FÍSICA NUCLEAR

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FÍSICA NUCLEAR
Enquanto a Física Atômica estuda o átomo como um todo, a Física Nuclear estuda apenas o núcleo 
do átomo. Os físicos buscam entender melhor a área que circunda o núcleo. Contudo, concentram 
seus estudos nas forças que mantêm o núcleo do átomo unido.
O núcleo é constituído por prótons e nêutrons. A força nuclear mantém as partículas juntas. A 
energia nuclear é a energia que é liberada quando o núcleo é dividido (fissão) ou quando ocorre a 
união de núcleos menores (fusão). À medida que os físicos entendem tais forças, eles 
frequentemente tentam criar novas formas de reações de fissão e fusão.
Albert Einstein desempenhou um papel fundamental na Física Nuclear. Sua fórmula famosa 
E=mc2explica como a energia e a massa estão relacionadas. Essa ideia foi aplicada ao estudo das 
reações nucleares: foi provado que mesmo um único átomo de uma substância contém quantidades 
enormes de energia.
O Núcleo Atômico
Como já estudamos em Química, o átomo é formado por um núcleo, constituído por prótons e 
nêutrons, e pela região ao seu redor, que é ocupada por elétrons. Prótons são partículas elétricas 
positivas, elétronssão partículas elétricas negativas e nêutrons são partículas eletricamente neutras.
O número atômico (Z) é o número de prótons presentes no núcleo, ou seja, é a carga elétrica 
positiva de seus núcleos, denominada carga nuclear. A massa de um átomo, denominada número 
de massa (A), está praticamente toda concentrada no núcleo. Por isso, o número de massa (A) é a 
soma de prótons e nêutrons.
Cada átomo é representado por
Exemplo:
Isótopos
Isótopo Número de partículas fundamentais no átomoeletricamente neutro
Porcentagem na
natureza 
p n e 
234U 92 142 92 0,005%
235U 92 143 92 0,720%
238U 92 146 92 99,274%
Átomos com o mesmo número atômico (Z) – isto é, o mesmo número de prótons - e com números 
de massa (A) diferentes – isto é, diferentes números de nêutrons - são chamados isótopos. 
Isótopos são idênticos em sua natureza química: fazem parte do mesmo elemento químico. É 
comum representar um isótopo pelo seu símbolo químico e seu número de massa em sobrescrito. 
Por exemplo, Césio - 137 é o isótopo de césio de massa 137 (137Cs).
Por exemplo:
Isótopos do urânio: O urânio (Z = 92) existe na forma de 3 isótopos: urânio 234, 235 e 238. 
Apresentam o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons.
As emissões de isótopos radioativos causam com que estes se desintegrem e se transformem em 
outros elementos.
Emissões radioativas
Radioatividade ocorre quando o núcleo do átomo se quebra em partículas ainda menores. Por meio 
de emissões radioativas, o átomo passa de um estado de alta energia para um de baixa energia. 
Esse fenômeno foi observado em 1896 pelo físico francês Henri Becquerel. Marie Curie e seu marido, 
Pierre Curie, contribuíram ainda mais para o estudo da Radioatividade. Suas pesquisas levaram ao 
descobrimento de dois novos elementos radioativos, polônio e rádio, e levaram os cientistas a mudar 
suas ideias sobre a estrutura do átomo.
Os átomos denominados radioativos são aqueles que apresentam instabilidade nuclear. Em 
alguns casos, a força nuclear não consegue manter o núcleo junto. Na tentativa de alcançar a 
estabilidade em seu núcleo, esses átomos emitem algumas partículas chamadas de radiação ou 
emissões radioativas, e se transformam em átomos com números atômicos ou de massas 
diferentes das dos originais.
A força nuclear é considerada extremamente forte. Como é possível, então, que o núcleo perca 
partículas? Por que a força nuclear não consegue manter essas partículas dentro do núcleo?
