Desintegração e radioisotopos

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Discente : ​Natalie Fabien Gomes da Silva 
 
Radioisótopos e a Desintegração nuclear 
 
Desintegração nuclear ​ é o processo por meio do qual o núcleo do átomo se altera de forma a 
provocar o aparecimento de um núcleo diferente. Essa alteração é produzida pela emissão de 
partículas (alfa, beta, nêutrons, entre outras partículas) ou pela fissão, que produz o 
aparecimento de dois ou mais núcleos novos 
O núcleo atômico é constituído de prótons e nêutrons. No núcleo atômico estável , o número 
de prótons é numericamente igual ao número de nêutrons. Os nêutrons evitam a repulsão 
eletrostáticas entre prótons. A quantidade de energia contida no núcleo por conta dessas 
forças é ​imensa. ​Para interagir com partículas nucleares é  
necessária uma energia de megaelétrons-volts ( MeV - 10​ ​6​). 
Com isso, conclui-se que as variações de energia nuclear excedem em muito aquelas 
observadas nas reações químicas. 
Exemplos : Combustão de 1,0 g de CH4 à 52 KJ de energia 
 Reação nuclear de 1,0 g de ​235 ​ U à 80,2x10 ​7​ ​ KJ de energia. 
 
Para minimizar os efeitos das forças de repulsão dos prótons no núcleo, a natureza utiliza 
partículas sem cargas elétricas, chamadas nêutrons. A principal função dos nêutron é 
estabilizar o número energeticamente, reduzindo as forças de repulsão pró-prótons. 
Contudo, existe uma relação ideal entre nêutrons e prótons para que um determinado núcleo 
seja estável. Quando essa relação não ocorre, o núcleo energeticamente fica instável e sofre o 
chamado decaimento radioativo, em que busca alterar a relação : nêutron/próton até que ela se 
situe dentro de uma conhecida faixa ou cinturão de estabilidade, onde o número de prótons é 
igual ao número de nêutrons. Razão próton-nêutron maior que 1. 
Desta forma, temos nas reações nucleares com emissão de partículas radioativas para 
estabilização dos núcleos atômicos. 
Reações Nucleares 
Nas reações nucleares , ocorrem quatro tipo de emissões de partículas : alfa (​ α​ ) 
Beta ( B ​- ​), Beta ( B ​+​ ), gama ​(γ)   
Em termos de núcleo atômico, ocorre a reação : 
X ​A​ -----------> Y ​A-4​ + ​ ​α ​ 4​ + energia 
Z​ ​Z-2 ​ ​2 
 
P ​239​----------> U ​235​ + ​ ​α ​4​ + energia  
 ​94 92 2 
   
Ocorre a emissão de uma partícula alfa, que contêm 2 prótons e 2 nêutrons.  
Nesse caso, o núcleo apresenta excesso de prótons e nêutrons . A partícula alfa acelera o 
processo de estabilização do núcleo, aumentando o número de partículas nucleares alteradas 
ao mesmo tempo. A energia em questão é geralmente emitida na forma de radiação 
eletromagnética, ou seja, Radiação Gama ( ​(γ​ ). A radiação gama acompanha tanto a emissão 
alfa quanto a emissão Beta. 
Emissão Beta ( B-) Em termos de núcleo atômico ocorre a reação: 
 ​1​ ​ 1​ ​0 
n -------------> P + e + V. 
 ​ 0 1 -1 
 
Na ​24​ ------------> Mg ​24​ + e ​0​ + V 
 ​11 ​ ​ ​12​ ​-1 
 Um nêutron se transforma em um próton e emite um elétron, que é a partícula beta. Nesse 
caso, o núcleo apresenta excesso de nêutrons, que tenta compensar reduzindo sua quantidade 
e aumenta a quantidade de prótons. V é uma partícula sem carga e sem massa, chamada 
neutrino, que completa o balanço energético do processo. 
   
24​ ​24​ o 
Na -------------> Mg + e + V 
 ​ 11 12 -1 
 
Emissão( B+). Em termos de núcleo atômico ocorre a reação: 
1 1 o 
 P----------------> N + e + V 
1 0 +1 
No núcleo ocorre a interação do elétron capturado com um próton, formando um neutron. 
Esse processo compete com a emissão de B+ e não se observa a emissão de nenhuma 
partícula do núcleo. Porém, o orbital desocupado pelo elétron é preenchido pela emissão de 
um elétron mais externo, que por sua vez emite radiação eletromagnética na forma de raios x. 
Um próton se transforma em um nêutron e emite um pósitron, que apresenta as mesmas 
características do elétron, exceto sua cara que é positiva.  
O núcleo apresenta excesso de prótons, tenta compensar reduzindo sua quantidade e 
aumentando a quantidade de nêutrons. V é uma partícula sem carga e sem massa ( neutrino), 
completando o balanço energético do processo : 
 ​ 43 43 0 
Ti --------------> Sc + e 
 ​22 21 +1 
 
