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Transcrição

1 !"#$%&'()*+,-'#&*'!-./0+-+*'11! '728'9/:/*.0/;! Programa! "#!$%&'(%)*+'&%&,!-%./%!01!23!!!!!!! 4,5)(6,78%!&%!$%&'(%)*+'&%&,! 97(:7',&%&,5!&(!;<)/,(=!>5?8(:(5=! F,'!&(!&,)%'A,;8(!7%&'(%)*+(B!&,5';8,C7%DE(!5'A:/,5! >5?8(:(5!7%&'(%)*+(5!;%8.7%'5=! G!&,)/H;'(!7%&'(%)*+(!)(A(!AI8(&(!&,!&%8%DE(B!4%8%DE(!:(7! J%76(;(KL0!

2 !!1896: Descoberta da radioactividade em compostos de urânio - Antoine Henri Becquerel!!1898: Descoberta do Rádio e do Polónio - Pierre e Marie Curie (Nobel 1903)!!Rutherford (Nobel 1908) mostrou que os átomos radioactivos emitiam 3 tipos de radiação: Alfa núcleos de He Beta electrões Gama fotões altamente energéticos 3 Propriedades do núcleo "! Núcleo # Z protões + N neutrões: Z # Número atómico A=Z+N # Número de massa "! Diferentes isótopos de um elemento diferem no número de neutrões: Exemplo: - Número de massa: 27 - Número atómico:13 - Contém 13 protões e 14 (27 13) neutrões 4

3 "! Unidades de massa: "! 1/12 m(c-12 ) = 1 u.m.a = 1u = x kg "! Também pode ser expressa em MeV/c 2 "! A partir da equivalência entre massa e energia dada pela Relatividade de Einstein E=m c 2 "! 1 u = MeV/c 2 Massa Partícula kg u MeV/c 2 Protão x Neutrão x Electrão x x Equivalência Massa-Energia G;&,!)!P!"#QQRQ"!S!!!!!!!!AT5!I!%!+,/()'&%&,!&%!/.U!! 10 8 ;(!+V).(#!! E = mc 2 4,!%)(7&(!)(A!%!8,(7'%!&%!7,/%*+'&%&,!-7,587'8%3!%!A%55%!&,!.A!)(7:(! &,:,;&,!&%!5.%!+,/()'&%&,#!! m = m R 1" v 2 c 2 Albert Einstein (Nobel 1921) m R #$%&''''''''I!%!A%55%!&%!:%7O)./%!,A!7,:(.5(!,!('%!5.%!+,/()'&%&,! 6

4 Equivalência Massa-Energia J(A6';%;&(!%5!&.%5!,N.%DW,5!%;8,7'(7,5!8,A(5! N.,!%!,;,7C'%!,N.'+%/,;8,!&,!.A%!:%7O)./%!I!&%&%!:(7!! E = mc 2 = m R c 2 X,!%!:%7O)./%!,58V!,A!7,:(.5(1!(PY1!8,A(5!N.,!%!,;,7C'%!,N.'+%/,;8,!,A!7,:(.5(!I!-)(;Z(7A,!&,[;'&(!;(!J%:H8./(!L3B! E R = m R c 2 1" v c 2 Albert Einstein (Nobel 1921) 7 Tamanho médio do núcleo "! Desde Rutherford, muitas experiências permitiram concluir que: "! Grande parte dos núcleos são aproximadamente esféricos "! Com um raio médio dado por "! r o = 1.2 x m "! O volume é proporcional a A, o que sugere que todos os núcleos têm aproximadamente a mesma densidade. 8

5 Estabilidade nuclear! Dentro do núcleo existem forças electrostáticas de repulsão entre os protões.! Os núcleos são estáveis devido à existência de uma atractiva de curto alcance entre os nucleões (mais forte que a força de Coulomb) denominada força nuclear. Maria Goeppert-Mayer (Nobel 1963) 9 Estabilidade nuclear "! Os núcleos leves são mais estáveis se N = Z. "! Os núcleos pesados são mais estáveis quando N > Z. "! À medida que o número de protões aumenta, as forças de Coulomb aumentam e são necessários mais nucleões para manter o núcleo estável. "! Não há núcleos estáveis para Z > 83. Linha de estabilidade nuclear 10

