Desintegração radioativa de elementos

A estrutura do universo Desintegração radioativa no contexto da estrutura do universo

A conformação do universo levou à formação de vários elementos predispostos a transformações nucleares . Cada desintegração radioativa que podemos descrever é capaz de nos fornecer muitas informações sobre tópicos intimamente relacionados a um determinado núcleo (sua estrutura, estados de energia existentes e interações), mas também fornece informações sobre a origem do universo. Foi provado empiricamente que existem três tipos principais de radiação, que são divididos pela capacidade de penetrar através da matéria:

1. Radiação alfa (α) , que tem a forma de núcleos de hélio e apresenta baixa permeabilidade, o que na prática significa dificuldade para penetrar uma fina folha de papel;
2. A radiação beta (β) , que é descrita como elétrons ou pósitrons com a mesma massa, mas carga oposta, é capaz de penetrar no alumínio até aprox. 3mm;
3. A radiação gama (γ) , que corresponde aos fotões, tem a melhor capacidade de penetração comparável à penetração no chumbo até dois ou mais centímetros.

História de desintegrações radioativas

A história das desintegrações radioativas foi iniciada por Antoine Becquerel, que observou em 1896 que se colocarmos uma rocha rica em urânio em uma caixa fechada com um filme fotográfico, o filme escurecerá. Ele concluiu que isso era causado pela emissão de raios invisíveis a olho nu. Com o conhecimento de hoje, podemos dar pelo menos três argumentos sugerindo a origem nuclear de tais raios:

1. Estado químico : a forma de um determinado elemento em estado livre ou em um composto químico não afeta sua capacidade radioativa;
2. Fatores externos que afetam os elétrons no átomo , como pressão ou temperatura, não afetam as propriedades radioativas;
3. As comumente conhecidas transições de elétrons no átomo não geram quantidades tão grandes de energia que podem atingir milhões de elétron-volts.

Hoje, a radiação é definida como processos de natureza nuclear que transformam massa em energia.

Radiação alfa, beta e gama

As propriedades elétricas da radiação podem ser observadas graças aos seus movimentos que ocorrem em um campo magnético homogêneo. A identificação de cada tipo de radiação com suas moléculas correspondentes é baseada na fórmula da força magnética de Lorentz . Supondo uma emissão horizontal do ponto de uma fonte radioativa, as partículas com carga positiva são inclinadas para cima, as com carga negativa são inclinadas para baixo e as partículas sem carga penetram pelo campo magnético, não afetando o caminho de emissão. A radiação alfa corresponde à emissão de um núcleo de hélio ⁴ He . A radiação beta pode ocorrer de duas formas: na forma de elétrons (β ^– ) ou de pósitrons (β ⁺ ). A radiação gama determina uma emissão de fótons de alta energia.

Desintegração alfa

É caracterizada por peso e núcleos quimicamente instáveis. Durante a desintegração, o núcleo perde dois prótons e o mesmo número de nêutrons, o que implica a redução de seu número atômico em dois e o número de massa em quatro unidades. O resultado dessa transformação é um átomo de hélio. O núcleo emissor é chamado de núcleo primário, e o produzido durante a desintegração é chamado de núcleo secundário. A notação básica da desintegração radioativa alfa pode ser apresentada da seguinte forma: A primeira parte de tal notação, ou seja, constitui o núcleo primário, o núcleo secundário é , enquanto é a partícula alfa. Um exemplo de desintegração alfa pode ser uma transformação do isótopo de urânio ²³⁸ U, durante a qual o número atômico é reduzido em dois. A desintegração pode ser observada como a seguinte equação: A energia liberada durante a desintegração alfa é igual à energia cinética dos núcleos de hélio e tório. Devido à massa dos núcleos de tório e, portanto, à sua menor velocidade, a energia cinética dos núcleos de hélio é maior.

desintegração beta

Isso pode ocorrer de duas formas: com a emissão de elétrons ou de pósitrons. Suas cargas são opostas, mas suas massas são idênticas , portanto, às vezes, um pósitron pode ser chamado de antielétron. Ao considerar a desintegração radioativa beta, os cientistas geralmente usam o modelo de uma molécula (um elétron ou pósitron) limitada no núcleo, que escapa dele durante a desintegração. Essa suposição foi contestada, pois com base no princípio da incerteza de Heisenberg, a energia cinética de um elétron foi estimada em pouco mais de dez GeV. No entanto, foi provado empiricamente que é igual a apenas alguns megaeletronovolts. Isso significa que a desintegração beta não consiste na fuga de uma molécula, mas na transformação de um núcleo em outro. Ao analisar a desintegração de um nêutron, podemos observar a seguinte transição: O elétron, notado como , tem um número de massa igual a 0 e um número atômico. Isso significa que é uma molécula praticamente sem massa com uma carga negativa. O próton tem ambos os números iguais a um. A presença de um neutrino (v) é necessária dadas as leis de conservação de energia e momento. Tais transformações que ocorrem no núcleo causam interações nucleares fracas. Um exemplo de isótopo sujeito à desintegração beta é o , que se desintegra por uma emissão β ^de acordo com a seguinte equação: Um processo oposto, envolvendo a produção de um pósitron, ocorre, por exemplo, em um isótopo de alumínio:

desintegração gama

O termo “desintegração gama” refere-se a uma desintegração que ocorre quando um núcleo excitado passa para um estado com menor energia, o que resulta na emissão de fótons . Essa transição é semelhante à transição de elétrons para níveis de energia mais baixos e pode ser observada com símbolos, onde * representa o estado excitado: A massa e os números atômicos não mudam durante a desintegração gama. A única alteração refere-se ao tipo de núcleo.

elementos radioativos

Seus átomos se desintegram espontaneamente, emitindo partículas ou raios. Isso geralmente é acompanhado pela emissão de calor e luz. Na natureza, podemos observar quatro grupos de elementos radioativos: thorides, neptunides, uranides e actinides, cujos nomes derivam dos elementos pais. Exemplos incluem:

1. Polônio – um produto de desintegrações atômicas, principalmente envolvendo urânio-238. É uma fonte de radiação alfa e é utilizada como fonte de energia em satélites.
2. Radônio – produzido pela desintegração do rádio, cujo isótopo de massa atômica 222 é utilizado no tratamento de casos graves de câncer.

A série radioativa

Considera-se que todos os núcleos com número atômico superior a 82 são instáveis e sujeitos à desintegração espontânea. A maioria deles também é caracterizada por um ciclo de vida curto, por isso não são observados na natureza. No entanto, existem algumas exceções importantes, como e , cujo período de meia-vida é de 1,39·10 ¹⁰ anos e 7,04·10 ⁸ anos, respectivamente. O decaimento de núcleos pesados pode levar a uma longa série de desintegrações, pois cada núcleo secundário produzido pode se tornar o núcleo primário em uma desintegração subsequente, até que um núcleo estável seja formado. Este processo é chamado de série radioativa.