Recomendações aos alunos:
* Leiam co atenção e observem os exemplos.
* Assistam às aulas pelo CMSP, TV, plataforma Stoodi.
* Façam pesquisas em livros didáticos ou pela internet.
* Identifiquem as atividades com data de postagem, nome, série, turma e nº de chamada (se possível).
* Enviem as atividades para o E-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br
* Data de entrega: até 22/09.
Olá pessoal! Que todos estejam bem.
Vamos começar o estudo de Física Nuclear.
A Física nuclear estuda o núcleo do átomo, as partículas que o constituem e a energia contida no núcleo atômico. Daí vem o nome nuclear, ou seja, proveniente do núcleo.
Física nuclear
A Física Nuclear estuda tudo o que está diretamente relacionado à investigação do surgimento do universo, sua evolução e estrutura. Todos aqueles questionamentos que antes foram levantados sem que tivesse uma explicação aceitável fazem parte desse estudo.
O estudo da Física Nuclear abrange um conhecimento que vai desde as partículas fundamentais até as imensas estruturas que formam o universo. Seu objetivo é entender as propriedades básicas dos núcleos e da matéria nuclear, podendo dessa forma encontrar uma teoria que seja completa sobre os núcleos mais completos.
Foto: Reprodução
Definição
Física Nuclear é a área da física que estuda as propriedades e interações dos núcleos atômicos, assim como os mecanismos básicos das reações nucleares com nêutrons e outros núcleos. As aplicações mais conhecidas nessa área são a geração de energia nuclear e a tecnologia de armas nucleares, porém esses estudos têm sido aplicados em outras coisas, como a medicina nuclear, ressonância magnética, engenharia de materiais e outros.
O início
A física nuclear surgiu a partir da descoberta da radioatividade em 1896, pelo físico francês Antoine Henri Becquerel. Após o século XX a Física Nuclear passou a se desenvolver bastante, construiu-se o primeiro reator nuclear, que foi destinado à pesquisa científica e a fabricação da primeira bomba atômica foi construída logo em seguida.
Atualmente, após a Guerra Fria, a pesquisa em Física Nuclear tem tido mais foco nas áreas não-bélicas, como a Física de Partículas, a Medicina Nuclear e a Cosmologia, porém não podemos negar que ainda existem centros de desenvolvimento de armas nucleares.
O estudo do átomo se deu após o pensamento de que: se quebrarmos um objeto ele irá se desfazer em pedaços menores, se quebramos esses pedaços se tornaram ainda menores até que chega a um ponto em que não conseguimos mais quebra-lo. E foi a partir desse pensamento que de início acreditavam que o átomo era indivisível. Hoje, depois de estudos e pesquisas sabemos que não é uma partícula indivisível e sim um sistema composto por partículas diferentes. E foi a partir das teorias de Dalton, de que os átomos eram esferas indestrutíveis e indivisíveis, que a ciência da estrutura atômica passou a traçar novos rumos no estudo.
O que a Física Nuclear estuda?
A Física Nuclear está envolvida em várias aplicações, e estuda as reações que acontecem nos núcleos dos átomos. Existem várias forças na física, podemos classifica-las em quatro grupos:
- Força Gravitacional: que tem relação com a atração entre os corpos, é responsável pela órbita dos planetas ou pela queda de uma fruta.
- Forças eletromagnéticas: que dão origem aos fenômenos elétricos, aos ímãs, às reações químicas, etc.
- Força Nuclear Fraca: que produz o decaimento em que um elétron é emitido do núcleo.
- Força Nuclear Forte: que é responsável por manter as partículas do núcleo unidas, mesmo que tenham as cargas elétricas iguais.
Suas aplicações
Entre as principais aplicações da Física Nuclear estão: a geração de energia elétrica em usinas nucleares, os Raios X, tratamentos de câncer, armamentos e bombas nucleares.
A Física Nuclear tem sido aplicada em diversas áreas e tem trazido vários benefícios para a humanidade, sempre que uma fonte de energia é descoberta aparece uma nova tecnologia onde se torna possível aproveitar essa energia. Foi assim com o fogo, o petróleo e, mais recentemente, com a energia atômica e a nuclear.
