Radioactividade e Física Nuclear

Em Abril de 1986, o reactor número 4 de Chernobyl explodiu. 36 anos depois, jabalins caçados na Bavaria, Alemanha, continuam a apresentar níveis de Césio-137 (¹³⁷Cs) acima dos limites de segurança alimentar. O Cs-137 tem uma meia-vida de 30,17 anos — o suficiente para ainda estar ativo em 2026.

Em contraste, o Carbono-14 tem uma meia-vida de 5730 anos — ideal para datar artefactos arqueológicos entre 100 e 50 000 anos de idade. A física da radioatividade é idêntica; apenas a escala de tempo muda.

O Núcleo Atómico

O núcleo de um átomo é descrito por:

Z = número atómico (número de protões) — define o elemento químico
A = número de massa (protões + neutrões)
N = A − Z = número de neutrões

Notação: $_{Z}^{A} X$ (ex: $_{92}^{235} U$ — Urânio-235)

Isótopos: átomos do mesmo elemento (mesmo Z) com diferente número de neutrões (diferente A).

Decaimento Radioactivo

Núcleos instáveis emitem radiação espontaneamente. Existem três tipos:

| Tipo | Partícula | Penetração | Ionização | |------|-----------|------------|-----------| | Alfa (α) | ⁴He (núcleo He) | Baixa (papel) | Alta | | Beta (β) | eletrão e⁻ ou positrão e⁺ | Média (alumínio) | Média | | Gama (γ) | fotão de alta energia | Alta (chumbo) | Baixa |

Conservação nos decaimentos:

Número de massa A conservado (α: diminui 4; β: não muda; γ: não muda)
Número de carga Z conservado (α: diminui 2; β⁻: aumenta 1; β⁺: diminui 1)

Exemplo de decaimento α do Rádio-226:

_{88}^{226} Ra \to_{86}^{222} Rn +_{2}^{4} He

Lei do Decaimento Radioactivo

O número de núcleos N(t) decresce exponencialmente:

N (t) = N_{0} \cdot e^{- λ t} = N_{0} \cdot (\frac{1}{2})^{t / t_{1/2}}

Meia-vida t₁/₂: tempo para metade dos núcleos decaírem.

t_{1/2} = \frac{ln 2}{λ} \approx \frac{0 , 693}{λ}

Atividade A = λN(t): número de decaimentos por segundo. Unidade: becquerel (Bq) = 1 desintegração/s.

💡Dica

Datação por C-14: Um organismo vivo tem a mesma proporção de ¹⁴C que a atmosfera (t₁/₂=5730 anos). Após a morte, o ¹⁴C decai sem ser reposto. Medindo a atividade atual e comparando com a de referência, calcula-se a idade.

Fissão e Fusão Nuclear

Fissão: núcleo pesado divide-se em núcleos mais leves + energia. Exemplo:

_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{56}^{141} Ba +_{36}^{92} Kr + 3_{0}^{1} n + energia

Uma central nuclear usa a energia da fissão em cadeia controlada para produzir vapor → turbinas → eletricidade.

Fusão: núcleos leves fundem-se num núcleo mais pesado + energia. É o processo que alimenta o Sol:

4_{1}^{1} H \to_{2}^{4} He + 2 e^{+} + 2 ν + 26, 7 MeV

A fusão é mais eficiente e produz menos resíduos que a fissão, mas ainda não é controlável para produção de energia em larga escala (o reactor ITER em construção em Cadarache, França, visa demonstrar a viabilidade).

Radioactividade e Física Nuclear: A Energia do Núcleo

Radioactividade e Física Nuclear

O Núcleo Atómico

Decaimento Radioactivo

Lei do Decaimento Radioactivo

Fissão e Fusão Nuclear