Leonnardo Cruvinel Furquim
PROCESSOS
NUCLEARES
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.
Radioatividade
Radioatividade
Radioatividade
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.
Radioatividade natural
A primeira radioatividade detectada foi o resultado de
um decaimento alfa do isótopo de urânio, 92238U.
238U
92
nuclídeo
pai
234Th
+
90
nuclídeo
filho
4He
2
partícula
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.
Radioatividade natural
O nuclídeo filho pode ser, por si mesmo, instável.
O tório 234 sofre decaimento beta para formar o
protactínio 234.
234Th
90
91
234Pa
+
0e
-1
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.
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.
Radioatividade natural
Radônio 219 decai por emissão alfa. Que nuclídeo filho
se forma?
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
86
219Rn
84215(?) + 24He
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
219Rn
86
84215(?) + 24He
Como 84 é o n° atômico do polônio, o nuclídeo filho é:
219Rn 215(Po) + 4He
86
84
2
Radioatividade natural
Quando o chumbo 210 se desintegra, ele forma o
bismuto 210. Que espécie de decaimento é esse?
Radioatividade natural
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:
40K
19
+ -10e 1840Ar
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.
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.
Transmutação
Rutherford (1919):
Bombardeou nitrogênio 14 com partículas alfa obtidas da
desintegração radioativa do rádio.
14N
7
+ 24He [918F] 178O + 11H
A meia-vida do flúor 18 é menos que 10-12 s e sua
desintegração por emissão de um próton dá origem ao
oxigênio 17 estável
Transmutação
Quando o núcleo do cobalto 59 é bombardeado com um
nêutron de alta energia:
59Co
27
+ 01n [2760Co] 2556Mn + 24He
Manganês 56 instável meia-vida de 2,6 h e forma:
56Mn
25
2656Fe + -10e
Emissão de nêutrons:
35
87Br
3586Br + 01n
Transmutação
Estabilidade nuclear
Com exceção do 11H, 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.
Fissão nuclear
Algumas vezes um núcleo se quebra em dois pedaços, em
vez de emitir uma sucessão de partículas alfa.
235U 140Ba + 92Kr + 3 1n
92
56
36
0
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:
235U + 1n [ 236U] 90Sr + 143Xe + 3 1n
92
0
92
38
54
0
235U
+ 01n [92236U] 3694Kr + 56139Ba + 301n
235U
+ 01n [92236U] 3890Kr + 54144Ba + 201n
92
92
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:
235U
92
+ 01n 3894Sr + 54139Xe + 301n
Agora vamos comparar as massas dos produtos com as dos
reagentes.
Fissão, fusão e energia de ligação
nuclear
PARTÍCULA
MASSA, u
Átomo de 92235U
235,0439
Átomo de 3894Sr
93,9154
Átomo de 54139Xe
138,9178
Nêutron
1,0087
Fissão, fusão e energia de ligação
nuclear
Fissão, fusão e energia de ligação
nuclear
A quantidade de energia produzida pela fissão de 1 mol de
átomo de urânio 235 é 1000000 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).
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 24He.
411H 24He + 210e
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 ↑ ~ 108°C
Arma termonuclear reação de fissão
Bomba de fissão circundada por cada de deutereto de lítio.
6Li + 1n 4He + 3H
3
0
2
1
e sob ↑ E, o produto trítio se funde com o deutério:
3
2
4
1
1 H + 1 H 2 He + 0 n
Leonnardo Cruvinel Furquim
[email protected]
PROCESSOS
NUCLEARES