Leonnardo Cruvinel Furquim PROCESSOS NUCLEARES

Transcrição

1 Leonnardo Cruvinel Furquim PROCESSOS NUCLEARES

2 Radioatividade Três espécies de emissões radioativas naturais foram identificadas e caracterizadas e foi demonstrado que todas são emitidas pelo núcleo atomico, provocando mudanças na composição ou estrutura. Tais emissões foram chamadas raios alfa, beta e gama.

3 Radioatividade

4 Radioatividade

5 Radioatividade

6 Radioatividade natural Na ausência de influências externas, muitos nuclídeos (espécie atômica específica com certa composição nuclear) são permanentemente estáveis. Porém, alguns não o são e sofrem decaimento radioativo, também conhecido como desintegração nuclear. Tal processo é representado por uma equação nuclear na qual o símbolo, o n atômico (Z) e o n de massa (A) de cada partícula são especificados.

7 Radioatividade natural A primeira radioatividade detectada foi o resultado de um decaimento alfa do isótopo de urânio, U U Th He nuclídeo nuclídeo partícula pai filho alfa A equação mostra que o nuclídeo pai de urânio emitindo uma partícula alfa forma nuclídeo filho tório. Conservação dos núcleons (prótons mais nêutrons) e da carga.

8 Radioatividade natural O nuclídeo filho pode ser, por si mesmo, instável. O tório 234 sofre decaimento beta para formar o protactínio Th Pa e partícula beta O n de núcleons no nuclídeo filho é = nuclídeo pai. O filho tem um próton a mais que o pai. Quando a partícula beta é emitida do núcleo de tório 234, um nêutron é evidentemente convertido em um próton.

9 Radioatividade natural A emissão gama é muito comum. Geralmente acompanha outras espécies de desintegrações e representa perda de energia quando o núcleo cai de um nível de energia mais alto para um mais baixo. A emissão gama não é mostrada em equações nucleares, porque nem o n de massa e nem a carga mudam durante essa espécie de emissão.

10 Radioatividade natural Radônio 219 decai por emissão alfa. Que nuclídeo filho se forma?

11 Radioatividade natural Radônio 219 decai por emissão alfa. Que nuclídeo filho se forma? A perda de uma partícula alfa significa que o nuclídeo filho deve ter dois prótons a menos e quatro núcleons a menos. Em outras palavras, a equação nuclear é Rn (?) + 24 He

12 Radioatividade natural Radônio 219 decai por emissão alfa. Que nuclídeo filho se forma? A perda de uma partícula alfa significa que o nuclídeo filho deve ter dois prótons a menos e quatro núcleons a menos. Em outras palavras, a equação nuclear é Rn (?) + 24 He Como 84 é o n atômico do polônio, o nuclídeo filho é: Rn (Po) + 24 He

13 Radioatividade natural Quando o chumbo 210 se desintegra, ele forma o bismuto 210. Que espécie de decaimento é esse?

14 Radioatividade natural

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16 Outros processos nucleares naturais Muitos anos depois da descoberta dos processos de emissão alfa, beta e gama, um quarto tipo de desintegração foi observado: captura eletrônica (CE). Neste caso, o núcleo captura um elétron extranuclear: K e Ar Note que o n de massa permanece inalterado, quanto o n atômico diminui em 1 unidade. Geralmente o elétron pertence à camada K, que tem um máximo na sua curva probabilidade-densidade. Neste caso o processo é chamado captura K.

17 Reações nucleares A emissão natural de uma partícula alfa ou beta transforma um determinado núcleo em outro núcleo com n de prótons. Assim, cada uma dessas desintegrações radioativas representa a transmutação de um elemento em outro. Transmutação também pode ser efetuada artificialmente.

18 Transmutação Rutherford (1919): Bombardeou nitrogênio 14 com partículas alfa obtidas da desintegração radioativa do rádio N + 24 He [ 9 18 F] 178 O + 11 H A meia-vida do flúor 18 é menos que s e sua desintegração por emissão de um próton dá origem ao oxigênio 17 estável

19 Transmutação Quando o núcleo do cobalto 59 é bombardeado com um nêutron de alta energia: Co + 01 n [ Co] Mn + 24 He Manganês 56 instável meia-vida de 2,6 h e forma: Emissão de nêutrons: Mn Fe e Br Br + 01 n

20 Transmutação

21 Estabilidade nuclear Com exceção do 11 H, todos os núcleos estáveis contém pelo menos 1 nêutron; próton n de nêutrons / próton nos núcleos estáveis Nêutrons são necessários para impedir uma autodestruição do núcleo como resultado da repulsão próton-próton Quando há mais de 83 prótons num núcleo, nenhum número de nêutrons o estabilizará. Na tabela periódica, o bismuto (Z = 83) é o último elemento que tem isótopo estável.

22 Fissão nuclear Algumas vezes um núcleo se quebra em dois pedaços, em vez de emitir uma sucessão de partículas alfa U Ba Kr n A fissão do urânio 235 descrita acima é um processo natural. A fissão pode ser induzida, entretanto, quando um núcleo de urânio 235 captura um nêutron: U + 01 n [ U] Sr Xe n U + 01 n [ U] Kr Ba n U + 01 n [ U] Kr Ba n

23 Fissão, fusão e energia de ligação nuclear Equação de Einstein E=mc² Na fissão nuclear há uma significativa perda de massa, isto é, a massa total dos produtos é menos que a dos reagentes: U + 01 n Sr Xe n Agora vamos comparar as massas dos produtos com as dos reagentes.

24 Fissão, fusão e energia de ligação nuclear PARTÍCULA MASSA, u Átomode U 235,0439 Átomo de Sr 93,9154 Átomo de Xe 138,9178 Nêutron 1,0087

25 Fissão, fusão e energia de ligação nuclear

26 Fissão, fusão e energia de ligação nuclear A quantidade de energia produzida pela fissão de 1 mol de átomo de urânio 235 é x > que energia desprendida numa reação química altamente exotérmica. Na fissão nuclear, cerca de 7/8 desta energia aparece na forma de energia cinética dos produtos e 1/8 como energia eletromagnética (radiante).

27 Fusão nuclear Núcleos menores de fundem e formam núcleos maiores, havendo liberação de energia. A fonte de energia solar é constituída de uma série de reações, cujo resultado final é a fusão de 4 prótons para formar um núcleo simples de 24 He H 24 He e

28 Fusão nuclear Bombas de hidrogênio ou termonucleares Problema fundamental: iniciar as reações de fusão 2 núcleos leves se fundem energia extremamente altas, de tal maneira que as nuvens eletrônicas das regiões extranucleares dos átomos, não impeçam que os núcleos se aproximem. Necessário T C ~10 8 C Arma termonuclear reação de fissão Bomba de fissão circundada por cada de deutereto de lítio. 3 6 Li + 01 n 24 He + 13 H e sob E, o produto trítio se funde com o deutério: 1 3 H + 12 H 24 He + 01 n

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