A resposta é que a força nuclear tem um raio de ação curto. Ela consegue manter junto as partículas 
que estão próximas umas às outras. Quando as partículas estão distantes, a força nuclear já não é 
tão eficaz. Um núcleo com um número equilibrado de prótons e nêutrons é estável e não emite 
partículas. Contudo, se um núcleo tiver prótons em excesso, a repulsão elétrica será mais forte que a 
atração da força nuclear e, portanto, ele emitirá partículas.
Existem três tipos de decaimento nuclear: as emissões alfa, beta e gama. Partículas alfa têm 
cargas positivas, partículas beta têm cargas negativas e emissões gama não possuem nenhuma 
carga. A radiação também possui níveis crescentes de energia: primeiro, alfa, segundo, beta e 
terceiro, gama. Esta é a mais energética de todas. Alfa e beta são partículas, mas gama é uma onda. 
A partícula alfa (α**)** possui dois prótons e dois nêutrons, semelhantes ao núcleo do elemento 
Hélio.
Representação: (massa = 4, carga = +2).
Isso significa que quando ocorre uma emissão alfa por um isótopo radioativo, emergem de seu núcleo 
dois prótons e dois nêutrons. Quando uma partícula alfa é emitida, o átomo perde quatro unidades de 
massa e duas unidades em seu número atômico e se transforma em um átomo menor com um 
número atómico inferior ao inicial.
Through alpha decay, an atom transforms into a smaller atom with a lower atomic number.
Bi = BismutoPo = Polônio
 
Exemplo:
O Urânio emite uma partícula α e perde duas unidades em seu número atômico, transformando-se 
em Tório e quatro unidades na massa . É importante notar, na equação acima, que a adição das 
unidades de massa e de números atômicos das duas partículas à direita equivalem ao átomo de 
Urânio, que se encontra à esquerda.
Notice that the combined mass number and atomic number of the two particles on the right adds up to 
the mass number and atomic number of the uranium atom on the left.
As emissões beta ( **)** são elétrons emitidos pelo núcleo em alta velocidade.
Representação: (massa = 0, carga = -1).
Um núcleo com muitos nêutrons é instável. A emissão de partícula beta ( ) significa que ocorreu no 
núcleo uma transformação. Um nêutron se transformou em um próton e emitiu um elétron (chamado 
de partícula ) e um neutrino. Os prótons criados pela transformação permanecem no núcleo. Os 
elétrons e os neutrinos deixam de fazem parte do núcleo ao emergirem dele. Um neutrino é uma 
partícula eletricamente neutra de pouca massa. A emissão de elétron é mais facilmente detectada do 
que a do neutrino.
Quando há emissão beta, não há alteração na massa, pois um nêutron foi substituído por um 
próton; há, porém, alteração no número atômico.
Exemplo
Percebe-se, na equação acima, que a adição das unidades de massa e de números atômicos das 
duas partículas à direita equivalem ao átomo de Bismuto à esquerda. O Bismuto emite uma partícula 
 (um elétron) e ganha uma unidade em seu número atômico, transformando-se em Polônio. Um 
neutrino também é emitido, mas como seus efeitos são mínimos, ele é frequentemente omitido da 
equação.
É importante observar que, com a emissão das partículas alfa ( ) e beta ( ), o número de prótons é 
alterado. Portanto, é alterado o número atômico, formando assim novos elementos químicos.
Emissões Gama ( ) são emissões de ondas eletromagnéticas, como a luz ou as ondas de rádio, 
mas providas de enorme energia e poder de penetração. 
Representação: .
Emissão gama é a forma mais simples de decaimento nuclear. Por meio da emissão gama, um 
elemento em estado excitado (de alta energia) passa para outro de menor energia. A emissão resulta 
apenas em alterações energéticas no átomo. Uma onda eletromagnética é constituída apenas de 
energia; portanto, não há emissão de prótons, nêutrons ou elétrons. O núcleo não é transformado em 
outro elemento; portanto, não perde suas características: apenas emite energia. O resultado é 
somente a emissão da onda gama.
Por ser uma onda eletromagnética de pequeno comprimento e alta frequência, é de grande perigo 
para os seres humanos.
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