Conceitos sobre Física Nuclear

1. Seminário Física III
Física Nuclear
Leandro Ramos Ferraz
Odimar Fernandes Miranda Junior
Renato Bafi

2. Resumo
• Modelos Atômicos
• A descoberta do Núcleo
• Propriedades Nucleares
• Decaimento Radioativo
• Datação Radioativa
• Radiação
• Força Nuclear
• Fissão Nuclear

3. Modelos Atômicos
400 A.C. - Modelo de Demócrito – Matéria não contínua, formada por partículas
minúsculas e indivisíveis
Modelo de Aristóteles – Matéria contínua – Modelo aceito até a Renascença
1808 – Modelo de Dalton (Bola de Bilhar) – Retoma o modelo de Demócrito.
Átomos são esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis. Todos os átomos são
idênticos
1887 – J.J. Thomson – Descoberta do Elétron. Modelo do “Pudim de Passas” –
Carga positiva distribuída uniformemente no átomo (pudim) e os elétrons
inserem-se nessa distribuição (passas)
1911 – Ernest Rutherford – Descoberta do Núcleo – Carga Positiva densamente
concentrada no centro (núcleo) e elétrons orbitando este núcleo.

4. A Descoberta do Núcleo
Experimento de Geiger e Marsden
Emitir partículas alfa (7300 vezes mais
pesadas que os elétrons)
Contra uma fina folha de metálica,
no caso, ouro
Admitindo o modelo atômico da
época – Pudim de Passas – o
resultado esperado era que as
partículas alfa atravessassem o
alvo sem nenhuma ou com muito
pouca resistência

5. Porém, a observação efetuada
demonstrou um resultado muito
diferente do esperado
A Descoberta do Núcleo

6. O experimento mostrou que, para desviar as partículas alfa para trás, deveria
haver uma força muito grande.
Através da observação dos ângulos de espalhamento, Rutherford deduziu que
essa força poderia ser obtida se a carga positiva, ao invés de estar espalhada por
todo o átomo, estivesse fortemente concentrada em seu centro.
A Descoberta do Núcleo

7. Propriedades Nucleares
Prótons
Z
Nêutrons
N
Núcleo
A
Número
de Massa
Massa Atômica

8. A = Número de Massa
R0 ≈ 1,2 fm
fm = Femtômetro = 10-15 m
Propriedades Nucleares
Raio Nuclear

9. Decaimento Radioativo
Desintegração de um núcleo através da emissão de
energia em forma de radiação
Radiação é um tipo de emissão de energia que
pode se propagar por meio de partículas ou por
meio de ondas eletromagnéticas
Elementos sofrem transformações através do
decaimento

10. Decaimento Radioativo
Equações do decaimento

11. Da derivada anterior obtemos:
Decaimento Radioativo
Equações do decaimento

12. Curie (Ci): 1 Ci = 3,70 x 1010
Finalmente pode ser obtida a taxa de decaimento:
Decaimento Radioativo
Equações do decaimento

13. Intervalo de tempo após o qual tanto N como R se
reduzem à metade de seus valores iniciais
Decaimento Radioativo
Meia-Vida
Relação entre a meia-vida e a constante de desintegração

14. Datação Radioativa
Baseia no fenômeno da radioatividade e foi
descoberta no final do século XIX
A radioatividade faz os átomos perderem partículas
na forma de radiação, causando variação no seu
número de massa ou em seu número atômico
Medindo-se a quantidade de um determinado isótopo
é possível determinar a data da morte de um
organismo

15. Datação Radioativa
Entendendo o processo
Organismos vivos
absorvem isótopos
de Carbono
• Após a morte
cessa a absorção
• Apenas o isótopo
C14, radioativo,
começa a decair
Analisando a
quantidade de C14
de um fóssil e
comparando com
um ser vivo
Sabendo a meia-
vida do C14
Determina-
ção da data
morte do
organismo

16. Datação Radioativa
Equação da datação
radioativa

17. Datação Radioativa
Equação da datação
radioativa - Exemplo
Um fóssil com 10% de carbono 14 em comparação com
uma amostra viva:
Como a meia-vida do carbono 14 é de 5.700 anos, ela só é
confiável para datações até 60 mil anos.
Potássio 40 – 1,3
bilhão de anos
Urânio 235 – 704
milhões de anos
Urânio 238 – 4,5
bilhões de anos
Rubídio 87 – 49
bilhões de anos

18. Radiação
curie (Ci) : Medida de atividade de uma fonte radioativa. 1 Ci = 3,7 x 1010
roentgen (R): Medida de exposição. Um roentgen é definido como a
capacidade de ceder 8,78 mJ de energia a 1Kg de ar seco em
condições normais
rad: Dose de radiação absorvida
rem: Medida de dose equivalente. Leva em conta que, embora diferentes
tipos de radiação possam ceder a mesma quantidade de energia por
unidade de massa ao corpo, os efeitos biológicos não são os mesmos.

19. Radiação
Efeitos da Radiação
Os efeitos da radioatividade no ser humano dependem da
quantidade acumulada no organismo e do tipo de radiação
Doses excessivas, podem provocar lesões no sistema
nervoso, no aparelho gastrintestinal, na medula óssea,
etc., ocasionando por vezes a morte
Convivemos dia-a-dia com a radioatividade, seja através de
fontes naturais de radiação, seja pelas fontes artificiais,
criadas pelo próprio homem: o uso de raios X na medicina

20. Radiação
Raio X
Uma válvula especial alimentada por uma tensão ultra alta
produz um feixe de elétrons que, ao incidir num ânodo de
forma violenta, libera energia suficiente para provocar a
emissão de raios X.
Estes raios X são então dirigidos de forma a incidirem
no organismo que se deseja radiografar.
Por trás do organismo coloca-se uma chapa fotográfica
que será impressionada pelos raios X que atravessarem
o organismo.
Desta forma, nos locais em que existirem tecidos "duros"
como os ossos, a absorção dos raios será maior formando
assim regiões de "sombra" na chapa

21. Força Nuclear
A força eletromagnética é repulsiva nos casos em que
as partículas possuem o mesmo sinal.
Existência de uma força mais intensa, que aja
em sentido contrário ao da força
eletromagnética. FORÇA FORTE
1935 Hideki Yukawa – Força Forte tem como
origem a troca de partículas entre os núcleons.
A matéria passaria a ser constituída também por
outras partículas, além de prótons, nêutrons e
elétrons, responsáveis pela mediação da força forte.

22. Fissão Nuclear
Divisão de um núcleo atômico quando este se choca com um
nêutron
Libera-se energia cinética que em junção às energias
dos novos núcleos formados devem possuir a mesma
quantidade do núcleo inicial antes de sofrer o choque.
Reação em Cadeia: a energia liberada juntamente com
os nêutrons se choca com novos núcleos e forma novas
divisões e mais nêutrons
O núcleo atômico perde quantidade significativa de massa
fazendo com que a massa dos reagentes seja maior que a
massa do núcleo atômico

23. Fissão Nuclear
A perda de massa
O núcleo atômico perde quantidade significativa de massa
fazendo com que a massa dos reagentes seja maior que a
massa do núcleo atômico
Einstein propôs que energia é massa, assim ele afirma que
a massa que desaparece, reaparece em forma de energia,
essa equivalência é resumida na famosa fórmula:
E igual a energia
m igual a massa
c igual a velocidade da luz
A energia será absurdamente
grande mesmo que ela perca uma
fração quase desprezível de massa

24. Fissão Nuclear
Geração de Energia Elétrica

25. Seminário Física III
Física Nuclear
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