Conversão massa-energia:
um assunto nuclear
Zona de Fusão Nuclear
Emissões radioactivas: alfa, beta e gama
Ernest Rutherford (1831-1937)
Emissões radioactivas: alfa, beta e gama
Penetração das partículas
Emissões radioactivas: alfa, beta e gama
Tipo
a
Partícula
4
2a
b-
0
-1 b
b+
0
1 b ;
; b-; e-; -01e
g
p
n
; a;
137
53 I
4
2
2 He
b+; e+; 10 e
g
1 
1H
ou
1
0n
1
1p
Grau de
Penetração
Carga da
partícula / e
Massa
da
partícula / kg
Velocidade das
partículas 
Pouco penetrante
mas provoca danos
+2
6,65 x 10-27
10% de c
Moderadamente
penetrante
-1
9,11 x 10-31
Menos de 90% de
c
Moderadamente
penetrante
+1
9,11 x 10-31
Menos de 90% de
c
Muito penetrante
0
0
c
Penetração
moderada a baixa
+1
1,65 x 10-27
10% de c
Muito penetrante
0
1,67 x 10-27
Menos de 10% de
c
1
 136
53 Fe  0 n
Exemplo
226
88 Ra
239
92 U


21
11Na
239
0
93 Np  -1b
21
 10
Ne 
60
*
27 Co
53
27 Co
137
53 I
222
4
86 Rn  2 a
0
1b

60
27 Co  g

52
1
26 Fe  1p
1
 136
53 Fe  0 n
A estabilidade nuclear e o decaimento radioactivo
• Existem números de protões e de neutrões que são muitas vezes
chamados de números mágicos, que conferem particular estabilidade aos
núcleos. Uma espécie contendo um número mágico de protões e/ou
neutrões é mais estável que outra que não os tenha.
Números Mágicos
Nº Protões
2
8
20
28
50
82
114
164
Nº Neutrões
2
8
20
28
50
82
126
184
196
A estabilidade nuclear e o decaimento radioactivo
• Núcleos
que possuam um número par de ambos os
nucleões (protões e neutrões) são mais estáveis que
aqueles que não o têm.
• Todos
os isótopos de elementos acima do Z=83 são
radioactivos, tal como os isótopos do tecnécio (Z=43)
e do promécio (Z=61).
Protões
Neutrões
A estabilidade nuclear parece ter
alguma relação com a paridade de
protões e/ou neutrões.
A estabilidade nuclear e o decaimento radioactivo
Banda de Estabilidade
Decaimento Radioactivo
A radioactividade surge da libertação de partículas por parte de um
isótopo fora da banda de estabilidade e que ao converter-se num outro
isótopo se aproxima da banda de estabilidade.
Decaimento Radioactivo
Decaimento a
Todos os isótopos com Z>83 são instáveis e radioactivos e sofrem na
sua maioria decaimento a.
232
90Th

228
4
88 Ra  2 a
Decaimento Radioactivo
Decaimento bQuando um núcleo próximo da banda de estabilidade tem excesso de
neutrões sofre normalmente decaimento b- .
1
0n

1
1p

0
-1 b

ou
1
0n

1
1p

0
-1 e  
Decaimento Radioactivo
Decaimento b
Quando um núcleo próximo da banda de estabilidade tem excesso de
protões sofre normalmente decaimento b.
1
1p
10 n 
0
1 b

ou
1
1p
10 n 
0
1e  
Decaimento Radioactivo
Série Radioactiva
Os isótopos com Z>83 são normalmente
instáveis e decaem até Z=82. Muitas vezes o
decaimento decorre através de sequências
específicas para cada isótopo alternando
decaimentos alfa e beta. Essas sequências
recebem o nome de séries radioactivas.
Série Radioactiva do Urânio-238
Decaimento Radioactivo
Decaimento g
O decaimento gama ocorre após decaimentos alfa ou beta devido ao facto
de o núcleo produzido ficar num estado nuclear excitado. O regresso ao
estado fundamental ocorre com emissão de um raio gama.
12
12
0
B

C
*

5
6
-1b

12 *
12
C

6
6C g
Período de Decaimento
(tempo de meia vida)
Actividade
A actividade (A) é o número de desintegrações da amostra por
unidade de tempo.
A= lN
l - constante de desintegração ou constante de decaimento.
N - número de núcleos radioactivos
 A
ln
 A0

  -lt


Período de Decaimento
(tempo de meia vida)
Lei de Decaimento
Relativamente à composição da amostra
N  N0e
- lt
ou
 N
ln
 N0
Relativamente à actividade da amostra
 A
ln
 A0

  -lt



  -lt


 A
ln
 A0

  -lt


Período de Decaimento
(tempo de meia vida)
Tempo de Meia Vida
 N
ln
 N0

  -lt


Quando N=1/2 N0
t 1/ 2 
ln 2
l
 A
ln
 A0

  -lt


Reacções Nucleares
Fusão Nuclear
 A
ln
 A0

  -lt


Reacções Nucleares
Fissão Nuclear
 A
ln
 A0

  -lt


Reacções Nucleares
Fissão Nuclear (reacções em cadeia)
Decorrem em três passos:
1) Iniciação
2) Propagação
3) Terminação
 A
ln
 A0

  -lt


Conversão massa-energia
E=mc2
Conservação massa + energia
2
DE=|Dm|.c
Albert Einstein (1879-1955)