RADIOATIVIDADE Q

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Objetivos
Entender o conceito de radioatividade
Aprender o cálculo do tempo de meia-vida dos elementos radioativos
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O esquecimento de uma rocha de urânio sobre um filme fotográfico virgem levou à descoberta de um fenômeno interessante: o filme foi velado (marcado) por “alguma coisa”que saía da rocha, na época denominada raios ou radiações.
Outros elementos pesados, com massas próximas à do urânio, como o rádio e o polônio,
também tinham a mesma propriedade.
O fenômeno foi denominado radioatividade e os elementos que apresentavam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos.
Comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.
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1ª Lei da Radioatividade – Frederick Soddy  
Quando um núcleo emite partícula alfa, seu número atômico  diminui de duas unidades e seu número de massa  diminui de 4 unidades.
 
ZXA   →  2α4  +  Z – 2YA - 2
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2º Lei da Radioatividade- Soddy  Fajans- Russel  
Quando um núcleo emite partícula β, seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa não se  altera. 
 
ZXA   →  -1β0  +  Z + 1YA
 
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Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons,e da energia a elas associada. São as radiações alfa ou partículas alfa, núcleos de hélio (He), um gás chamado
“nobre” por não reagir quimicamente com os demais elementos.
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Radiação beta é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas beta) ou de prótons em nêutrons (pósitrons).
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Geralmente, após a emissão de uma partícula alfa (α) ou beta ( β), o núcleo resultante
desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, denominada radiação gama ( γ ).
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TIPOS DE RADIAÇÕES:
Partículas - possuem massa, carga elétrica e velocidade,esta dependente do valor de sua energia;
 Ondas eletromagnéticas, que não possuem massa
e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s,
para qualquer valor de sua energia. São da mesma
natureza da luz e das ondas de transmissão de rádio e TV.
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UNIDADE DE ATIVIDADE
A atividade de uma amostra com átomos radioativos (ou fonte radioativa) é medida em:
Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo
Ci (Curie) = 3,7 x 1010 Bq
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Em cada emissão de uma dessas partículas, há uma variação do número de prótons no núcleo, isto é, o elemento se transforma ou se transmuta em outro, de comportamento químico diferente.
Decaimento radioativo
diminuição gradual de massa e atividade
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 Meia-vida é o tempo necessário para que a sua atividade radioativa seja reduzida à metade da atividade inicial. Após o primeiro período de meia-vida, somente a metade dos átomos radioativos originais permanecem radioativos. No segundo período, somente 1/4 , e assim por diante. Alguns elementos possuem meia-vida de frações de segundos. Outros, de bilhões de anos.
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Série do Urânio, Série do Actínio e Série do Tório.
As três séries naturais terminam em isótopos estáveis do chumbo, respectivamente,
chumbo-206, chumbo-207 e chumbo-208.
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Alguns elementos radioativos têm meia-vida muito longa, como, por exemplo, os elementos iniciais de cada série radioativa natural (urânio-235, urânio-238 e tório-232).
Dessa forma, é possível explicar, porque há uma porcentagem tão baixa de urânio-235 em relação à de urânio-238. Como a meia-vida do urânio-235 é de 713 milhões de anos e a do urânio-238 é de 4,5 bilhões de anos, o urânio-235 decai muito mais rapidamente e,portanto, é muito mais “consumido” que o urânio-238.
Com o desenvolvimento de reatores nucleares e máquinas aceleradoras de partículas,muitos radioisótopos puderam ser “fabricados” (produzidos), utilizando-se isótopos estáveis
como matéria prima. Com isso, surgiram as Séries Radioativas Artificiais, algumas de curta duração.
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Os materiais radioativos produzidos em Instalações Nucleares (Reatores Nucleares, Usinas de Beneficiamento de Minério de Urânio e Tório, Unidades do Ciclo do Combustível Nuclear),Laboratórios e Hospitais, nas formas sólida, líquida ou gasosa, que não têm utilidade, não podem ser simplesmente “jogados fora” ou “no lixo”, por causa das radiações que emitem.
Esses materiais, que não são utilizados em virtude dos riscos que apresentam, são chamados de Rejeitos Radioativos.
Na realidade, a expressão “lixo atômico” é um pleonasmo, porque qualquer lixo é formado por átomos e, portanto, é atômico. Ele passa a ter essa denominação popular, quando é radioativo.
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A fissão nuclear — divisão de um núcleo atômico pesado em dois núcleos mais leves — só acontece com determinadas espécies de elementos pesados como o urânio-235 (92 prótons, 143 nêutrons, número de massa 235) e o plutônio-239 (94 prótons, 145 nêutrons, número de massa 239).
Na reação de fissão, além da energia liberada, dois ou três nêutrons são emitidos. Estes nêutrons, ao colidirem com outros núcleos de urânio (ou plutônio), provocam uma reação semelhante, originando uma reação em cadeia.