Energia nuclear
Dentre as principais formas de produção de energia elétrica no mundo, a energia nuclear é responsável por cerca de 16% desta eletricidade. Entretanto, há alguns países com maior dependência da energia nuclear: enquanto no Brasil, por exemplo, apenas 3% da eletricidade utilizada é produzida pelas usinas nucleares, na França 78% da energia elétrica é gerada por elas (dados de 2008).
Nos Estados Unidos há mais de 100 usinas nucleares, embora alguns estados utilizem mais este tipo de energia do que outros; enquanto no Brasil temos em funcionamento apenas duas: Angra 1 e Angra 2, estando uma terceira (Angra 3) em fase de instalação, todas constituintes da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto.
A pergunta principal é: como funcionam as usinas nucleares?
Para começar, é importante definir o que é energia nuclear. Trata-se da energia liberada na transformação de núcleos atômicos. Basicamente, o que ocorre é a transformação de um núcleo atômico em vários outros núcleos mais leves, ou ainda, em isótopos do mesmo elemento.
As fissões nucleares, reações que consistem na quebra de um núcleo mais pesado em outros menores e mais leves após a colisão de um nêutron no núcleo inicial, são a base para a produção de energia nas usinas nucleares.
Assim, sendo o urânio um elemento bastante disponível na Terra, é o principal recurso utilizado nas reações nucleares destas usinas. O urânio 238 (U-238), por exemplo, que tem meia-vida de 4,5 bilhões de anos, compõe 99% do urânio do planeta; já o urânio 235 (U-235) compõe apenas 0,7% do urânio remanescente e o urânio 234 (U-234), ainda mais raro, é formado pelo decaimento de U-238.
Apesar de menos abundante, o U-235 possui uma propriedade interessante que o torna útil tanto na produção de energia quanto na produção de bombas nucleares: ele decai naturalmente, como o U-238, por radiação alfa e também sofre fissão espontânea em um pequeno intervalo de tempo. No entanto, o U-235 é um elemento que pode sofrer fissão induzida, o que significa que, se um nêutron livre atravessar seu núcleo, ele será instantamente absorvido, tornando-se instável e dividindo-se.
Consideremos, então, um nêutron que se aproxima de um núcleo de U-235. Ao capturar o nêutron, o núcleo se divide em dois átomos mais leves e arremessa de dois a três nêutrons - este número depende da forma como o urânio se dividiu. Os dois novos átomos formados emitem radiação gama de acordo com o modo que se ajustam em seus novos estados.
A probabilidade de ocorrer fissão induzida em um átomo de U-235 é muito alta: em um reator funcionando corretamente, cada nêutron ejetado provoca uma nova fissão. Além disso, a captura do nêutron e a posterior divisão do núcleo ocorrem muito rapidamente, em intervalos da ordem de 10-12s. Sem contar que um único núcleo, ao dividir-se, libera uma enorme quantidade de energia, tanto na forma de calor quanto na forma de radiação gama. Esta produção de energia é regida pela conhecida equação E=mc2, devido à diferença de massa entre os produtos da fissão e o átomo original.
Para que uma amostra de urânio apresente as propriedades acima, é necessário que ela seja enriquecida, de modo a conter de 2% a 3% a mais de U-235. O enriquecimento de 3% é suficiente para o uso em um reator nuclear que trabalha na produção de energia.
Como funcionam as usinas nucleares?
Conforme já dito, para colocar uma usina nuclear em funcionamento é necessário, antes de mais nada, urânio enriquecido. Para se ter uma ideia, 0,5kg de U-235 enriquecido - quantidade usada para fornecer energia a submarinos e porta-aviões nucleares - é equivalente a 3,8 milhões de litros de gasolina.
Em geral, o urânio é formado em péletes (formato de pílula) com diâmetro próximo ao de uma moeda de R$0,10 e espessura de 2,5cm. Estes péletes são dispostos em hastes longas agrupadas em feixes, os quais ficam submersos em água dentro de um recipiente de pressão. A água, por sua vez, tem a função de refrigerar o sistema.
