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Radiao Fukushima

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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.

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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

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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

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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.

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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!!!

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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.

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Propriedades dos ncleos Carta de nucldeos: Verde: estveis Amarelos: radioativos tomos leves: prximos curva Z = N. tomos pesados: excesso de nutrons.

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Propriedades dos ncleos Carta de nucldeos: ISTOPO ISBARO ISTONO

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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.

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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)

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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

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Propriedades dos ncleos Energia de ligao por ncleon E el M ncleo liberao de energia FISSOFUSO

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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)

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Propriedades dos ncleos

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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

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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:

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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.

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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

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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?

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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.

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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.

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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?

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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

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