AS RADIAÇÕES NUCLEARES
4 AULA
Nesta Aula:
Caracterização das radiações Nucleares
Radiação a
Radiação b
Radiação g
Caracterização das radiações Nucleares
Um POUCO DE HISTÓRIA....
O
físico
francês
Henri
Becquerel (1852-1908), em
1896,
acidentalmente
observou o efeito da exposição
de chapas fotográficas a sais
de urânio
Em 1898, Marie Curie (1867-1934) voltou sua
atenção a esse novo fenômeno, e lançou o termo
radioatividade para descrever essa forma de energia.
Ela e seu marido Pierre
Curie
(1859-1906),
descobriram dois novos
elementos que exibiam
esse comportamento: o
Rádio e Polônio.
Por volta de em 1904, cerca de 20 elementos
naturalmente radioativos já eram conhecidos
Durante os primeiros 30 anos do século XX foram
feitas por Ernest Rutherford (1871-1937) e seus
colaboradores
Características das Radiações Nucleares
•escurece filmes,
•ioniza gases,
•produz cintilação (flashes de luz) em certos
materiais,
•penetra na matéria, mata tecido vivo,
•libera grande quantidade de energia com pequena
perda de massa,
•não é afetada por alterações químicas e físicas no
material a qual está emitida.
O que é a Radiação Nuclear?
O Experimento de Rutherfor
A partir dela, observou-se que a estrutura dos átomos podia ser
alterada, e que alguns átomos encontrados na natureza,
especialmente os mais pesados, possuíam núcleos instáveis.
Experiências posteriores revelaram que os raios g são os mais
penetrantes, enquanto que os raios a são os de menor penetração.
Radiação a
Sir James Dewar em 1908 - identidade da partícula a: núcleo de hélio,
²He (2 prótons e 2 neutrons)
Experimento repetido por Rutherford
e Royds em 1909:
•observou-se que uma partícula a tem uma massa igual a 4 vezes a
massa do próton (ou 7000 vezes a massa do elétron),
•duas unidades de carrega de carga elétrica positiva.
•Essas 4 partícula estão fortemente ligadas entre si (energia de
ligação alta), de forma que a partícula a se comporta, em muitas
situações, como se fosse uma partícula fundamental.
O processo de decaimento a
X
A4
Z 2
Cf 
248
152
A
Z
252
154
Y  He
4
2
Cm  He
4
2
•É o único tipo de decaimento radioativo espontâneo que emite
partículas pesadas.
•Sendo a energia de ligação desta partícula extremamente alta (~28
MeV) quando comparada à dos nucleons (~6-8 MeV), a emissão
espontânea de partícula α ocorrera somente em núcleos pesados (A
> 150 ou Z > 82)
O Processo de emissão α pode ser
melhor entendido, se considerarmos
que nos núcleos com número
atômico maior que 82, as forças
eletrostáticas repulsivas crescem
muito mais rapidamente que as
forças
nucleares
de
coesão,
tornando-se,
em
magnitude,
maiores
ou
iguais
as
forças
nucleares, configurando-se como
uma barreira de potencial
Geralmente para que uma emissão a ocorra, a seguinte equação
de conservação de energia deve ser satisfeita:
M p  M d  M  2M e  Q
Q  M p  M d  M   2M e
 210,04850  206,03883  4,00277  2  0.00055  0,0058 uma
MeV
Q  0, 0058uma  931
 5, 4 MeV
uma
A divisão exata de energia entre a partícula a e o núcleo, dependerá da
massa do núcleo filho, podendo ser calculada através da aplicação das
leis de conservação de energia e momentum:
1
MV 2  mv 2 

2
mv
MV  mv  V 
M
Q
2

1   mv 
2
Q  M 
  mv 

2  M 

1
m

Q  K   1 ; K  mv 2
2
M

Q
1 m / M
5, 4 MeV
K ( 210 Po) 
 5,3MeV
1  4 / 260
Como as partículas α emitidas pelos
núcleos têm energia entre 3 e 7 MeV, e
velocidades da ordem de 0,1 c, não se
levam em conta efeitos relativísticos
K
ER  Q  K  5, 4MeV  5,3MeV  0,1MeV
Radiação b
•A emissão de radiação β é o
processo mais comum entre os
núcleos leves ou de massa
intermediária, que possuem um excesso de neutrons ou de
prótons em relação à estrutura estável correspondente.
•Radiação β é o termo usado para descrever elétrons de origem
nuclear, carregados negativamente (β⁻) ou positivamente (β⁺).
Existem 3 formas de emissão β: β⁻, β⁺ e EC.
Dentre as propriedades do decaimento β, destacam-se:
a) a quantidade de núcleos que se desintegram por β⁺, β⁻, e EC é
bem maior do que por desintegração a, já que núcleos leves também
sofrem desintegração beta;
b) sendo a velocidade das partículas β da ordem da velocidade da luz
(v~ O,99c), deve-se levar em conta efeitos relativísticos;
c) O espectro de energia β, apresenta uma característica totalmente
diferente do espectro de energia da partícula a. Pauli, em 1930, a
formular a hipótese da existência do neutrino e do antineutrino,
como sendo uma terceira partícula que acompanharia a
desintegração β,