Para que o reator funcione, o feixe precisa ser levemente supercrítico. Isso significa que, caso fosse deixado sozinho, o urânio derreteria. Portanto, para que isso não ocorra, são inseridas no feixe hastes de controle (também chamadas de hastes de comando ou, ainda, barras de controle), as quais são feitas de material capaz de absover os nêutrons, utilizando um dispositivo que pode abaixar e/ou elevar as hastes.
Assim, elevar e baixar as hastes controla o nível das reações nucleares. Portanto, quando se deseja maior produção de calor a partir do núcleo de urânio, as hastes são elevadas para fora do feixe, enquanto para produzir menor quantidade de calor, as hastes são abaixadas dentro do feixe. Além disso, as hastes possuem outras funções: baixá-las totalmente dentro do feixe podem desligar o reator, no caso de um acidente, ou tornar possível a troca de combustível.
O calor liberado durante a reação nuclear é responsável pelo aquecimento da água, a qual é transformada em vapor. Esse vapor aciona uma turbina, a qual faz girar um gerador, responsável por produzir a energia.
Em algumas usinas, o vapor do reator passa através de um trocador de calor intermediário a fim de transformar a água de um outro circuito em vapor, o qual será o responsável pelo acionamento da turbina a vapor. Além disso, em alguns reatores, o fluido de resfriamento é um gás (CO2) ou metal líquido, permitindo que o núcleo seja operado em temperaturas mais elevadas.
A estrutura atômica é composta por três partículas fundamentais: prótons (com carga positiva), nêutrons (partículas neutras) e elétrons (com carga negativa).
Toda matéria é formada de átomo sendo que cada elemento químico possui átomos diferentes.
A eletricidade chega às nossas casas através de fios e da movimentação de partículas negativas que fazem parte dos elétrons, que circulam pelos fios.
No núcleo de um átomo estão os prótons e os nêutrons e, girando em torno desse núcleo, estão os elétrons.
Cada núcleo de um determinado elemento químico tem o mesmo número de prótons.
Esse número define o número atômico de um elemento e determina sua posição na tabela periódica.
Em alguns casos acontece de um mesmo elemento ter átomos com números diferentes. Esses são chamados de isótopos.
Além dos nêutrons, elétrons e prótons, que são as partículas subatômicas mais conhecidas, existem outros tipos de elementos com as mesmas condições.
Veja abaixo as 7 partículas subatômicas mais importantes:
Neutrino
Neutrino é uma partícula subatômica neutra, sem carga elétrica. Ou seja, que não interagem com as demais partículas da natureza. Depois dos fótons, por exemplo, o neutrino é considerado a partícula elementar mais presente em todo o Universo.
Tal partícula se divide em três variedades, ou seja, o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau. Nesse sentido, é importante destacar que cada partícula lépton possui uma antipartícula, neste caso, um antineutrino.
Elétron
Os elétrons, aliás, foram as primeiras partículas subatômicas descobertas. Eles são parte da constituição de um átomo e se localizam em movimento ao redor do núcleo, nas camadas eletrônicas.
Quarks
Tratam-se de partículas elementares e um dos dois elementos básicos que constituem a matéria. Os Quarks formam partículas compostas, denominadas de hádrons, que estão sempre associados uns aos outros. São divididos em seis tipos:
- Up – com carga de + 2/3
- Down – com carga de – 1/3 constituem os prótons e os nêutrons
- Charm – com carga de + 2/3
- Strange – com carga de – 1/3
- Bottom – com carga de – 1/3
- Top – com carga de + 2/3, é aproximadamente 200 vezes mais pesado que um próton
Glúon
Essas partículas fundamentais agem como partículas de troca, fazendo uma força forte entre os quarks. São responsáveis por levar a carga de cor da interação forte, ou seja, interação entre quarks e glúons.
Bósons da força fraca
São formados pelos componentes W-, W+ e Z, os quais possuem mais de 86 vezes o peso de um próton inteiro. Inclusive, no início do Universo, foram associados a outras partículas, que juntas formavam a eletrofraca.
Fóton
São conhecidos como as partículas que formam a luz visível. A sua força eletromagnética é a principal responsável por manter os elétrons em torno do núcleo. Nesse sentido, é ela que determina as ligações químicas dos átomos e moléculas.
