Física Nuclear

PIBID FÍSICA – IF/UFMT

Alguns Pontos Que Serão Abordados:

Radioatividade; História da radioatividade; Antoine Henri Becquerel, Marie Curie; Ernest Rutherford; Átomo; Núcleo; Elétrons; Tipos de Radioatividade e características.

Radioatividade

O que é radioatividade?

É um fenômeno natural ou artificial, pelo qual algumas substâncias ou elementos químicos, chamados radioativos, são capazes de emitir radiações, as quais têm a propriedade de impressionar placas fotográficas, ionizar gases, produzir fluorescência, atravessar corpos opacos à luz ordinária etc.

Tudo que existe na natureza tende a permanecer num estado estável. Os átomos instáveis passam por um processo que os tornam mais estáveis. Este processo envolve a emissão do excesso de energia do núcleo e é denominado radioatividade ou decaimento radioativo. Portanto, a radioatividade é a alteração espontânea de um tipo de átomo em outro com a emissão de radiação para atingir a estabilidade.

A energia liberada pelos átomos instáveis,

radioativos, é denominada radiação ionizante. Os termos radiação e radioativo frequentemente são confundidos. Deve-se ter sempre em mente que estes dois termos são distintos: átomos radioativos são aqueles que emitem radiação. A Radioatividade é a transformação de um núcleo instável em outro com maior estabilidade através da emissão de radiações (partículas e/ou ondas). As radiações podem ser de três tipos: alfa (α), beta (β) e gama (γ).

História da Radioatividade

• Naquele mesmo ano, em 1896, Antoine Henri Becquerel anunciou que um sal de urânio com que ele fazia seus experimentos emitia radiações espontaneamente.

• Mais tarde, mostrou que essas radiações apresentavam características semelhantes às dos raios X, isto é, atravessavam materiais opacos, causavam fluorescência e impressionavam chapas fotográficas.

• O casal Pierre e Marie Curie foi responsável pela descoberta e isolamento dos elementos químicos naturalmente radioativos – o Polônio e o Rádio.

• Em 1895, o pesquisador alemão Wilhelm Conrad Roentgen descobriu os Raios X.

• Em 1896 foi instalada a primeira unidade de radiografia diagnóstica nos Estados Unidos.

• Os conhecimentos obtidos por muitos pesquisadores e cientistas contribuíram para o desenvolvimento da física atômica e nuclear, mecânica quântica e ondulatória.

• Podem ser citados Ernest Rutherford (Foto ao Lado), Niels Bohr, Max Planck, Louis de Broglie, Albert Einstein, Enrico Fermi entre outros.

• Em 1939 já se sabia que o átomo podia ser rompido e que uma grande quantidade de energia era liberada na ruptura, ou seja, na fissão do átomo.

Átomo

Todas as substâncias são feitas de matéria e a unidade fundamental da matéria é o átomo. O átomo constitui a menor partícula de um elemento químico.

O átomo é composto de um núcleo central contendo prótons (carga positiva), nêutrons (carga total nula), além dos elétrons (carga negativa) que tem massas insignificantes que giram em torno do núcleo em diferentes trajetórias, diferentes camadas e níveis, que são chamadas órbitas.

Os prótons e nêutrons são muito mais pesados que os elétrons, sendo que o número de prótons mais nêutrons no núcleo determina quão pesado cada átomo é e corresponde a aproximadamente 99,98% do peso total do átomo. Cada átomo possui um número diferente de elétrons nos orbitais ao redor do núcleo e é este fato que resulta em seu diferente comportamento químico.

Núcleo

O núcleo atômico é constituído por prótons, que possuem carga elétrica positiva, e nêutrons que possuem cargas elétricas totais nulas.

Elétrons

O elétron é uma partícula que possui carga negativa e que ele pode ser encontrado nos átomos que constituem toda e qualquer substância, mas a descoberta dessa partícula é relativamente recente, tem massa insignificante que giram em torno do núcleo em diferentes trajetórias, diferentes camadas e níveis, que são chamadas órbitas.

A extensão das órbitas dos elétrons determina o tamanho de um átomo.

A sua descoberta ocorreu no final do século XIX e foi resultado dos trabalhos desenvolvidos pelo físico inglês J. J. Thomson, quando ele se interessou pela pesquisa da natureza e propriedades de certas radiações, as quais na época eram conhecidas com a denominação de raios catódicos.

As partículas alfa  são constituídas por 2 prótons e 2

nêutrons e sua carga é 2+. É semelhante ao núcleo de hélio, podendo ser denominada "hélion". É a radiação de menor poder de penetração e maior efeito de ionização sobre o ar.

As partículas beta são elétrons extremamente velozes. O

poder de penetração é mais elevado que o da partícula alfa, no entanto, seu efeito ionizante é menor. Esta partícula se origina da transformação de um nêutron em um par próton-elétron. O próton permanece no núcleo e o elétron e o neutrino (com carga nula e de massa desprezível) são atirados para fora.

nêutron     "     próton     +    elétron    +    neutrino

As radiações gama são ondas eletromagnéticas mais energéticas que os raios X e não possuem carga. São bem mais penetrantes que as partículas alfa e o seu poder ionizante é menor. As radiações gama podem penetrar até 20 cm de aço ou 5 cm de chumbo.

Tipos de Radioatividade

Diagrama do espectro Diagrama do espectro eletromagnéticoeletromagnético

Questões Básicas

1- Por que o nome “Física Nuclear”?

Porque este é o ramo da Física que se dedica ao estudo do núcleo do átomo.

2- Por que o átomo sempre busca a estabilidade?

Isso ocorre devido a uma tendência natural de todos os elementos da natureza de buscar o equilíbrio.

3- Por que alfa e beta são ditas partículas e gama é dita radiação?

A dualidade onda-partícula nos permite analisar um átomo ora como partícula (reflexão) ora como onda (refração), nunca os dois ao mesmo tempo.