Fisica ii

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Chapter 7 Energia Nuclear
Pense nas crian¸as mudas c Telep´ticas a Pense nas meninas cegas Inexatas Pense nas feridas como rosas C´lidas a Mas! n˜o se esque¸a da rosa, da rosa a c Radioativa Est´ pida u Inv´lida a Sem cor Sem perfume Sem nada (Rosa de Hiroshima - Vin´ ıcius de Moraes) No dia 6 de agosto de 1945 o mundo assistiu com horror a mais ` funesta aplica¸˜o pr´tica da f´ ca a ısica detoda a sua hist´ria: a explos˜o o a 365

366 de uma bomba atˆmica, pelos Estados Unidos, sobre a cidade de Hio roshima no Jap˜o, matando mais de 80 mil pessoas, e ferindo outras a 75 mil. Apenas 3 dias depois desta trag´dia, os Americanos largaram e uma segunda bomba sobre a cidade de Nagasaki, matando outras 40 mil pessoas. Foi a inaugura¸˜o tr´gica da era nuclear. Esta, e outras ca autiliza¸˜es da energia nuclear, tornou-se poss´ gra¸as a compreens˜o co ıvel c ` a de certos processos f´ ısicos que ocorrem em n´cleos inst´veis. u a

7.1

Instabilidade Nuclear

No que diz respeito a estabilidade, existem dois tipos de n´ cleos atˆmicos ` u o na Natureza: os est´veis e os inst´veis. N´ cleos est´veis s˜o aqueles a a u a a que n˜o sofrem nenhum tipo de transmuta¸˜o com o tempo, ouseja, a ca n˜o decaem emitindo part´ a ıculas subatˆmicas. Ao contr´rio, os n´ cleos o a u inst´veis emitem diversos tipos de part´ a ıculas. Quando olhamos para uma tabela peri´dica, as informa¸˜es que o co ´ nela lemos dizem respeito a is´topos est´veis dos elementos. E comum o a que cada elemento tenha mais de um is´topo est´vel, e v´rios is´topos o a a o inst´veis. Por exemplo, o hidrogˆnio, oelemento mais simples do Unia e verso, possui Z = 1, ou seja, seu n´cleo s´ possui 1 unico pr´ton. Al´m u o ´ o e deste is´topo, existem mais 2 is´topos do hidrogˆnio: o deut´rio (2 H) e o o e e o tr´ (3 H). O n´ cleo do 1 H possui 1 unico pr´ton, e nenhum nˆutron; ıtio u ´ o e o do 2 H possui 1 pr´ton e 1 nˆutron, e do 3 H 1 pr´ton e 2 nˆutrons. O o e o e hidrogˆnio e o deut´rio s˜o est´veis,enquanto que o tr´ ´ inst´vel. e e a a ıtio e a A abundˆncia isot´pica (a propor¸˜o de um dado is´topo em rela¸˜o a a o ca o ca ` totalidade de is´topos do elemento) do 1 H ´ de 99,985 %, e a do 2 H ´ o e e

CAP´ ITULO 7 - ENERGIA NUCLEAR de apenas 0,015 %. O tr´ dura em m´dia 12,3 anos. ıtio e

367

Os trˆs is´topos do hidrogˆnio. O hidrogˆnio e deut´rio s˜o est´veis, enquanto o e o e e e a atr´ ´ inst´vel. ıtio e a

Considere um outro exemplo: o cobre (Cu). O seu n´mero atˆmico ´ u o e a Z = 29. Existem dois is´topos est´veis do Cu: o 63 Cu, com abundˆncia o a de 69,2%, e o os is´topos o
59 65

Cu, com abundˆncia de 30,8%. Al´m desses, existem a e
60

Cu,

Cu,

61

Cu,

62

Cu,

64

Cu,

66

Cu,

67

Cu e

68

Cu, todos
68

inst´veis. O a

67Cu, por exemplo, dura em m´dia 61,9 horas, e o e

Cu

apenas 31 segundos. Note que do ponto de vista qu´ ımico, o que conta ´ o n´ mero de e u el´trons do ´tomo, e como eles se distribuem nos orbitais. Sendo ase a sim, qualquer um desses is´topos, est´vel ou inst´vel, pode participar o a a de uma liga¸˜o qu´ ca ımica em uma substˆncia qualquer. Do ponto de vista a nuclear, contudo, as diferen¸asde massa s˜o fundamentais, porque alc a teram o propriedades importantes dos n´ cleos. Por exemplo, o u
61

Cu

368 possui spin I = 3/2, enquanto que o
66

Cu possui spin I = 1. Se

coloc´ssemos o primeiro em um campo magn´tico, ter´ a e ıamos 4 n´ ıveis de energia, enquanto que com o segundo ter´amos apenas 3, o que acarı retaria diferen¸as nas suas propriedades magn´ticas. c e Napr´xima se¸˜o vamos discutir os principais tipos de decaimento o ca dos n´ cleos inst´veis. u a

7.2

Alfa, Beta e Gama

N´ cleos que espontaneamente emitem part´ u ıculas s˜o chamados radioaa tivos. A radioatividade ´ um fenˆmeno natural, mas pode tamb´m ser e o e produzida em laborat´rio. O fenˆmeno foi descoberto em 1896 pelo o o francˆs Henri Becquerel e, em 1934, foi produzido pela...
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