Física das Radiações - Desintegração nuclear

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Física das Radiações 
Desintegração Nuclear 
Introdução 
• Todas as descobertas importantes da radiação são consideradas como um 
processo “serendipity”. 
• Em 1896 Antonie-Henri Becquerel descobriu a radioatividade 
 porque o dia estava nublado. 
Massas Atômicas 
• No início do Século XIX, os cientistas preveram as massas relativas dos 
átomos a partir de reações químicas. 
• John Dalton (1805) sugeriu adotar como 1 u.m.a a massa do Hidrogênio. 
• Em 1905, trocaram a referência para Oxigênio, então 1 u.m.a = 1/16 da 
massa do Oxigênio. 
• FWA criou o espectrometro de massa; 
• FWA descobriu em 1929 que o oxigênio tinha 3 isótopos; 
• Entre padrões físico e químico havia uma diferença de um 
 fator 1.000275 
Francis William 
Aston 
Massas Atômicas 
• Em 1957, foi criada a “u” unidade de massa unificada ou Dalton (Da). 
• 1/12 da massa do carbono 12C; 
• “u” não pertence ao SI, foi adotada pela International Union of Pure and 
Applied Physics IUPAP (1960) e pela International Union of Pure and 
Applied Chemistry IUPAC (1961); 
• A massa de 1 u pode ser determinada a partir do número de Avogadro NA 
• 1 u (g) = (1/ NA) = 1.66 x 10-24 g = 1.66 x 10-27 kg 
Massas Atômicas 
• Sabemos que em 12kg de C-12 estão contidos NA=6.02x1023 
átomos/(g*mol) ou 6.02x1026 átomos/(kg*mol). 
• Massa de um átomo de C-12 = 12Kg /(6.02x1026 átomos/(kg*mol)) 
 = 1.99 x 10-26Kg 
 = 12u 
 
• 1u = 1.99 x 10-26Kg /12 = 1.66 x 10-27Kg 
Massas Atômicas 
• De acordo com a teoria da relatividade restrita de Einstein, há uma 
equivalência entre massa de repouso m0 de uma partícula e energia de 
repouso E0, dada pela equação: 
 
 
𝐸0 = 𝑚0𝑐2 
 
 
Partícula Kg u MeV/c2 
Próton 1.6726 x 10-27 1.007276 938.28 
Nêutron 1.6750 x 10-27 1.008665 939.57 
Elétron 9.109 x 10-31 5.486 x 10-4 0.511 
Razões para desintegração Nuclear 
• Existem 2 tipos de núcleos: instáveis e os estáveis; 
• Estabilidade é o equilíbrio entre forças nucleares entre os pares p-p, p-n e 
n-n e a força de repulsão coulombiana entre prótons. 
• Forças nucleares são de curto alcance e atrativas até 2 fm, e se tornam 
repulsivas para distâncias maiores que 2 fm. 
• A força coulombiana é de alcance bem maior e repulsiva. 
• Núcleos estáveis quem predomina é a força nuclear. 
Razões para desintegração nuclear 
• O princípio da conservação de energia está envolvido na instabilidade do 
núcleo. Neste caso levamos em consideração de que massa é equivalente 
à energia e que uma delas pode se transformar em outra. Aplicando essa 
idéia à emissão de partícula alfa pelo núcleo do plutônio-242, podemos 
escrever o decaimento alfa: 
 HeUPu 42
238
92
242
94 +→
Núcleo Pai Núcleo Filho 
( ) ( ) ( )HeMUMPuM nuclnuclnucl 4238242 +>
Decaimento Nuclear 
• Ernest Rutherford e Frederick Soddy escreveram um artigo chamado “The 
cause and nature of radioactivity” no qual apresentaram a lei fundamental 
do decaimento radioativo, que foi estabelecida experimentalmente. 
 
 
 
 
 
 
Essa lei foi deduzida por Egon von Schweidler em 1905, a partir de 
considerações estatísticas. 
 
 
teNtN λ−= 0)(
Decaimento Nuclear 
2
1
693.0
T
=λ
2
1
2
1
2
0
693.0
00
T
t
T
tt
N
e
N
e
NN === λ
Atividade de uma amostra radioativa 
• A taxa de decaimento, que é o número de decaimentos por unidade de 
tempo de uma amostra radioativa é chamada atividade. 
 
 
 
 
 
• A unidade de atividade é o Becquerel (Bq), de modo que 1Bq = 1 
desintegração por segundo. 
 
• A unidade Curie (Ci) é definada como o número de desintegrações por 
segundo de uma amostra contendo 1 grama de Ra-226. 
 1 Ci = 3.7 x 1010 s-1 =3.7 x 1010 Bq 
2
1
2
1
2
0
693.0
00
T
t
T
tt
A
e
A
e
AA === λ
Crescimento Radioativo 
)()( 0 tNNtN paipaifilho −=
t
paipai eNN
λ−−= 00
[ ]tpai eN λ−−= 10
Meia-vida do núcleo pai 
Núcleo filho 
 é estável 
Decaimentos Sucessivos 
• A lei do decaimento pode ser estendida a casos mais complexos, em que 
um núcleo radioativo pai A decai, transmutando-se em núcleo filho B, e 
este, por sua vez, em núcleo neto C, e assim por diante até atingir a 
estabilidade. 
• Isto é conhecido como uma série radioativa. 
Núcleo Pai 
Núcleo Filho 
Núcleo Neto 
Decaimentos Sucessivos 
 
Decaimentos Sucessivos 
• Para entender os decaimentos sucessivos, há que se escrever equações 
diferenciais de decaimento para cada elemento e efetuar a análise. Os 
resultados obtidos dependem muito das meias-vidas relativas do pai, filho 
e neto. 
 
filhofilho
neto
paipaifilhofilho
filho
paipai
pai
N
dt
dN
NN
dt
dN
N
dt
dN
λ
λλ
λ
=
+−=
−=
)(1 tt
paifilho
opaipaifilho
dilhopai eeNN λλ
λλ
λ −− −
−
=
Gerador de Tecnécio 
• O tecnécio é extraído de um dispositivo com molibdênio-99, que decai em 
99mTc. 
• O 99Mo é obtido a partir de 98Mo que é bombardeado com nêutrons. Este 
núclideo tem meia-vida de 66h. 
• 99mTc tem meia-vida de 6h. 
	Física das Radiações
	Introdução
	Massas Atômicas
	Massas Atômicas
	Massas Atômicas
	Massas Atômicas
	Razões para desintegração Nuclear
	Razões para desintegração nuclear
	Decaimento Nuclear
	Decaimento Nuclear
	Atividade de uma amostra radioativa
	Crescimento Radioativo
	Decaimentos Sucessivos
	Decaimentos Sucessivos
	Decaimentos Sucessivos
	Gerador de Tecnécio