Gráviton
Em síntese, trata-se de uma partícula elementar hipotética, responsável pela transmissão da força da gravidade na maioria dos modelos da teoria quântica. É considerada hipotética por não ser, ainda, compreendida pela física quântica.
E ai, gostou dessa matéria? Se sim, confira mais sobre Quarks, constituintes elementares dos prótons e neutrôns.
Os Radioisótopos são formados por Isótopos, que são átomos com o mesmo número atômico e diferente número de massa.
Existem dois tipos de Isótopos: os radioativos e não-radioativos. Compreender a origem, a presença e a diferença de isótopos em nosso meio ambiente nos dá condições de conhecer os limites naturais de segurança radiológica. Podemos então projetar a obtenção, o uso, ou seja, usar estes isótopos de modo seguro.
Veja os exemplos:
Carbono:
12C6 14C6
Os isótopos do elemento Carbono possuem o mesmo número atômico, mas diferentes massas. O Carbono 14 é um radioisótopo artificial, embora também exista na atmosfera, já o Carbono 12 é o mais comum na natureza.
O Carbono 14 é denominado de contador radioativo do tempo, este processo é útil para revelar a idade de plantas, múmias e fósseis.
Hidrogênio:
1H1 2H1 3H1
O Hidrogênio com massa 1 é o mais abundante na natureza e não é radioativo. O Hidrogênio com número de massa 2 é radioativo e dá origem às bombas de hidrogênio, já o Hidrogênio com massa 3, ocorre em quantidades menores e é também radioativo.
Urânio:
238U92 235U92
O Urânio 235 é radioativo e é usado para construir os reatores nucleares e as bombas atômicas.
Cobalto:
59Co27 60Co27
O Cobalto com número de massa 59 é o isótopo natural, já o Cobalto 60 é fabricado de modo artificial pelo bombardeamento do isótopo 59 com nêutrons, é aplicado no tratamento de tumores.
Os isótopos estão sendo cada vez mais utilizados, e de formas variadas: na agricultura, na engenharia, na medicina, etc. Vale lembrar que os radioisótopos (isótopos radioativos) apresentam um alto grau de periculosidade e por isso são manipulados com o auxílio de robôs.
Por Líria Alves
Graduada em Química
Reações que provocam modificações na estrutura nuclear são reações nucleares.
Átomos que se encontram instáveis a nível nuclear e na busca de estabilidade acabam por emitir partículas e/ou ondas eletromagnéticas são radioativos; as reações que ocorrem no núcleo de elementos radioativos são reações de decaimento. Quando ocorrem naturalmente, as radiações emitidas são: alfa, beta e gama.
As reações nucleares ocorrem em átomos instáveis
No decaimento alfa, ocorre a emissão de uma partícula que tem estrutura formada por dois prótons e dois nêutrons.
Um emissor alfa é o urânio, que possui massa atômica 238 e número atômico 92.
O urânio decai para tório mais energia
Para essa reação de decaimento temos uma equação que será expressa logo a seguir.
Decaimento Alfa
Na equação de decaimento alfa, um átomo pai (P) transmuta em um átomo filho (F) mais radiação alfa (He). A partícula alfa é um núcleo de hélio, pois sua estrutura é composta por 2 prótons.
No decaimento beta ocorre a emissão de uma partícula que pode ser um elétron ou um pósitron.
Um emissor beta (elétron) é o fósforo que possui massa atômica 32 e número atômico 15.
Decaimento Beta (elétron)
Para essa reação de decaimento temos uma equação que será expressa logo a seguir.
Na equação de decaimento beta (elétron), um átomo pai (P) transmuta para um átomo filho (F) mais radiação beta (e = elétron) e um antineutrino ( ).
A condição para que um elétron seja ejetado do núcleo, sendo o decaimento beta uma reação nuclear, é que ocorra decaimento de um nêutron em próton + elétron + antineutrino.
Um emissor beta (pósitron) é o flúor que possui massa atômica 18 e número atômico 8.
Decaimento Beta (pósitron)
Para essa reação de decaimento, temos uma equação que será expressa logo a seguir.
Na equação de decaimento beta (pósitron), um átomo pai (P) transmuta para um átomo filho (F) mais radiação beta (e = pósitron e um neutrino (ν).
