O que é a série radioativa – cascata radioativa – definição

As séries radioativas (conhecidas também como cascatas radioativas) são três cadeias de decaimento radioativo de ocorrência natural e uma cadeia artificial de decaimento radioativo de núcleos atômicos pesados ​​e instáveis. Dosimetria de Radiação

As séries radioativas (conhecidas também como cascatas radioativas) são três cadeias de decaimento radioativo de ocorrência natural e uma cadeia de decaimento radioativo artificial de núcleos atômicos pesados ​​e instáveis ​​que decaem através de uma sequência de decaimentos alfa e beta até que um núcleo estável seja alcançado. A maioria dos radioisótopos não decai diretamente para um estado estável e todos os isótopos da série decaem da mesma maneira. Na física de decaimentos nucleares, o núcleo desintegrante é geralmente chamado de núcleo pai e o núcleo remanescente após o evento como núcleo filha . Como o decaimento alfa representa a desintegração de umnúcleo pai de uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio (que contém quatro núcleons), existem apenas quatro séries de decaimento . Dentro de cada série, portanto, o número de massa dos membros pode ser expresso como quatro vezes um número inteiro apropriado (n) mais a constante para essa série. Como resultado, a série tório é conhecida como série 4n, a série neptúnio como série 4n + 1, a série urânio como série 4n + 2 e a série actínio como série 4n + 3.

Três dos conjuntos são chamados de séries naturais ou clássicas. O quarto conjunto, a série neptúnio, é liderado pelo neptúnio-237. Seus membros são produzidos artificialmente por reações nucleares e não ocorrem naturalmente.

As séries clássicas são encabeçadas por núcleos instáveis ​​primordiais . Nuclídeos primordiais são nuclídeos encontrados na Terra que existem em sua forma atual desde antes da formação da Terra. As quatro séries anteriores consistem em radioisótopos, que são descendentes de quatro núcleos pesados ​​com meia-vida longa e muito longa:

  • a série de tório com tório-232 (com meia-vida de 14,0 bilhões de anos),
  • a série de urânio com urânio-238 (que vive por 4,47 bilhões de anos),
  • a série actinium com urânio-235 (com meia-vida de 0,7 bilhões de anos).
  • a série de neptúnios com neptúnio-237 (com meia-vida de 2 milhões de anos).

As meias-vidas de todos os núcleos-filhas são extremamente variáveis ​​e é difícil representar uma gama de escalas de tempo que variam de segundos a bilhões de anos. Como os radioisótopos-filhas têm meias-vidas diferentes, o equilíbrio secular é alcançado após algum tempo. Na longa cadeia de decaimento de um elemento naturalmente radioativo, como o urânio-238 , onde todos os elementos da cadeia estão em equilíbrio secular, cada um dos descendentes acumulou uma quantidade de equilíbrio e todos decaiu na taxa definida pelo pai original. Se e quando o equilíbrio for alcançado, cada isótopo filha sucessivo estará presente em proporção direta à sua meia-vida. Desde a sua atividade é inversamente proporcional à sua meia-vida, cada nuclídeo na cadeia de decaimento finalmente contribui com tantas transformações individuais quanto a cabeça da cadeia.

Como pode ser visto nas figuras, a ramificação ocorre nas quatro séries radioativas. Isso significa que a deterioração de uma dada espécie pode ocorrer de mais de uma maneira. Por exemplo, na série do tório, o bismuto-212 decai parcialmente por emissão beta negativa em polônio-212 e parcialmente por emissão alfa em tálio-206.

Cascata radioativa influencia significativamente a radioatividade ( desintegrações por segundo) de amostras e materiais naturais. Todos os descendentes estão presentes, pelo menos temporariamente, em qualquer amostra natural, seja de metal, composto ou mineral. Por exemplo, o urânio puro-238 é fracamente radioativo (proporcional à sua meia-vida longa), mas um minério de urânio é cerca de 13 vezes mais radioativo que o metal puro-urânio-238 por causa de seus isótopos filhos (por exemplo, radônio, rádio, etc.) contém. Os isótopos de rádio instáveis ​​não são apenas emissores significativos de radioatividade, mas, como estágio seguinte da cadeia de decaimento, eles também geram radônio, um gás radioativo pesado, inerte e de ocorrência natural. Além disso, o calor em decomposição do urânio e seus produtos (como o rádon, o rádio, etc.) contribuem para o aquecimento do núcleo da Terra.

Veja também: Equilíbrio radioativo

Tipos de deterioração

Dentro de cada série radioativa, existem dois modos principais de decaimento radioativo:

  • Decaimento alfa . O decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio. As partículas alfa consistem em dois prótons e dois nêutrons unidos em uma partícula idêntica a um núcleo de hélio. Devido à sua massa muito grande (mais de 7000 vezes a massa da partícula beta) e à sua carga, ela ioniza material pesado e tem um alcance muito curto .
  • Decaimento beta . Decaimento beta ou decaimento β representa a desintegração de um núcleo parental para uma filha através da emissão da partícula beta. As partículas beta são elétrons ou pósitrons de alta energia e alta velocidade emitidos por certos tipos de núcleos radioativos, como o potássio-40. As partículas beta têm maior alcance de penetração do que as partículas alfa, mas ainda muito menos que os raios gama. As partículas beta emitidas são uma forma de radiação ionizante, também conhecida como raios beta. A produção de partículas beta é denominada decaimento beta.