6 Energia de ligação "! A energia total do núcleo é menor que a energia separada dos nucleões separados. "! Esta diferença em energia chama-se energia de ligação do núcleo. "! Corresponde à energia que é necessária para romper a ligação nuclear. "! À excepção dos núcleos leves, a energia de ligação é de aproximadamente 8 MeV por nucleão. "! Para um núcleo com Z protões e N neutrões, pode ser estimada por: 11 Energia de ligação por nucleão 12

7 Radioactividade "! Radioactividade emissão espontânea de radiação. "! É o resultado do decaimento, ou desintegração, de núcleos instáveis. "! Tipos de radiação emitidos: "! Partículas alfa (núcleos 4 He). "! Partículas beta (electrões ou positrões). "! Raios gama (fotões altamente energéticos). 13 Decaimento radioactivo: Actividade "! Se no intervalo de tempo!t decaem um número de partículas!n, então o número de partículas que decaem por unidade de tempo,!n/!t, é proporcional ao número total N de partículas da amostra:!n/!t = -" N onde! é a constante de decaimento. "! A actividade, ou taxa de decaimento R de uma amostra, é o número de decaimentos por unidade de tempo: "! Unidade de Actividade: Curie, Ci 1 Ci = 3.7 x decaimentos/s "! No SI: Becquerel, Bq 1 Bq = 1 decaimento / s Então 1 Ci = 3.7 x Bq

8 Lei do decaimento radioactivo "! N = N o e -"t "! Período de semidesintegração ou tempo de meia-vida: Tempo que demora para que metade dos núcleos radioactivos decaia: 15 Poder de penetração das radiações alumínio chumbo cimento 16

9 Radiações ionizantes a que estamos submetidos Radão: gas radioactivo resultante do decaimento do Uranio existente nos minerais, ex.: Granito Fonte: ITN 17 Distribuição de radão em Portugal Exposições diárias superiores a 400 Bq/m^3 são perigosas. - Estudos indicam que 6 em cada 100 pessoas expostas a doses diárias superiores a 400 Bq/m^3 falecem vítimas de tumores pulmonares. 18

10 Isótopos radioactivos naturais Os alimentos e em geral os organismos vivos possuem isótopos radioactivos, por ex: 40K e 14C 19 A datação por 14C 20

11 Os raios cósmicos criam um relógio natural 1. O 14 C é criado na atmosfera por reacções nucleares induzidas pelos raios cósmicos (a partir do 14 N). 1 0n N " 14 6 C H 2. Ao mesmo tempo o 14 C tende a decair em 12 C (decaimento beta) 14 6C " 12 6 C n p + e # A competição entre estes efeitos (criação e destruição de 14 C) resulta num rácio constante na atmosfera: 14 C / 12 C! Os raios cósmicos criam um relógio natural Os seres vivos absorvem carbono ( 14 C e 12 C) atmosférico continuamente. Logo o rácio 14 C/ 12 C nos seres vivo é igual à fracção atmosférica: 14 C / 12 C! Quando um ser vivo morre a fracção, 14 C / 12 C diminui de acordo com a lei de decaimento radioactivo do 14 C. N 14 C = N 0 C N tot 14 C C N tot e "#t C N tot Onde é o número total de átomos de carbono numa amostra do cadáver : N C tot = N 14C + N 12C = constante " N 12 C 22

12 Datação por 14 C 23 Exemplo "! Amostra de osso com 50 g "! Actividade: R=200 dec/min "! Actividade de uma amostra com 1g viva: R 0 =15 dec/min "! Em 50 g de amostra viva temos 50x15=750 dec/min 24