A condição para que um pósitron seja ejetado do núcleo, sendo o decaimento beta uma reação nuclear, é que ocorra decaimento de um próton em nêutron + pósitron + neutrino.
No decaimento gama ocorre a emissão de ondas eletromagnéticas.
Um emissor gama é o gálio, que possui massa atômica 67 e número atômico 31.
Para essa reação de decaimento temos uma equação que será expressa logo a seguir.
Na equação de decaimento gama, um átomo pai transmuta em um átomo filho mais radiação gama. A radiação gama é uma onda eletromagnética.
Por Frederico Borges de Almeida
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola
As radiações podem ser ionizantes ou não ionizantes.
A radiação ionizante tem alta frequência , e tem energia para retirar elétrons dos átomos, provocando a ionização. Radiação ionizante pode provocar alterações nas células e consequentemente doenças, como o câncer.
A radiação não ionizante tem baixa frequência, não tendo energia para provocar a ionização dos átomos, e não prejudicam a saúde.
O TRIFÓLIO é o símbolo de radiação. O centro representa o núcleo radioativo, e as pás representam os três tipos de radiação: radiação alfa (núcleos de hélio (α = He⁴₂) carga positiva, a radiação beta (β = elétrons) carga negativa, e a radiação gama (γ = radiação eletromagnética) não tem carga elétrica.
A radiação só é detectada através dos detectores de radiação.
Detecção das radiações
A percepção da radiação, seja qualitativa ou quantitativa, só pode ser realizada com a ajuda de materiais ou instrumentos capazes de captar e registrar sua presença. A detecção é realizada pelo resultado produzido da interação da radiação com um meio sensível (detector). Em um sistema detector os detectores de radiação são os elementos ou dispositivos sensíveis a radiação ionizante utilizados para determinar a quantidade de radiação presente em um determinado meio de interesse. A integração entre um detector e um sistema de leitura (medidor), como um eletrômetro ou a embalagem de um detector é chamado de monitor de radiação. Os sistemas detectores que indicam a radiação total a que uma pessoa foi exposta são chamados de dosímetros.
A diferença entre cada uma das categorias está relacionada com a faixa de energia de cada tipo de radiação que se deseja medir, bem como a resolução e eficiência que se deseja da medição. Cada tipo de detector possui uma aplicação onde sua eficiência será melhor e sua precisão maior.
Fusão Nuclear
Fusão Nuclear é a junção de átomos que têm núcleos leves. Da junção desses átomos, resulta um átomo com núcleo mais pesado.
Submetidos a uma temperatura bastante elevada (cerca de 10 milhões de graus Celsius), o deutério (H2) e o trítio (H3), que são isótopos de hidrogênio (H), se unem. Dessa união resulta a liberação de uma grande quantidade de energia e são formados núcleos de hélio.
O processo de fusão nuclear dá origem ao funcionamento das bombas de hidrogênio (as bombas atômicas mais destrutivas que existem). Da fusão decorre também a produção de energia solar.
Na fusão nuclear núcleos leves se fundem formando um núcleo mais pesado.
Reator de Fusão Nuclear
A fusão nuclear libera bastante energia. Por esse motivo há um compromisso muito grande da comunidade científica em tornar possível a energia nuclear como uma opção energética a partir do processo de fusão.
Para esse fim, é necessário um reator capaz de produzir e controlar a fusão nuclear.
Tokamak é o nome que se dá aos reatores que estão sendo desenvolvidos em vários locais do mundo.
Quais as suas Vantagens?
A energia gerada pela fusão nuclear seria uma forma que garantiria segurança e limpeza ambiental. Isso porque, a fissão nuclear produz energia principalmente através do urânio (um dos principais elementos radioativos).
Uma vez que a quantidade de combustível utilizado é menor, decorre que a radioatividade também seja inferior e, logo, também seja menor a produção de lixo nuclear.
O combustível utilizado para fusão pode ser obtido na água do mar e no trílio do próprio reator nuclear. Na fissão, é o urânio que é utilizado para esse fim, mas esse não é facilmente extraído.
A Fusão Nuclear e as Estrelas
No interior das estrelas ocorrem reações termonucleares, ou seja, nelas acontece o processo de fusão nuclear. O Sol é um exemplo.