Thorium Series

série de tório - cadeia de deterioraçãosérie do tório é uma das três séries radioativas clássicas que começam com o tório-232 que ocorre naturalmente . Essa cadeia de decaimento radioativo consiste em núcleos atômicos pesados ​​e instáveis, que decaem através de uma sequência de decaimentos alfa e beta até que um núcleo estável seja alcançado. No caso de séries de tório, o núcleo estável é o chumbo-208.

Como o decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio (que contém quatro núcleons), existem apenas quatro séries de decaimento. Dentro de cada série, portanto, o número de massa dos membros pode ser expresso como quatro vezes um número inteiro apropriado (n) mais a constante para essa série. Como resultado, a série de tório é conhecida como série 4n .

energia total liberada do tório-232 para o chumbo-208, incluindo a energia perdida para os neutrinos , é de 42,6 MeV.

Neptunium Series

série neptúnio - cadeia de deterioraçãosérie de neptúnio é uma série radioativa iniciada com neptúnio-237. Seus membros são produzidos artificialmente por reações nucleares e não ocorrem naturalmente, porque a meia-vida do isótopo mais antigo da série é curta em comparação com a idade da Terra. Essa cadeia de decaimento radioativo consiste em núcleos atômicos pesados ​​e instáveis, que decaem através de uma sequência de decaimentos alfa e beta até que um núcleo estável seja alcançado. No caso das séries de neptúnios, o núcleo estável é o bismuto-209 (com meia-vida de 1,9E19 anos) e o tálio-205.

Como o decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio (que contém quatro núcleons), existem apenas quatro séries de decaimento. Dentro de cada série, portanto, o número de massa dos membros pode ser expresso como quatro vezes um número inteiro apropriado (n) mais a constante para essa série. Como resultado, a série de neptúnio é conhecida como a série 4n + 1 .

energia total liberada do neptúnio-237 ao tálio-205, incluindo a energia perdida para os neutrinos , é de 50,0 MeV.

Em algum tipo de detector de fumaça, você pode conhecer os radionuclídeos desta série. Os detectores de fumaça por ionização geralmente usam um radioisótopo, geralmente amerício-241 , para ionizar o ar e detectar fumaça. Nesse caso, o americium-241 decai para o neptúnio-237 e é, de fato, um membro da série de neptúnios.

Série de urânio

série de urânio - cadeia de deterioraçãosérie de urânio , também conhecida como série de rádio, é uma das três séries radioativas clássicas que começam com o urânio-238 que ocorre naturalmente . Essa cadeia de decaimento radioativo consiste em núcleos atômicos pesados ​​e instáveis, que decaem através de uma sequência de decaimentos alfa e beta até que um núcleo estável seja alcançado. No caso de séries de urânio, o núcleo estável é o chumbo-206.

Como o decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio (que contém quatro núcleons), existem apenas quatro séries de decaimento. Dentro de cada série, portanto, o número de massa dos membros pode ser expresso como quatro vezes um número inteiro apropriado (n) mais a constante para essa série. Como resultado, a série de urânio é conhecida como série 4n + 2 .

energia total liberada do urânio-238 para o chumbo-206, incluindo a energia perdida para os neutrinos , é de 51,7 MeV.

Série de urânio e urânio-234

O isótopo de urânio-234 é um membro desta série. Esse isótopo tem meia-vida de apenas 2,46 x 10 5 anos e, portanto, não pertence a nuclídeos primordiais (ao contrário de 235 U e 238 U ). Por outro lado, este isótopo ainda está presente na crosta terrestre, mas isso é devido ao fato de 234 U é um produto de decaimento indireta de 238 U . Decadências de 238 U por decaimento alfa em 234 U. 234U decai por decaimento alfa em 230Th, exceto uma fração muito pequena (da ordem de ppm) de núcleos que decai por fissão espontânea.

Em uma amostra natural de urânio, esses núcleos estão presentes nas proporções inalteráveis ​​do equilíbrio radioativo da filiação de 238 U na proporção de um átomo de 234 U para cerca de 18 500 núcleos de 238 U. Como resultado desse equilíbrio, esses dois os isótopos ( 238 U e 234 U) contribuem igualmente para a radioatividade do urânio natural.

Série Actinium

série actinium - cadeia de deterioraçãosérie actinium é uma das três séries radioativas clássicas começando com urânio-235 que ocorre naturalmente . Essa cadeia de decaimento radioativo consiste em núcleos atômicos pesados ​​e instáveis, que decaem através de uma sequência de decaimentos alfa e beta até que um núcleo estável seja alcançado. No caso de séries de actínio, o núcleo estável é o chumbo-207.

Como o decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio (que contém quatro núcleons), existem apenas quatro séries de decaimento. Dentro de cada série, portanto, o número de massa dos membros pode ser expresso como quatro vezes um número inteiro apropriado (n) mais a constante para essa série. Como resultado, a série actinium é conhecida como série 4n + 3 .

A energia total liberada do urânio-235 para o chumbo-207, incluindo a energia perdida para os neutrinos, é de 46,4 MeV.

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: [email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.