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!!1896: Descoberta da radioactividade em compostos de urânio - Antoine Henri Becquerel
3
!!Rutherford (Nobel 1908) mostrou que os átomos radioactivos emitiam 3 tipos de radiação:
Alfa – núcleos de He
Beta – electrões
Gama – fotões altamente energéticos
!!1898: Descoberta do Rádio e do Polónio - Pierre e Marie Curie (Nobel 1903)
Exemplo: - Número de massa: 27 - Número atómico:13 - Contém 13 protões e 14 (27 – 13) neutrões
Propriedades do núcleo "! Núcleo # Z protões + N neutrões:
Z # Número atómico
A=Z+N # Número de massa
"! Diferentes isótopos de um elemento diferem no número de neutrões:
4
0.511 5.486x10-4 9.109 x 10-31 Electrão
939.57 1.008665 1.6750 x 10-27 Neutrão
938.28 1.007276 1.6726 x 10-27 Protão
MeV/c2 u kg Partícula
Massa
"! Unidades de massa: "! 1/12 m(C-12 ) = 1 u.m.a = 1u = 1.660 559 x 10-27 kg
"! Também pode ser expressa em MeV/c2 "! A partir da equivalência entre massa e energia dada
pela Relatividade de Einstein E=m c2
"! 1 u = 931.494 MeV/c2
Equivalência Massa-Energia M.%/N.,7!:%7O)./%!&,!A%55%1!!1!8,A!.A%!,;,7C'%!!
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!
E = mc2
!
108
6
!
m = mR
1"v2
c2
!
mR
Albert Einstein (Nobel 1921)
Equivalência Massa-Energia J(A6';%;&(!%5!&.%5!,N.%DW,5!%;8,7'(7,5!8,A(5!
N.,!%!,;,7C'%!,N.'+%/,;8,!&,!.A%!:%7O)./%!I!&%&%!:(7!!
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7
!
E = mc2
=m
Rc2
1"v2
c2
!
ER
= mRc2
Albert Einstein (Nobel 1921)
Tamanho médio do núcleo
"! Desde Rutherford, muitas experiências permitiram concluir que: "! Grande parte dos núcleos são
aproximadamente esféricos
"! Com um raio médio dado por
"! ro = 1.2 x 10-15 m
"! O volume é proporcional a A, o que sugere que todos os núcleos têm aproximadamente a mesma densidade. 8
Estabilidade nuclear
•! Dentro do núcleo existem forças electrostáticas de repulsão entre os protões.
•! Os núcleos são estáveis devido à existência de uma atractiva de curto alcance entre os nucleões (mais forte que a força de Coulomb) denominada força
nuclear. Maria Goeppert-Mayer (Nobel 1963)
9
Estabilidade nuclear
"! Os núcleos leves são mais estáveis se N = Z.
"! Os núcleos pesados são mais estáveis quando N > Z. "! À medida que o número de
protões aumenta, as forças de Coulomb aumentam e são necessários mais nucleões para manter o núcleo estável.
"! Não há núcleos estáveis para Z > 83.
Linha de estabilidade nuclear
10
"! A energia total do núcleo é menor que a energia separada dos nucleões separados.
"! Esta diferença em energia chama-se energia de
ligação do núcleo. "! Corresponde à energia que é necessária para romper a
ligação nuclear.
"! À excepção dos núcleos leves, a energia de ligação é de aproximadamente 8 MeV por nucleão.
"! Para um núcleo com Z protões e N neutrões, pode ser estimada por:
Energia de ligação
11
Energia de ligação por nucleão
12
Radioactividade
"! Radioactividade – emissão espontânea de radiação.
"! É o resultado do decaimento, ou desintegração, de núcleos instáveis.
"! Tipos de radiação emitidos: "! Partículas alfa (núcleos 4He).
"! Partículas beta (electrões ou positrões).
"! Raios gama (fotões altamente energéticos). 13
Decaimento radioactivo: Actividade
"! Se no intervalo de tempo !t decaem um número de partículas !N, então o número de partículas que decaem por unidade de tempo, !N/!t, é proporcional ao número total N de partículas da amostra: !N/!t = -" N onde ! é a constante de
decaimento.
"! A actividade, ou taxa de decaimento R de uma amostra, é o número de decaimentos por unidade
de tempo: "! Unidade de Actividade: Curie, Ci
1 Ci = 3.7 x 1010 decaimentos/s
"! No SI: Becquerel, Bq
1 Bq = 1 decaimento / s
Então 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
Lei do decaimento radioactivo
"! N = No e-"t
"! Período de semi-desintegração ou tempo de meia-vida:
Tempo que demora para que metade dos núcleos radioactivos decaia:
15
Poder de penetração das radiações
alumínio chumbo cimento
16
Radiações ionizantes a que estamos
submetidos
Fonte: ITN 17
Radão: gas radioactivo resultante do decaimento do Uranio existente nos minerais, ex.: Granito
Distribuição de radão
em Portugal
18
Exposições diárias superiores a 400 Bq/m^3 são perigosas. - Estudos indicam que 6 em cada 100 pessoas expostas a doses diárias superiores a 400 Bq/m^3 falecem vítimas de tumores pulmonares.
Isótopos radioactivos naturais
Os alimentos e em geral os organismos vivos possuem
isótopos radioactivos, por ex: 40K e 14C
19
A datação por 14C
20
Os raios cósmicos criam um relógio natural
1. O 14C é criado na atmosfera por reacções nucleares induzidas pelos raios cósmicos (a partir do 14N).
2. Ao mesmo tempo o 14C tende a decair em 12C (decaimento beta)
21
!
0
1n +
7
14N"
6
14C +
1
1H
!
6
14C"
6
12C +
0
1n +
0
1p + e
#
A competição entre estes efeitos (criação e destruição de 14C) resulta num rácio constante na atmosfera:
14C / 12 C ! 10-12
Os raios cósmicos criam um relógio natural
22
Os seres vivos absorvem carbono (14C e 12C) atmosférico continuamente.
Logo o rácio 14C/12C nos seres vivo é igual à fracção atmosférica:
14C / 12 C ! 10-12
Quando um ser vivo morre a fracção,14C / 12 C diminui de acordo com a lei de decaimento radioactivo do 14C.
!
Ntot
C= N
14C
+ N12C
= constan te " N12C
Onde é o número total de átomos de carbono numa amostra do “cadáver”:
!
N14C
Ntot
C=N0
14C
Ntot
Ce"#t
!
Ntot
C