seminário introdução à física nuclear

Seminário Física III

Física Nuclear

Leandro Ramos Ferraz

Odimar Fernandes Miranda Junior

Renato Bafi

Resumo

• Modelos Atômicos

• A descoberta do Núcleo

• Propriedades Nucleares

• Decaimento Radioativo

• Datação Radioativa

• Radiação

• Força Nuclear

• Fissão Nuclear

Modelos Atômicos

400 A.C. - Modelo de Demócrito – Matéria não contínua, formada por partículas minúsculas e indivisíveis

Modelo de Aristóteles – Matéria contínua – Modelo aceito até a Renascença

1808 – Modelo de Dalton (Bola de Bilhar) – Retoma o modelo de Demócrito. Átomos são esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis. Todos os átomos são

idênticos

1887 – J.J. Thomson – Descoberta do Elétron. Modelo do “Pudim de Passas” –Carga positiva distribuída uniformemente no átomo (pudim) e os elétrons

inserem-se nessa distribuição (passas)

1911 – Ernest Rutherford – Descoberta do Núcleo – Carga Positiva densamente concentrada no centro (núcleo) e elétrons orbitando este núcleo.

A Descoberta do Núcleo

Experimento de Geiger e Marsden

Emitir partículas alfa (7300 vezes mais

pesadas que os elétrons)

Contra uma fina folha de metálica,

no caso, ouro

Admitindo o modelo atômico da

época – Pudim de Passas – o

resultado esperado era que as

partículas alfa atravessassem o

alvo sem nenhuma ou com muito

pouca resistência

Porém, a observação efetuada

demonstrou um resultado muito

diferente do esperado


O experimento mostrou que, para desviar as partículas alfa para trás, deveria

haver uma força muito grande.

Através da observação dos ângulos de espalhamento, Rutherford deduziu que

essa força poderia ser obtida se a carga positiva, ao invés de estar espalhada por

todo o átomo, estivesse fortemente concentrada em seu centro.


Propriedades Nucleares

Prótons

ZNêutrons

N

Núcleo

ANúmero

de Massa

Massa Atômica

A = Número de Massa

R0 ≈ 1,2 fm

fm = Femtômetro = 10-15 m

Propriedades Nucleares

Raio Nuclear

Decaimento Radioativo

Desintegração de um núcleo através da emissão de energia em forma de radiação

Radiação é um tipo de emissão de energia que pode se propagar por meio de partículas ou por meio de ondas eletromagnéticas

Elementos sofrem transformações através do decaimento


Equações do decaimento

Da derivada anterior obtemos:



Curie (Ci): 1 Ci = 3,70 x 1010

Finalmente pode ser obtida a taxa de decaimento:



Intervalo de tempo após o qual tanto N como R se

reduzem à metade de seus valores iniciais


Meia-Vida

Relação entre a meia-vida e a constante de desintegração

Datação Radioativa

Baseia no fenômeno da radioatividade e foi descoberta no final do século XIX

A radioatividade faz os átomos perderem partículas na forma de radiação, causando variação no seu número de massa ou em seu número atômico

Medindo-se a quantidade de um determinado isótopo é possível determinar a data da morte de um organismo


Entendendo o processo

Organismos vivos absorvem isótopos

de Carbono

• Após a morte cessa a absorção

• Apenas o isótopo C14, radioativo, começa a decair

Analisando a quantidade de C14

de um fóssil e comparando com

um ser vivo

Sabendo a meia-vida do C14

Determina-ção da data

morte do organismo


Equação da datação radioativa


Equação da datação radioativa - Exemplo

Um fóssil com 10% de carbono 14 em comparação com

uma amostra viva:

Como a meia-vida do carbono 14 é de 5.700 anos, ela só é

confiável para datações até 60 mil anos.

Potássio 40 – 1,3 bilhão de anos

Urânio 235 – 704 milhões de anos

Urânio 238 – 4,5 bilhões de anos

Rubídio 87 – 49 bilhões de anos

Radiação

curie (Ci) : Medida de atividade de uma fonte radioativa. 1 Ci = 3,7 x 1010

roentgen (R): Medida de exposição. Um roentgen é definido como a capacidade de ceder 8,78 mJ de energia a 1Kg de ar seco em condições normais

rad: Dose de radiação absorvida

rem: Medida de dose equivalente. Leva em conta que, embora diferentes tipos de radiação possam ceder a mesma quantidade de energia por unidade de massa ao corpo, os efeitos biológicos não são os mesmos.

Radiação

Efeitos da Radiação

Os efeitos da radioatividade no ser humano dependem da quantidade acumulada no organismo e do tipo de radiação

Doses excessivas, podem provocar lesões no sistema nervoso, no aparelho gastrintestinal, na medula óssea, etc., ocasionando por vezes a morte

Convivemos dia-a-dia com a radioatividade, seja através de fontes naturais de radiação, seja pelas fontes artificiais, criadas pelo próprio homem: o uso de raios X na medicina

Radiação

Raio X

Uma válvula especial alimentada por uma tensão ultra alta produz um feixe de elétrons que, ao incidir num ânodo de forma violenta, libera energia suficiente para provocar a emissão de raios X.

Estes raios X são então dirigidos de forma a incidirem no organismo que se deseja radiografar.

Por trás do organismo coloca-se uma chapa fotográfica que será impressionada pelos raios X que atravessarem o organismo.

Desta forma, nos locais em que existirem tecidos "duros" como os ossos, a absorção dos raios será maior formando assim regiões de "sombra" na chapa

Força Nuclear

A força eletromagnética é repulsiva nos casos em que as partículas possuem o mesmo sinal.

Existência de uma força mais intensa, que aja em sentido contrário ao da força eletromagnética. FORÇA FORTE

1935 Hideki Yukawa – Força Forte tem como origem a troca de partículas entre os núcleons.

A matéria passaria a ser constituída também por outras partículas, além de prótons, nêutrons e elétrons, responsáveis pela mediação da força forte.

Fissão Nuclear

Divisão de um núcleo atômico quando este se choca com um nêutron

Libera-se energia cinética que em junção às energias dos novos núcleos formados devem possuir a mesma quantidade do núcleo inicial antes de sofrer o choque.

Reação em Cadeia: a energia liberada juntamente com os nêutrons se choca com novos núcleos e forma novas divisões e mais nêutrons

O núcleo atômico perde quantidade significativa de massa fazendo com que a massa dos reagentes seja maior que a massa do núcleo atômico

Fissão Nuclear

A perda de massa

O núcleo atômico perde quantidade significativa de massa

fazendo com que a massa dos reagentes seja maior que a

massa do núcleo atômico

Einstein propôs que energia é massa, assim ele afirma que

a massa que desaparece, reaparece em forma de energia,

essa equivalência é resumida na famosa fórmula:

E igual a energia

m igual a massa

c igual a velocidade da luz

A energia será absurdamente

grande mesmo que ela perca uma

fração quase desprezível de massa

Fissão Nuclear

Geração de Energia Elétrica

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