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O isótopo U235 possui 92 prótons e 143 nêutrons no núcleo, portanto, tem a massa atômica de 235. Enquanto o isótopo U238 possui 146 nêutrons e massa atômica 238. O núcleo do isótopo U235 é físsil, isso é, ao ser bombardeado por nêutrons termalizados pode promover um máximo de reação em cadeia produzindo no rompimento outros dois elementos químicos (Kr, Ba) e outros dois a três nêutrons que servem para manter a reação em cadeia
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CONTROLE DA FISSÃO EM CADEIA
O Reator Nuclear
No reator nuclear a reação em cadeia é mantida sob controle pela inserção de barras de cádmio, absorvedoras dos nêutrons que provocam as reações de fissão. Inserindo ou retirando as barras de cádmio, a velocidade da reação pode ser diminuída ou aumentada.
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Nos reatores nucleares, a reação acontece dentro de varetas que compõem uma estrutura chamada elemento combustível. Dentro do elemento combustível há também barras de controle, geralmente feitas de cádmio, material que absorve nêutrons. Estas barras controlam o processo. Quando as barras "entram totalmente" no elemento combustível, o reator pára; quando saem, ele é ativado.
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O Reator Nuclear
No reator nuclear a reação em cadeia é mantida sob controle pela inserção de barras de cádmio, absorvedoras dos nêutrons que provocam as reações de fissão. Inserindo ou retirando as barras de cádmio, a velocidade da reação pode ser diminuída ou aumentada.
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A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia. A geração nucleoelétrica é uma das alternativas menos poluentes; permite a obtenção de muita energia em um espaço físico relativamente pequeno e a instalação de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia. Outras fontes de energia, como solar ou eólica, são de exploração cara e capacidade limitada, ainda sem utilização em escala industrial. Os recursos hidráulicos também apresentam limitações, além de provocar grandes impactos ambientais. Por isso, a energia nuclear torna-se mais uma opção para atender com eficácia à demanda energética no mundo moderno.
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URÂNIO
O urânio, que possui 92 prótons no núcleo, existe na natureza na forma de 3 isótopos:
• U-234, com 142 nêutrons (em quantidade desprezível);
• U-235, com 143 nêutrons, usado em reatores PWR, após enriquecido (0,7%);
• U-238, com 146 nêutrons no núcleo (99,3%).
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1. Comprime-se o gás hexafluoreto de urânio (UF6) através de membranas microporosas, associadas em série; 
2. No processo de ultracentrifugação, separam-se por força centrípeta as partículas de UF6, concentrando-se o isótopo U238 em uma região mais externa do cilindro e o U235 na região central. O termo “ultra”- centrifugação surge por se utilizarem velocidades tangenciais muito altas, em torno de 50.000 a 70.000 rpm. Esse nível de velocidade de rotação é necessário para separar os dois isótopos de forma eficiente, pois suas massas são muito próximas;e
 3. a fração do gás enriquecido parcialmente passa ao próximo estágio de enriquecimento e assim sucessivamente até se atingir o enriquecimento desejado. O gás resultante que está empobrecido em U235 ainda é reutilizado, retornando aos estágios anteriores para participar da mixagem de alimentação de UF6 desses estágios precedentes. Para se descartar o gás empobrecido, o seu teor de U235 deve atingir 0,3-0,4%, quando a separação dos isótopos não se torna viável economicamente.
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As maiores concentrações se encontram em Poços de Caldas (em Minas Gerais; inoperante desde 1997), Caetité (na Bahia; operando desde 1999) e Santa Quitéria (no Ceará;
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Em 2004,no Brasil,iniciou-se a tecnologia de enriquecimento por ultracentrifuga é utilizada na Industria Nuclear Brasileira (INB). Esse método de enriquecimento é um dos mais competitivos no mercado também, haja vista que processos utilizados nos Estados Unidos e França empregam difusão gasosa e consomem 25 vezes mais energia do que o processo de ultracentrifugação desenvolvido no Brasil. Para se ter uma idéia, o processamento de um quilo de urânio natural até o enriquecimento de 4% (teor suficiente para utilização em reatores de potência nuclear) consome 530 kwh no sistema brasileiro, enquanto no processo francês / norte-americano o consumo de energia é da ordem de 13.250kwh.
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Falha humana na manutenção do reator;
As hastes controladoras contendo Boro e Cadmio não conseguiram controlar as reações.
quatro mil pessoas morreram;
Usina Nuclear de Chernobyl
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Foi classificado como nível 5 na Escala Internacional de Acidentes Nucleares.
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Baseiam-se na chamada fusão nuclear, onde núcleos leves de hidrogênio e hélio combinam-se para formar elementos mais pesados e liberam neste processo enormes quantidades de energia. Bombas que utilizam a fusão são também chamadas bombas-H, bombas de hidrogênio ou bombas termonucleares, pois a fusão requer uma altíssima temperatura para que a sua reação em cadeia ocorra. A bomba de fusão nuclear é considerada a maior força destrutiva já criada pelo homem, embora nunca tenha sido usada em uma guerra.
Oficialmente, a mais poderosa Bomba de fusão nuclear já testada atingiu o poder de destruição de 57 Megatons - conhecida como Tsar Bomba - em um teste realizado pela URSS em outubro de 1961. Esta bomba tinha mais de 5 mil vezes o poder explosivo da bomba de Hiroshima, e maior poder explosivo que todas as bombas usadas na II Guerra Mundial somadas (incluindo as 2 bombas nucleares lançadas sobre o Japão) multiplicado 10 vezes.
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