Introdução à Física Nuclear e de Partículas

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Introdução à Física Nuclear e de Partículas 
 
 
PERGUNTA 1 
A construção de aceleradores de partículas depende de muitos fatores 
técnicos, tecnológicos e financeiros. Outro parâmetro fundamental é a escala 
energética desejada. Pesquise em livros, revistas, Internet etc. e responda: 
Com relação aos aceleradores lineares e aceleradores circulares, é correto o 
que se afirmar em: 
a. Em aceleradores lineares, a energia do feixe é limitada, 
principalmente, pelo comprimento do acelerador. Em aceleradores 
circulares não há o problema de controle e limitação da energia do 
feixe, pois o alvo não é fixo. 
 
✓ Em aceleradores lineares, a energia do feixe é limitada, 
principalmente, pelo comprimento do acelerador. Em aceleradores 
circulares, a energia do feixe é limitada, principalmente, pelas 
tecnologias de aceleração, controle da órbita de focalização do feixe. 
 
b. Em aceleradores lineares, a energia do feixe é limitada, 
principalmente, pelas tecnologias de aceleração, controle da órbita 
de focalização do feixe. Em aceleradores circulares a energia do 
feixe é limitada, principalmente, pelo comprimento do acelerador. 
 
c. Em aceleradores lineares não há o problema de limitação da energia, 
pois o alvo é fixo. Em aceleradores circulares a energia do feixe é 
limitada, principalmente, pelas tecnologias de aceleração, controle da 
órbita de focalização do feixe. 
 
d. Em aceleradores lineares, a energia do feixe é limitada, 
principalmente, pelo comprimento do acelerador. Em aceleradores 
circulares, a energia do feixe é limitada apenas pelo diâmetro do 
círculo. 
 
 
PERGUNTA 2 
Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr propôs o primeiro modelo quântico 
do átomo, expresso com o auxílio de seus postulados. Ele apresentou um 
modelo para o átomo de hidrogênio que combinava ideias de Planck, Einstein e 
Rutherford. Interessante notar que o mesmo vale para o chamado Modelo de 
Camadas do núcleo. São realizadas as seguintes afirmações sobre o modelo 
atômico proposto por Niels Bohr: 
I. A frequência da radiação eletromagnética emitida pelo átomo varia 
continuamente entre os dois valores correspondentes às órbitas de maior e 
menor energia. 
II. O átomo é composto de um núcleo e de uma eletrosfera. 
III. O momento angular orbital do elétron é um múltiplo inteiro de h/2π, onde h é 
a constante de Planck. 
É correto o que se afirmar apenas em: 
a. I e III. 
 
✓ II e III. 
 
b. III. 
 
c. II. 
 
d. I. 
 
 
PERGUNTA 3 
A exposição à radiação eletromagnética proveniente do Sol é de fundamental 
importância para a vida humana em vários parâmetros. Porém, a exposição 
exagerada a essa radiação pode ser prejudicial à saúde, especialmente com 
relação à radiação ultravioleta (UV), que pode causar lesões de intensidades 
variáveis. Com relação ao exposto, é correto concluir que: 
 
a. O bombardeamento de fótons UV pode causar fissão dos núcleos 
atômicos nas moléculas do tecido humano, alterando a sua 
configuração estrutural e eletrônica, gerando o câncer de pele. 
 
b. Os raios UV são potencialmente danosos por possuírem alto poder 
de penetração eletrônica (PE), gerando desde vermelhidões na pele 
(baixa PE) até câncer de pele (alta PE). 
 
c. A radiação UV tem energia para gerar vibrações moleculares, que 
são as responsáveis pela agitação térmica, causando queimaduras e 
outros danos aos tecidos, inclusive, câncer de pele. 
 
d. A radiação UV, absorvida pelas moléculas do tecido, gera excitação 
eletrônica, provocando mudanças na configuração das moléculas, 
causando sua quebra ou gerando novas ligações químicas entre as 
moléculas. 
 
e. A exposição à radiação UV vai gradativamente cedendo energia para 
os tecidos, gerando resfriamento, queimaduras de pele e, até 
mesmo, câncer. 
 
