O que é Alpha Decay vs Gamma Decay – Radioatividade – Definição

Decaimento alfa vs Decaimento gama. Este artigo resume as principais diferenças entre decaimento alfa e gama, que têm natureza diferente. Os raios gama são fótons de alta energia, enquanto as partículas alfa são núcleos de átomos de hélio. Dosimetria de Radiação

O decaimento alfa  (ou decaimento α e também a radioatividade alfa ) representa a desintegração de um núcleo parental para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio. Essa transição pode ser caracterizada como:

Decaimento Alfa - Radioatividade Alfa

Como pode ser visto na figura, a partícula alfa é emitida em decaimento alfa. Partículas alfa são núcleos energéticos de hélio . As partículas alfa consistem em dois prótons e dois nêutrons unidos em uma partícula idêntica a um núcleo de hélio. As partículas alfa são relativamente grandes e carregam uma carga positiva dupla. Eles não são muito penetrantes e um pedaço de papel pode detê-los. Eles viajam apenas alguns centímetros, mas depositam todas as suas energias ao longo de seus caminhos curtos.

Na prática, esse modo de decaimento foi observado apenas em nuclídeos consideravelmente mais pesados ​​que o níquel, com os emissores alfa mais leves conhecidos sendo os isótopos mais leves (números de massa 106–110) de telúrio (elemento 52). Nos reatores nucleares, o decaimento alfa ocorre, por exemplo, no combustível (decaimento alfa de núcleos pesados). As partículas alfa são comumente emitidas por todos os núcleos radioativos pesados ​​que ocorrem na natureza ( urânio , tório ou rádio), bem como pelos elementos transurânicos (neptúnio, plutônio ou amerício).Deterioração de urânio 238.

Teoria do Decaimento Alfa – Tunelamento Quântico

Entre a variedade de canais em que um núcleo decai, o decaimento alfa tem sido um dos mais estudados. O canal de decaimento alfa em núcleos pesados ​​e super pesados ​​forneceu informações sobre as propriedades fundamentais de núcleos distantes da estabilidade, como suas energias no estado fundamental e a estrutura de seus níveis nucleares.

O decaimento alfa é um processo de tunelamento quântico . Para ser emitida, a partícula alfa deve penetrar em uma barreira potencial. Isso é semelhante ao decaimento de aglomerados , no qual um núcleo atômico emite um pequeno “aglomerado” de nêutrons e prótons (por exemplo, 12 ° C).

A altura da barreira de Coulomb para os núcleos de A «200 é de cerca de 20-25 MeV . As partículas alfa emitidas no decaimento nuclear têm energias típicas de cerca de 5 MeV. Por um lado, uma partícula alfa de 5 MeV de entrada é espalhada de um núcleo pesado e não pode penetrar na barreira de Coulomb e chegar suficientemente perto do núcleo para interagir através da força forte. Por outro lado, uma partícula alfa de 5 MeV ligada a um poço de potencial nuclear é capaz de encapsular a mesma barreira de Coulomb.

decaimento alfa - tunelamento quânticoEm 1928, George Gamow (e independentemente por Ronald Gurney e Edward Condon ) havia resolvido a teoria do decaimento alfa via tunelamento quântico. Eles assumiram que a partícula alfa e o núcleo filha existiam dentro do núcleo pai antes de sua dissociação, ou seja, o decaimento dos estados quasistacionários (QS). Um estado quase-estacionário é definido como um estado de vida longa que eventualmente se deteriora. Inicialmente, o cluster alfa oscila no potencial do núcleo filha, com o potencial de Coulomb impedindo sua separação. A partícula alfa está presa em um poço potencial pelo núcleo. Classicamente, é proibido escapar, mas, de acordo com os (então) princípios recém-descobertos da mecânica quântica, há uma pequena (mas não nula) probabilidade de “tunelar” a barreira e aparecer do outro lado para escapar do núcleo. . Usando o mecanismo de tunelamento, Gamow, Condon e Gurney calcularam a capacidade de penetração da partícula α do tunelamento através da barreira de Coulomb, encontrar a vida útil de alguns núcleos emissores de α. O principal sucesso desse modelo foi a reprodução da lei semi-empírica de Geiger-Nuttall, que expressa a vida útil dos emissores α em termos das energias das partículas α liberadas. Deve-se notar que outras formas comuns de decaimento (por exemplo, decaimento beta) são governadas pela interação entre a força nuclear e a força eletromagnética.

Referência especial: WSC Williams. Física Nuclear e de Partículas. Clarendon Press; 1 edição, 1991, ISBN: 978-0198520467.

 

Decaimento gama ou decaimento γ representa a desintegração de um núcleo pai em uma filha através da emissão de raios gama (fótons de alta energia). Essa transição ( decaimento γ ) pode ser caracterizada como:

Decaimento gama - radioatividade gama - definição

Como pode ser visto, se um núcleo emite um raio gama, os números atômicos e de massa do núcleo filha permanecem os mesmos, mas o núcleo filha formará diferentes estados de energia do mesmo elemento. Observe que nuclídeos com número de prótons e número de massa iguais (tornando-os por definição o mesmo isótopo), mas em um estado de energia diferente são conhecidos como isômeros nucleares. Normalmente indicamos isômeros com um sobrescrito m, assim: 241m Am ou 110m Ag.

Iodo 131 - esquema de decaimento
Iodo 131 – esquema de decaimento

Na maioria das fontes práticas de laboratório, os estados nucleares excitados são criados no decaimento de um radionuclídeo parental, portanto, um decaimento gama normalmente acompanha outras formas de decaimento , como decaimento alfa ou beta. Normalmente, após um decaimento beta (transição isobárica), os núcleos geralmente contêm muita energia para estar em seu estado final estável ou filha.

Os raios gama são fótons de alta energia com comprimentos de onda muito curtos e, portanto, frequência muito alta. Os raios gama do decaimento radioativo estão na faixa de energia de alguns keV a ~ 8 MeV, correspondendo aos níveis típicos de energia nos núcleos com vida útil razoavelmente longa. Como foi escrito, eles são produzidos pela decomposição dos núcleos à medida que passam de um estado de alta energia para um estado inferior. Como os raios gama são em substância apenas fótons de alta energia, eles são matéria muito penetrante e, portanto, biologicamente perigosos. Os raios gama podem viajar milhares de pés no ar e podem facilmente passar pelo corpo humano.

Ao contrário da radioatividade alfa e beta , a radioatividade gama é governada por uma interação eletromagnética em vez de uma interação fraca ou forte . Como nas transições atômicas, o fóton carrega pelo menos uma unidade de momento angular (o fóton, sendo descrito pelo campo eletromagnético do vetor, possui momento angular de rotação de ħ), e o processo conserva a paridade .

Referência especial: WSC Williams. Física Nuclear e de Partículas. Clarendon Press; 1 edição, 1991, ISBN: 978-0198520467.

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