O Decaimento Radioativo (6 aula)

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Bento Casqueira Sales
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1 O Decaimento Radioativo (6 aula) O decaimento Radioativo Famílias Radioativas Formação do Material Radioativo

2 O Decaimento Radioativo Quando um átomo instável emite partículas a, b, ou radiação g, ele perde energia. Este processo é chamado de decaimento radioativo, sendo que a palavra decaimento se refere a um decréscimo na energia. É significativo dizer que para uma grande amostra de átomos, em média, uma dada fração de átomos decairá num certo tempo. O intervalo de tempo geralmente usado é o tempo requerido para metade dos átomos instáveis decair. Este intervalo de tempo é conhecido como a meia vida de uma dada coleção de átomos.

Seja N₀ o número de átomos instáveis iniciais de uma amostra. Após um tempo t=t 1/2 definido como sua meia-vida, o número de átomos presentes na amostra será N₀/2.

3 Seja N₀ o número de átomos instáveis iniciais de uma amostra. Após um tempo t=t 1/2 definido como sua meia-vida, o número de átomos presentes na amostra será N₀/2. dn() t Nt () dt t N() t N e 0 A razão de desintegração de uma amostra na unidade de tempo é definida como atividade, que é proporcional ao número de átomos instáveis, e assim também varia exponencialmente, sendo expressa matematicamente por: onde A₀=λN₀, é a atividade da amostra no instante inicial.

4 Famílias Radioativas É muito comum, quando se trabalha com substâncias radioativas, notar a ocorrência de casos em que uma substância decai em outra que também é radioativa. Como essas substâncias estão geneticamente relacionadas, a primeira é denominada de núcleo-pai e as outras de núcleos filhos. Este processo pode se estender por várias gerações, constituindo o que se denomina uma família radioativa

5 Supõe-se um núcleo radioativo caracterizado pelo índice 1, que gera por desintegração outro nuclídeo radioativo de índice 2, que por sua vez dá lugar a um produto estável de índice 3. Em t = 0, tem-se os valores iniciais N 1 (0), N 2 (0) e N 3 (0). N 1 (t), N 2 (t) e N 3 (t) representam o número de átomos de cada uma das 3 substâncias num tempo t qualquer. λ 1 e λ 2 são suas constantes de desintegração. dn1() t 1N1() t dt 1t N ( t) N (0) e 1 1

6 Quando o elemento 1 se desintegra, faz aumentar o número de átomos do elemento 2, mas cada vez que 2 se desintegra, reduz o seu número de átomos. Seja então +λ 1 N 1 (t) o número de átomos do elemento 2 que se forma no processo, e λ 2 N 2 (t) o número de átomos do elemento 2 que se desintegra. A quantidade líquida do elemento 2 é então: dn2() t 1 N1( t) 2N2 ( t) dt N ( t) N (0) e e N (0) e 1 1t 2t 2t

7 A desintegração do elemento 2 faz aumentar o número de átomos do elemento 3, que agora não se desintegra, já que é estável. dn3() t N dt 2 2 () t N ( t) N (0) N (0) 1 e N (0) 1 e e 2t 1 1t 2 2t Modelo hidrodinâmico

8 Formação do Material Radioativo A disponibilidade e a quantidade elementos radioativos, ao contrário do que se possa imaginar, é muito limitada. O seu uso em larga escala em pesquisa, na indústria ou na medicina, só foi possível com o advento dos reatores nucleares a partir da década de 40. Devido ao perigo em potencial das radiações, o uso desse tipo de material deixa o público em geral em estado de alerta, e os benefícios que o uso desses materiais pode trazer somente podem ser avaliados se os seus perigos são dimensionados. O conhecimento das origens desses materiais é talvez o primeiro passo desse processo

9 i) Absorção de Neutrons. Uma das formas de se obetr elementos radioativos, diferentes daqueles encontrados na natureza, é através da exposição de um elemento estável a uma fonte emissora de neutrons. ii)fissão Nuclear. Quando um átomo de urânio se parte, os fragmentos resultantes terão neutrons em excesso para serem estáveis de forma que são sempre radioativos. Isso porque a razão de neutrons para prótons (N/Z) num núcleo, gradualmente aumenta com o aumento do número atômico (Z). Estes fragmentos decaem por emissão beta e emitem raios gama para eliminar o excesso de energia, antes de se tornarem elementos estáveis.

10 iii) Raios Cósmicos. São partículas altamente energéticas, principalmente sob a forma de mésons, neutrinos e núcleos leves (do hidrogênio ao ferro), que vêm de algum lugar do espaço. Um dos resultados do bombardeio da atmosfera superior por raios cósmicos e a produção de uma forma radioativa do carbono, o ¹ 4 C. Este isótopo, produzido na atmosfera superior é capturado por todos os organismos vivos. Assim, todo organismo vivo tem um certo nível de ¹ 4 C. Enquanto existe contato com o carbono atmosférico, este nível é mantido, mas após a morte do organismo, o nível de ¹ 4 C diminui devido ao decaimento radioativo, com meia-vida de anos. É então possível medir a radioatividade presente numa amostra antiga do organismo, e determinar há quanto tempo ele morreu. Este é o procedimento comumente usado na datação com ¹ 4 C.

11 iv) Materiais radioativos naturais - Quando o mundo foi originalmente formado, muitos elementos radioativos foram formados junto com os elementos estáveis. α 232 Th 228 Ra 6,7 a 1, a 228 Ac 6,13 h Série do Tório 228 Th α α α α 224 Ra 220 Rn 216 Po 212 Pb 10,64 h 1,91a 3,64d 55s 0,15 s α 212 Bi 208 Ti 36% 64% α 212 Po 208 Pb 3,10 min 304 ns

12 238 U α 234 Th 24,1 d 4, a 234 Pa 1,2 min Série do Urânio 234 U α α α α α 230 Th 226 Ra 222 Rn 218 Po 2, a 7, a 1602a 3,8d 3,05 min 214 Pb 26,8 min 214 Bi 19,8 min α 214 Po 210 Pb 1, s 21 a 210 Bi 5,01d α 210 Po 206 Pb 138,4d

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