PERGUNTA 4 
O radionuclídeo 111In, que possui meia-vida de 67,4 h, é muito utilizado em 
procedimentos de medicina nuclear na localização de tumores cancerígenos e 
marcação de glóbulos vermelhos. Esse radionuclídeo pode ser produzido em 
aceleradores do tipo cíclotron a partir do cádmio bombardeado com prótons. 
Essa reação é corretamente representada por: 
 
a. 112Cd(p,3n)111In. 
 
b. 111Cd(p,2n)111In; 
 
c. 111Cd(p,2n)112In; 
 
✓ 112Cd(p,2n)111In; 
 
d. 113Cd(p,2n)111In; 
 
PERGUNTA 5 
Ao sofrer um determinado decaimento radioativo, o elemento carbono 14 
transforma-se em nitrogênio 14, conforme a reação mostrada abaixo: 
614→ 714+ 
O decaimento sofrido pelo carbono é do tipo: 
a. produção de pares 
 
b. α 
 
✓ β 
 
c. γ 
 
d. produção de raios X 
 
PERGUNTA 6 
Os problemas envolvendo as questões de tratamento e destino do rejeito 
nuclear e a possibilidade de acidentes sempre foram os principais fatores para 
a mobilização mundial contra a utilização de energia nuclear. Apesar disso, a 
utilização da energia nuclear foi, ao longo do tempo, muito importante para 
países com potencial hidrelétrico / termelétrico insuficiente perante suas 
necessidades. Sobre os riscos envolvendo a correta utilização e tratamento de 
rejeitos radioativos, é correto afirmar: 
 
✓ Os rejeitos radiativos não estão associados com a geração de novas 
reações em cadeia, mas podem continuar emitindo alta taxa de 
radiação por décadas ou até mesmo séculos, dependendo do 
material. Essa é a razão pela qual precisam ser isolados 
adequadamente. 
 
a. Os rejeitos radiativos provenientes da produção de energia nuclear 
podem continuar a emitir raios ultravioleta e infravermelho com alto 
poder de penetração durante muitos anos. Por isso, precisam ser 
isolados adequadamente em reservatório subterrâneo. 
 
b. Os riscos provenientes do uso da energia nuclear e a presença de 
seus rejeitos decorrem da incapacidade de frenar um processo de 
reação em cadeia. Uma vez que o processo é iniciado, não é 
possível controlá-lo. 
 
c. A fusão nuclear proveniente de uma usina nuclear pode ser 
minimizada com a utilização de placas de grafite, e seus rejeitos 
podem ser controlados com o uso de reservatórios subterrâneos. 
 
d. Os rejeitos radiativos de alta intensidade são mais bem isolados 
quando armazenados em recipientes de chumbo e alocados em altas 
profundidades devido ao poder de freamento do ar. 
 
PERGUNTA 7 
O fenômeno de espalhamento elástico pode ocorrer para nêutrons de todas as 
energias e consiste em um dos processos pelo qual nêutrons rápidos são 
convertidos em nêutrons lentos. O processo de desaceleração de nêutrons 
rápidos em nêutrons lentos é chamado de moderação desses nêutrons. Esse 
processo de moderação é de grande importância, pois as seções de choque 
para as reações de fissão e captura radiativa aumentam com a diminuição da 
energia cinética do nêutron incidente. A alternativa que melhor explica o 
processo de interação de nêutrons com a matéria é: 
 
a. Nêutrons não interagem com a matéria através da força 
coulombiana, pois não possuem carga elétrica. Logo, os elétrons 
atômicos alteram sua trajetória ou a energia cinética de incidência em 
um material. Dessa forma, a maneira pela qual os nêutrons perdem 
energia cinética ao atravessarem um meio material consiste na 
interação com núcleos atômicos e elétrons. 
 
