31: Radioatividade e Física Nuclear
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- Nov 1, 2022
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A exploração da radioatividade e do núcleo revelou partículas, forças e leis de conservação fundamentais e até então desconhecidas. Essa exploração evoluiu para uma busca por outras estruturas subjacentes, como quarks. Neste capítulo, os fundamentos da radioatividade nuclear e do núcleo são explorados. Os dois capítulos a seguir exploram as aplicações mais importantes da física nuclear no campo da medicina. Também exploraremos o básico do que sabemos sobre quarks e outras subestruturas menores que núcleos.
- 31.0: Prelúdio da Radioatividade e da Física Nuclear
- Há uma busca contínua para encontrar subestruturas da matéria. Certa vez, pensava-se que os átomos seriam a subestrutura definitiva, mas logo quando a primeira evidência direta dos átomos foi obtida, ficou claro que eles têm uma subestrutura e um núcleo minúsculo. O núcleo em si tem características espetaculares.
- 31.1: Radioatividade nuclear
- A descoberta e o estudo da radioatividade nuclear revelaram rapidamente evidências de uma nova física revolucionária. Além disso, os usos da radiação nuclear também surgiram rapidamente — por exemplo, pessoas como Ernest Rutherford a usaram para determinar o tamanho do núcleo e os dispositivos foram pintados com tinta dopada com radônio para fazê-los brilhar no escuro. Portanto, começamos nosso estudo da física nuclear com a descoberta e as características básicas da radioatividade nuclear.
- 31.2: Detecção e detectores de radiação
- É sabido que a radiação ionizante nos afeta, mas não desencadeia impulsos nervosos. Os jornais publicam histórias sobre vítimas inocentes de intoxicação por radiação que adoecem com doenças causadas pela radiação, como queimaduras e alterações no hemograma, mas que nunca sentiram a radiação diretamente. Isso faz com que a detecção de radiação por instrumentos seja mais do que uma importante ferramenta de pesquisa. Esta seção é uma breve visão geral da detecção de radiação e de algumas de suas aplicações.
- 31.3: Subestrutura do Núcleo
- O que há dentro do núcleo? Por que alguns núcleos são estáveis enquanto outros decaem? Por que existem diferentes tipos de decaimento (α, β e γ)? Por que as energias de decaimento nuclear são tão grandes? Buscar questões naturais como essas levou a descobertas muito mais fundamentais do que você imagina.
- 31.4: Leis de decadência e conservação nuclear
- A decadência nuclear proporcionou uma janela incrível para o reino dos muito pequenos. A decadência nuclear deu a primeira indicação da conexão entre massa e energia e revelou a existência de duas das quatro forças básicas na natureza. Nesta seção, exploramos os principais modos de decaimento nuclear; e, como aqueles que os exploraram pela primeira vez, descobriremos evidências de partículas e leis de conservação até então desconhecidas.
- 31.5: Meia-vida e atividade
- Os núcleos instáveis decaem. No entanto, alguns nuclídeos decaem mais rápido do que outros. Por exemplo, o rádio e o polônio, descobertos pelos Curies, decaem mais rápido que o urânio. Isso significa que eles têm vida útil mais curta, produzindo uma maior taxa de decaimento. Nesta seção, exploramos meia-vida e atividade, os termos quantitativos para vida útil e taxa de decaimento.
- 31.6: Energia vinculativa
- Quanto mais estreitamente ligado for um sistema, mais fortes serão as forças que o mantêm unido e maior a energia necessária para separá-lo. Portanto, podemos aprender sobre as forças nucleares examinando o quão estreitamente ligados os núcleos estão. Definimos a energia de ligação (BE) de um núcleo como a energia necessária para desmontá-lo completamente em prótons e nêutrons separados. Podemos determinar o BE de um núcleo a partir de sua massa restante. Os dois estão conectados por meio do famoso relacionamento de Einstein: E=mc².
- 31.7: Tunelamento
- Prótons e nêutrons estão ligados dentro dos núcleos, o que significa que a energia deve ser fornecida para separá-los.