d) Os decaimentos β⁺, β⁻, e EC
isobáricas, porque alteram a carga
numero de massa (A). Junto com
pode ocorrer também a emissão de

são chamados de transformações
nuclear (Z), mas não alteram o seu
a emissão de elétrons e pôsitrons,
raios gama.
Emissão β⁻
•Consiste de elétrons de alta energia que se originam no núcleo.
•Por si só, um elétron não poderia existir independentemente no
núcleo, o que nos leva a conclusão de que esta partícula seja formada
no instante de sua emissão, pela transformação de um neutron em
um próton mais um elétron e um neutrino, segundo a reação
n  H  e 
1
0
1
1
0
1
Um núcleo instável, porque tem poucos prótons, e então apresenta
excesso de neutrons, tenderá a se estabilizar aumentando sua carga
nuclear, ou seja, emitindo elétrons:
A
Z
X  Z A1Y  10e 
Para que este tipo de emissão seja possível, a massa do núcleo pai deve
ser exatamente igual a soma das massas do núcleo filho mais a massa
da partícula β mais a diferença de massa, em energia, dos núcleos pai e
filho:
M p  M f  M  Q
Como exemplo deste tipo de reação vamos observar o decaimento do
do fosforo radioativo no enxofre estável:
32
15
32
P  16
S  10e  1,17MeV
31,98403  3198224  Q  Q  0,00179uma  1,71MeV
Emissão β⁺
•Descoberta por C.D. Anderson em 1932.
•Esta radiação consiste de partículas de massa igual à massa do
elétron, mas tendo carga elétrica positiva.
•Sua existência está limitada à interação elétron-pósitron, que
aniqüila ambas as partículas, resultando numa emissão de 2 fótons
de 0,511 MeV de energia cada. Este fenômeno é de interesse
fundamental na detecção de radioisótopos emissores de β⁺.
Emissão de Partículas β⁺:
O decaimento β⁺ se reduz na transformação do próton num neutron
através da reação:
A
Z
X  Z A1Y  10e 
Para a emissão de um pósitron a seguinte equação de conservação de
massa (energia), deve ser satisfeita:
M p  M f  2M e  Q
Como o núcleo pai perder uma carga positiva quando um pósitron é
emitido, o que leva ao núcleo filho ser um número atômico menor que o
núcleo paí, para que o átomo se mantenha neutro é preciso que o núcleo
filho imediatamente após a reação também perca um elétron orbital.
Com isto, a equação deve ser reescrita levando em conta os dois
elétrons que são perdidos
Uma reação que é de grande interesse em pesquisas biomédicas, é o
decaimento do ²²Na:
22
11
22
Na  10
S  10e 
M f ( 22 Ne)  M p ( 22 Na)  2M e  Q
0,544  1, 277  MeV

 22,001404  2  0,00548 
931Mev / uma
 21,998352uma
Captura Eletrônica Orbital EC
•A terceira forma de decaimento β foi descoberta por Alvarez, em
1938,
•Envolve a aniquilação da carga do próton, transformando-o em
neutron, pela captura de um elétron orbital.
•Um exemplo típico desse tipo de decaimento chamado de captura
eletrônica orbital (CE), é:
0
1
e  ZA X  Z A1Y 
O processo de captura eletrônica orbital deve atender ao
seguinte princípio de conservação de energia:
M p  Me  M f    Q
Esta reação pode ser ilustrada através do decaimento do ²²Na, que
também pode ser feito por CE. A energia de ligação do elétron
capturado,φ, é 1,08 keV:
Q  M p ( 22 Na)  M e  M f ( 22 Ne)  
 22, 001404  0, 00548  21,998352
0, 00108MeV
931Mev / uma
 0, 0036uma  3,352MeV
Desde que uma radiação g de 1,277 MeV é emitida e, que o recuo do
núcleo devido a esta emissão é insignificante, o excesso de energia,
3,352-1,277=2,075MeV deve ser transportado pelo neutrino
Radiação g
A radiação gama pertence a uma classe conhecida como radiação
eletromagnética. Este tipo de radiação consiste de quanta ou pacotes
de energia transmitidos em forma de um movimento ondulatório.
A diferença essencial entre a
radiação gama e a radiação X
está na sua origem. Enquanto
os raios gama resultam de
mudanças no núcleo, os raios
X são emitidos quando os
elétrons atômicos sofrem
uma mudança de orbital.