b. Nêutrons interagem com a matéria através da força coulombiana, 
pois não possuem carga elétrica. Logo, os elétrons atômicos não 
alteram sua trajetória ou a energia cinética de incidência em um 
material. Dessa forma, a maneira pela qual os nêutrons perdem 
energia cinética ao atravessarem um meio material consiste na 
interação com elétrons atômicos. 
 
c. Nêutrons não interagem com a matéria através da força 
coulombiana, pois não possuem carga elétrica. Logo, os elétrons 
atômicos não alteram sua trajetória ou a energia cinética de 
incidência em um material. Dessa forma, a maneira pela qual os 
nêutrons perdem energia cinética ao atravessarem um meio material 
consiste na interação com núcleos atômicos. 
 
d. Nêutrons não interagem com a matéria através da força 
coulombiana, pois não possuem carga elétrica. Logo, os elétrons 
atômicos não alteram sua trajetória,mas alteram a energia cinética 
de incidência em um material. Dessa forma, a maneira pela qual os 
nêutrons perdem energia cinética ao atravessarem um meio material 
consiste na interação com núcleos e elétrons atômicos. 
 
e. Nêutrons interagem com a matéria através da força coulombiana, 
pois possuem carga elétrica. Logo, os elétrons atômicos alteram sua 
trajetória ou a energia cinética de incidência em um material. Dessa 
forma, a maneira pela qual os nêutrons perdem energia cinética ao 
atravessarem um meio material consiste na interação com elétrons. 
 
PERGUNTA 8 
A ciência, como um todo, avança com o intenso trabalho de cientistas 
trabalhando em grupos, individualmente, em pequenos laboratórios, bem como 
em grandes universidades ao longo do tempo. Muitas vezes, um trabalho é 
longo, com inúmeras etapas, testes variados, acertos, fracassos e acidentes, e 
valorizar esse trajeto das descobertas é valorizar o trabalho de todos os 
cientistas que, de alguma forma, contribuíram para os avanços da ciência. 
Escolha a alternativa que melhor apresenta uma correta associação entre o 
nome do(a) cientista e sua contribuição dada para a ciência na área da 
radioatividade. 
 
✓ Becquerel e a descoberta da radioatividade natural. 
 
a. Marie Curie e a descoberta do nêutron. 
 
b. Roentgen e a descoberta do polônio. 
 
c. Roentgen e a descoberta da radiação alfa. 
 
d. Chadwick e a descoberta dos raios X. 
 
PERGUNTA 9 
Os seres, quando vivos, possuem aproximadamente a mesma fração de 
carbono-14 (14C), isótopo radioativo do carbono, que a atmosfera. Essa fração, 
que é de 10 ppb (isto é, 10 átomos de 14C para cada bilhão de átomos de C), 
decai com meia-vida de 5.730 anos, a partir do instante em que o organismo 
morre. Assim, o 14C pode ser usado para se estimar o tempo decorrido desde 
a morte do organismo. Aplicando essa técnica a um objeto de madeira achado 
em um sítio arqueológico, a concentração de 14C nele encontrada foi de 0,625 
ppb. Esse valor indica que a idade aproximada do objeto, em anos, é de: 
 
a. 9.168 
 
✓ 22.920 
 
b. 1.432 
 
c. 3.581 
 
d. 15.280 
 
PERGUNTA 10 
Partículas subnucleares foram detectadas, direta e indiretamente, e tiveram 
sua existência comprovada experimentalmente em grandes aceleradores de 
partículas, tais como o SLAC (E.U.A.), o FERMILB (E.U.A) e o CERN (Suíça). 
Uma dessas partículas elementares descobertas foi a do quark down. Este 
quark, em conjunto com o quark up, entra na constituição de prótons e 
nêutrons. O quark down apresenta massa de aproximadamente 4,7 MeV/c2. 
Calcule o valor dessa massa em kg? 
Considere 1 eV = 1,6.10-19 J e c = 3.108 m/s. 
 
a. 8,32.10-26 
 
b. 8,36.10-23 
 
c. 5,36.10-27 
 
d. 6,36.10-27 
 
✓ 8,36.10-27