capítulo 43 física nuclear. a descoberta do núcleo ernest rutherford (1911)
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Capítulo 43Física nuclear
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A descoberta do núcleo
Ernest Rutherford (1911)
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Teste de Modelos Nucleares
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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.
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Colisão frontal
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Algumas propriedades dos núcleos
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Terminologia
Z: número de prótons (número atômico)N: número de nêutronsA: número de massaA = Z + N
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Classificação dos nuclídeos
Carta de nuclídeos
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Classificação dos nuclídeos
Carta de nuclídeos
A=23
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Tamanho dos núcleos
1 femtômetro = 1 fermi = 1 fm = 10-15 m
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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
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Raio Nuclear: Fenomenológico
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Densidade nuclear
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Energias de ligação dos núcleos
(energia de ligação)
(energia de ligação por núcleon)
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Fissão Nuclear
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Massa Crítica
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Fusão
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O combustível das estrelas
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/astfus.html - c1
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Marie Curie (1867-1934)
Nobel em Física pela descoberta
da radioatividade
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Decaimentos radioativos
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Forças Nucleares
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Constituintes dos núcleos
gluon
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Forças Nucleares
Força ForteAlcance < 10-15 m
Intensidade relativa = 1
http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_force
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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)
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Decaimento radioativo
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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)
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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
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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
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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.
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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?
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Datação radioativa
T1/2=5730 anos
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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?
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Decaimento alfa
Não
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Decaimento alfa
Energia de desintegração
Não
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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
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(a)
(b)
(c)
< 0
< 0
> 0
Não
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Decaimento beta
Não
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Decaimentos beta
Não
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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
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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
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Detectando neutrinos
Não
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A radioatividade e a carta de nuclídeos
Não
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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
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Modelos nucleares
Modelo coletivo
Não
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O modelo das partículas independentes
Não
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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
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Lise Meitner (1878-1968)Otto Hahn (1879-1968)
Descobridores da Fissão Nuclear
Não
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Positron Emission Tomography (PET)
Não