Captura eletrônica: o núcleo faz a captura de um elétron na camada K ( camada mais próxima 
do núcleo). Em termos de núcleo atômico ocorre a reação 
 ​ 1 0 1 
P + e --------------> N + V 
 ​ 1 -1 0 
 
Nos Radioisótopos, o núcleo é constituído por prótons e nêutrons mantidos pela força nuclear 
atrativa de curto alcance, o que determina o estado energético do núcleo. 
A configuração do núcleo que determina o estado estável ou instável . Se instável, o excesso 
de energia deve ser emitida através de radiações. 
Na emissão de energia ( núcleo instável), o núcleo pai origina o núcleo filho. 
Os átomos com número atômico maior que 82 são radioativos. 
Radioisótopos ou isótopos radioativos são núcleos atômicos instáveis que emitem energia ( 
radiações) para se estabilizarem ou tornarem sem radiações. 
Os radioisótopos têm aplicação na área de saúde, estes podem ser natural ou sintéticos, por 
emitirem radiações nucleares são extremamente perigosos , dependendo das doses promovem 
a destruição das células tais como : queimaduras e alterações genéticas. 
Os radioisótopos podem ser aplicados na medicina : imagens radioterapia,imunoterapia, 
terapia com feixes iônicos 
• Quatro elementos que faltavam na tabela periódica de Mendeléev 
– Segré e Perrier (Itália, 1937) Tc-99 ( ​Tecnécio​) 
– Margarite Perey (França, 1939) Fr-232 (​Frâncio ​) 
– Grupo de Segré (1940)As-210 (​Astato​)  
– Marinsky/Glendenin/Coryell (1945)Pm-145 (​Promécio​) 
 
Radioisótopos (ou Radionuclídeos) 
• Decaimento nuclear – Becquerel – desintegrações/s (dps) – Curie – 3,7 x 1010 dps 
 Exemplo: 
 Mundo Educação 
 
O período de meia-vida do iodo-131 é de 8 dias, assim, temos o seguinte gráfico que                               
representa a curva de decaimento radioativo duma amostra de 10g do iodo-131: 
A meia-vida não depende da quantidade da amostra, nem da temperatura, nem da pressão. As                             
meias-vidas dos isótopos são utilizadas para várias finalidades. Uma destas aplicações                     
refere-se para determinação da idade de objetos arqueológicos, fósseis e rochas, como ocorre                         
com o carbono 14, que é incorporado nos organismos vivos. Quando o ser vivo morre, ele                               
deixa absorver esse isótopo e existe somente a sua desintegração. Sabendo que o período de                             
meia-vida do carbono-14 é de 5730 anos, pode-se calcular em que tempo aquele ser vivo                             
morreu. Além disso, a idade da Terra pode ser estimada por meio da desintegração radioativa                             
do urânio-238. 
Produção artificial de radioisótopos 
Transmutação Artificial( Irene Curie 1934)  
 
27​Al + ​2​ He ------> ( ​31​P)-------> ​30​P + ​1​n  
13 4 15 15 0 
 
10​ B + ​2​ He ​ ​-------> ​14​ N ------> ​13​N + ​1​n 
54 7 7 0 
 
 ​ Produção de Radioisótopos 
 
Produção de Radioisótopos - Métodos ( Reatores- Cíclotrons-Geradores) 
Os radioisótopos são produzidos diretamente por reações nucleares ou indiretamente através                     
do decaimento de um radionuclídeo pai. 
Essas reações ocorrem entre feixes de partículas e núcleos (alvos), produzindo novos núcleos                         
e partículas, elas são realizadas em reatores nucleares e em aceleradores de partículas                         
(ciclotrons). Nos reatores nucleares são equipamentos que permitem a realização de                     
transformações que envolvem mudanças nos núcleos atômicos. Como exemplo disso temos a                       
fissão nuclear do átomo de urânio em átomos de menor massa, isso visando a obtenção da                               
energia nuclear. Os Ciclotrons são equipamentos aceleradores eletromagnéticos de alta                   
frequência que comunica à partículas eletrizadas velocidades muito elevadas, a fim de se                         
obter transmutações e desintegrações de átomos. Realizam o bombardeamento de alvos                     
estáveis com partículas positivamente carregadas. Ex.: ​Prótons, dêuterons e as partículas                     
alfa. ​Os núcleos bombardeados se tornam instáveis por excesso de prótons, desintegram por                         
emissão de pósitrons (radiação beta positiva) ou por captura eletrônica com emissão gama.