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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

Datação por 14C

23

Exemplo

"! Amostra de osso com 50 g

"! Actividade: R=200 dec/min

"! Actividade de uma amostra com 1g viva:

R0=15 dec/min

"! Em 50 g de amostra viva temos 50x15=750 dec/min

24