As estrelas são formadas de hidrogênio, cujo núcleo é leve. A alta temperatura promove a fusão formando um núcleo de hélio, elemento mais pesado. Muita energia é gerada nesse processo violento que dá energia à energia solar.
A fissão nuclear ocorre quando um núcleo atômico torna-se instável, ou físsel. Núcleos atômicos pesados, como o urânio-235, são naturalmente instáveis e tendem a desintegrar-se em núcleos menores e, consequentemente, mais estáveis. Um dos processos mais usados para tornar um núcleo atômico instável é a captura de nêutrons. Nesse processo, emitem-se nêutrons lentos (a baixa velocidade dessas partículas aumenta a chance de sucesso de sua captura pelos núcleos atômicos) em direção aos núcleos dos átomos.
Na fissão nuclear do átomo de urânio-235, além dos núcleos mais leves, são emitidos nêutrons e raios gama.
₉₂U²³⁵ + ₀n¹ → ₅₆Ba¹⁴¹ + ₃₆Kr⁹² + 3₀n¹
A soma das massas antes é igual a soma das massa depois. Veja:
235 + 1 → 141 + 92 + 3 . 1
236 → 233 + 3
236 → 236
A soma dos nº atômicos antes é igual a soma dos nº atômicos depois.Veja:
92 + 0 → 56 + 36 + 3 . 0
92 → 92 + 0
92 → 92
Na fissão nuclear um núcleo pesado e divide em núcleos mais leves.
Toda a energia proveniente desse tipo de reação surge em decorrência da pequena diferença de massa entre o núcleo original e os novos núcleos formados. Somando-se a massa desses últimos, encontramos menor massa que a massa do primeiro. A essa diferença damos o nome de defeito de massa. A quantidade de energia produzida na fissão nuclear pode ser calculada por meio da famosa relação de Einstein para a energia de repouso:
Veja também: Einstein e a bomba atômica
A fusão nuclear é um processo no qual dois ou mais núcleos leves e estáveis unem-se pela ação de grandes pressões, velocidades ou temperaturas extremas. Essas condições são atingidas, por exemplo, no interior dos núcleos das estrelas ou durante reações nucleares artificiais, como nos casos das ogivas nucleares.
Aplicações da fissão nuclear
A vasta quantidade de energia liberada durante o processo de fissão nuclear pode ser usada para a geração de energia nas usinas nucleares. A maior parte dessa energia aquece a água, evaporando-a. Ao liberar o vapor de água do confinamento, é possível mover grandes geradores que operam segundo o princípio de indução eletromagnética, isto é, no interior desses geradores, é possível encontrar enormes magnetos giratórios, colocados no interior de bobinas condutoras (enrolamentos de fios metálicos). Esses geradores são capazes de gerar abundante quantidade de energia elétrica.
Observação.
Quando um núcleo radioativo emite radiação naturalmente, ele sofre um decaimento ou uma transmutação, ou seja, emite radiação e se transforma em outro elemento químico, através dos decaimentos alfa, beta e gama.
A radiação artificial, ou forçada, ocorre nos reatores nucleares, que são dispositivos que iniciam e terminam uma reação em cadeia de fissão ou fusão nuclear.
Exemplos.
