

Meia-vida e vida-média

Meia-vida T1/2

Vida-média

N, R ½ N0, ½ R0

N, R 1/e N0, 1/e R0

Verificação

O nuclídeo 131I é radioativo, com uma meia-vida de 8,04 dias. Ao meio dia de primeiro de janeiro, a atividade de uma certa amostra é 600 Bq. Usando o conceito de meia-vida, determine, sem fazer cálculos por escrito, se a atividade da amostra ao meio dia de 24 de janeiro será um pouco menor que 200 Bq, um pouco maior que 200 Bq, um pouco menor que 75 Bq ou um pouco maior que 75 Bq.

Exercícios e problemas

27E. A meia-vida de um isótopo radioativo é 140 dias. Quantos dias são necessários para que a taxa de decaimento de uma amostra deste isótopo diminua para um quarto do valor inicial?

Datação radioativa

T1/2=5730 anos

Exercícios e problemas

62E. Em uma amostra de 5,00 g de carvão vegetal, proveniente dos restos de uma antiga fogueira, o 14C tem uma atividade de 63,0 desintegrações/min. Em uma árvore viva, o 14C tem uma atividade de 15,3 desintegrações/g . min. O 14C possui meia vida de 5730 anos. Qual é a idade da amostra?

Decaimento alfa

Não

Decaimento alfa

Energia de desintegração

Não

50P. Os radionuclídeos pesados emitem partículas alfa em vez de outras combinações de núcleons porque as partículas alfa formam uma estrutura particularmente estável. Para confirmar esta tese, calcule as energias de desintegração para as reações hipotéticas a seguir e discuta o significado dos resultados:(a)(b)(c)

Exercícios e problemas

dados

Não

(a)

(b)

(c)

< 0

< 0

> 0

Não

Decaimento beta

Não

Decaimentos beta

Não

O neutrino

Wolfgang Pauli propos (1930)

Frederick Reines detectou (1953)Junto com Clyde L. Cowan Jr.

The neutrino collides with a proton in the water and creates a positron and a neutron. The positron is slowed down by the water and destroyed together with an electron (matter meets antimatter), whereupon two photons (light particles) are created. These are recorded simultaneously in the two detectors (Fig. 3). The neutron also loses velocity in the water and is eventually captured by a cadmium nucleus, whereupon photons are emitted. These photons reach the detectors a microsecond or so later than those from the destruction of the positron and give proof of neutrino capture.

Não

Detectando neutrinos

1998 The neutrino detector for the Super-Kamiokande experiment in Japan contains ultra pure water surrounded by an array of thousands of photo-tubes, arranged to catch the flashes of light from neutrino interactions in the water.

Não

Detectando neutrinos

Não

A radioatividade e a carta de nuclídeos

Não

Medida da dose de radiação

• Dose absorvida:

1 Gy = 1 J/kg = 100 rad

• Dose equivalente (com efeitos biológicos):

1 Sv = 100 rem

gray (SI) unidade antiga (radiation absorbed dose)

sievert (SI)=Gy.RBE(relative biological effectiveness)

unidade antiga (roentgen equivalent in man)

Não

Modelos nucleares

Modelo coletivo

Não

O modelo das partículas independentes

Não

Um modelo combinado“Núcleons ocupam estados quantizados do lado de fora de um caroço formado por camadas completas”

E (MeV)

1

2

3

0

28AlMomento angular nuclear

Momento magnético nuclear

Não

Lise Meitner (1878-1968)Otto Hahn (1879-1968)

Descobridores da Fissão Nuclear

Não

Positron Emission Tomography (PET)

Não