Física nuclear básica: Conceitos, decaimentos e curiosidades

A física nuclear básica é o ramo do conhecimento humano que estuda a natureza e seus fundamentos, englobando desde a maior estrela até a menor partícula.

Por conta disso, é uma matéria tão fascinante para nós, e seus temas de estudo são inesgotáveis.

A ideia de átomo é muito antiga, remontando à Grécia Antiga, onde alguns filósofos propuseram o seguinte exercícios mental: Se eu fracionar uns objetos muitas vezes, o que terei?

A responsa que chegaram foi o átomo, que seria uma partícula indestrutível e indivisível, sendo usada como constituinte de tudo que existe.

Muitos estudos foram feitos posteriormente, e cada vez mais a humanidade entendia o que era o átomo que os gregos idealizaram.

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O átomo e suas características

O átomo, como os gregos supuseram, é de fato o constituinte de todas as coisas, mas não é indestrutível nem indivisível.

Na realidade, se compararmos os modelos atômicos com base em experimentos, existem muitas coisas que os gregos nunca sonharam que pudessem existir.

O modelo de Dalton, por exemplo, seguiu a lógica dos gregos, mas acrescentou que existem diferentes átomos para diferentes elementos, mas todos os elementos possuem átomos idênticos.

É o famoso modelo atômico da bola de bilhar, onde os átomos seriam indivisíveis e perfeitamente esféricos, retratando a busca pela perfeição que os gregos tanto gostavam.

O modelo de Dalton caiu por terra por conta dos experimentos de Thomson, que por meio de experimentos concluiu que os átomos seriam gelatinosos, contendo cargas positivas e negativas.

Esse modelo ficou conhecido como pudim de passas, onde a massa do pudim seria a carga positiva, e as passas os elétrons.

Já era possível obter certos resultados com esse modelo, mas ele ainda parecia problemático em alguns pontos.

Rutherford bombardeou uma fina camada de ouro com partículas alfa, e por meio de seus resultados constatou que o átomo é constituído de um núcleo muito pequeno rodeado de elétrons.

Esse modelo se baseia no fato de que a maioria das partículas alfa passam tranquilamente pela folha de ouro, mas outras sofrem grandes alterações em suas trajetórias.

O modelo de Rutherford ficou conhecido como modelo planetário, onde o sol seria o núcleo e os planetas os elétrons do átomo.

Hoje em dia conhecemos o suficiente de mecânica quântica para saber que o átomo não é tão simples quanto os modelos anteriores, e envolve muitos fatores obscuros para nós.

O átomo é constituído por um núcleo, contendo os prótons e nêutrons, e a eletrosfera é determinada por orbitais específicos, relacionada com níveis de energia.

 

Alguns conceitos importantes na física nuclear

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A física nuclear possui alguns termos próprios para facilitar a compreensão de fenômenos, dentre eles está o termo “nucleons”, que se refere às partículas do núcleo atômico.

Nesse sentido, os núcleons de qualquer átomo são seus prótons e nêutrons que o constituem.

O número atômico é a soma dos prótons e dos nêutrons de um determinado átomo, e é descrito pela letra A.

Este valor aparece na parte superior à esquerda da abreviação química do elemento.

Quanto aos prótons, temos o símbolo para número de prótons, descrito por Z.

Ele aparece à esquerda inferior da abreviação química do elemento, logo abaixo do número atômico.

O número de elétrons é omitido na tabela, pois a quantidade de elétrons é equivalente ao de prótons.

Sobre o número de nêutron, denominados N seu símbolo, e também fica omitido da tabela, pois A-Z = N.

Alguns átomos são considerados instáveis; isso significa dizer que eles não estão em um arranjo energético satisfatório, e irão se alterar para alcançar um estado estável.

Essa alteração pode se dar na forma de decaimento radioativo, que nada mais é do que emissão de partículas e/ou radiação pelo núcleo, como se fosse uma válvula de escape.

Há casos onde pode ocorre a fissão nuclear, quando o núcleo é tão grande e instável que se parte, formando dois novos elementos.

Decaimentos 𝞪,𝛃+ e 𝛃-

As principais formas de decaimento são 𝞪,𝛃+ e 𝛃-, e suas reação de decaimentos são dadas por física nuclear:

Decaimento 𝞪:

No decaimento 𝞪 o núcleo emite uma partícula de hélio () e radiação gama para atingir a estabilidade energética.

Na relação de decaimento, vemos os termos de energia cinética para a partícula 𝞪 e o átomo filho, Y, além de um termo relacionado à energia gama.

Esse último termo vem do fato de que, após ocorrer o decaimento, o átomo filho muitas vezes encontra-se excitado, sendo necessário a emissão de radiação gama para atingir a estabilidade.

Decaimento 𝛃-:

O decaimento 𝛃- é parecido com o decaimento por 𝞪, mas devemos acrescentar um antineutrino em nossa equação.

Isso se faz necessário pois a energia da partícula 𝛃- é contínua, sendo preciso a existência de um antineutrino para receber a diferença de energia do átomo estável e da partícula emitida.

Decaimento 𝛃+:

É praticamente igual ao decaimento 𝛃-, mas agora emitimos um neutrino, não um antineutrino.

Esse fato acontece pois no 𝛃- estamos transformando um nêutron em um próton, e no 𝛃+ fazemos o oposto disso.



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