1) Ao sofrer um determinado decaimento radioativo, o elemento carbono 14 transforma-se em nitrogênio 14 segundo a reação mostrada abaixo:
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O decaimento sofrido pelo carbono é do tipo:
a) beta
b) alfa
c) gama
d) eletrônico
e) magnético
Resolução:
Analisando a reação mostrada no enunciado do exercício, é possível perceber que não há mudança no número de massa (A = 14) antes e após o decaimento, o que indica que a partícula emitida apresenta massa muito pequena. Percebe-se que seu número atômico (carga elétrica) aumenta de Z = 6 para Z = 7, indicando que o carbono 14 perde uma carga negativa. Podemos dizer, portanto, que foi emitido um elétron, o que caracteriza um decaimento beta:
2) O elemento urânio é um radioisótopo físsil, isto é, pode sofrer diversos decaimentos nucleares, formando, assim, novos elementos. Em um desses decaimentos, o urânio dá origem ao elemento tório segundo a reação abaixo:
O tipo de decaimento sofrido pelo urânio nessa reação e a partícula X são, respectivamente:
a) decaimento alfa, elétron
b) decaimento alfa, núcleo do átomo de hélio
c) decaimento beta, radiação eletromagnética
d) decaimento gama, radiação eletromagnética
e) decaimento alfa, próton
Resolução:
Como o número de massa do elemento urânio cai de 235 para 231, fica fácil perceber que o decaimento sofrido por esse elemento é o decaimento alfa. A partícula emitida, nesse caso, é um núcleo do átomo de hélio, também chamada de partícula alfa, composta por dois nêutrons e dois prótons:
3) O elemento bário-137 pode sofrer um decaimento como mostrado na reação abaixo:
O tipo de decaimento mostrado na reação acima e X são, respectivamente:
a) decaimento beta, ondas eletromagnéticas
b) decaimento alfa, núcleo do átomo de hélio
c) decaimento gama, radiação gama
d) decaimento alfa, elétrons
e) decaimento beta, pósitrons
Resolução:
De acordo com a reação mostrada acima, o elemento bário não sofre quaisquer mudanças em sua massa da carga nuclear. Portanto, o resultado desse decaimento é a emissão de ondas eletromagnéticas conhecidas como radiação gama:
4) Numa reação de fissão nuclear, 1 g de urânio é fissionado, liberando uma quantidade de energia equivalente a:
Dados:
c = 3,0.108 m/s
Resolução:
De acordo com a relação de Einstein, a quantidade de energia obtida no processo de fissão nuclear é equivalente à energia de repouso da matéria, que pode ser calculada por meio da seguinte equação:
Usando a massa que sofreu fissão em kg (1 g = 0,001 kg), teremos o seguinte cálculo:
a) 7N14 + 1H1 → 6C12 + 2He4
b) 1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1
c) 6C14 → -1β0 + 7N14
d) 92U235 → 2α4 + 90Th231
e) 92U235 + 0n1 → 38Sr95 + 54Xe139 + 20n1
2) O programa nuclear do Irã tem chamado a atenção internacional em função das possíveis aplicações militares decorrentes do enriquecimento de urânio. Na natureza, o urânio ocorre em duas formas isotópicas, o U-235 e o U-238, cujas abundâncias são, respectivamente, 0,7% e 99,3%. O U-238 é radioativo. Considerando a equação abaixo, podemos afirmar a massa atômica (y) e o número atômico (x) do criptônio (Kr), são respectivamente:
92U235 + 0n1 → 56Ba140 + xKry + 30n1
a) 93 e 36
b) 36 e 93
c) 95 e 33
d) 33 e 95
e) 94 e 36
3) Calcule a energia liberada numa reação de fissão nuclear, sendo que 20 g de urânio 235 foram fissionados. Dado: c = 3.10⁸ m/s.
a) 6 . 10¹⁵ J
b) 1,2 . 10¹⁵ J
c) 1,8 . 10¹⁵ J
d) 1,5 . 10¹⁵ J
e) 1,6 . 10¹⁵ J
4) Analise os itens a seguir que fornecem informações a respeito das radiações nucleares.
I - As radiações gama são ondas eletromagnéticas de elevado poder de penetração.
II - O número atômico de um radionuclídeo que emite radiações alfa aumenta em duas unidades.
III - As radiações beta são idênticas aos elétrons e possuem carga elétrica negativa.
IV - O número de massa de um radionuclídeo que emite radiações beta não se altera.
V - As radiações gama possuem carga nuclear +2 e número de massa 4.
Estão corretas as afirmativas:
a) I, II, e III, apenas.
b) II, III e IV, apenas.
c) I, III e V, apenas.
d) I, III e IV, apenas.
e) II, IV e V, apenas.
5) Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.
O Sol é a grande fonte de energia para toda a vida na Terra. Durante muito tempo, a origem da energia irradiada pelo Sol foi um mistério pra a humanidade. Hoje, as modernas teorias de evolução das estrelas nos dizem que a energia irradiada pelo Sol provém de processos de _______ que ocorrem no seu interior, envolvendo núcleos de elementos leves.
a) espalhamento
b) fusão nuclear
c) fissão nuclear
d) fotossíntese
e) combustão
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