O que é Decaimento Gama – Radioatividade Gama – Definição

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

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 igual de prótons e número igual de massa (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.

Na maioria das fontes práticas de laboratório, os estados nucleares excitados são criados no decaimento de um radionuclídeo pai, portanto, um decaimento gama geralmente 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 deterioração 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 .

Prompt Decaimento Gama

Como foi escrito, o decaimento gama pode seguir reações nucleares , como captura de nêutrons , fusão nuclear ou fissão nuclear . A maioria das reações nucleares produz núcleos extremamente instáveis que decaem assim que são formados em reações nucleares (meia-vida menor que 10 ^-11 s) e geralmente não são classificados como isômeros nucleares. Além disso, esses núcleos geralmente produzem uma cascata de raios gama e a cascata de raios gama termina quando todo o excesso de energia do núcleo excitado é liberado.

Por exemplo, após um aviso de fissão nuclear, raios gama são emitidos a partir de fragmentos de fissão. A maioria dos raios gama é emitida após nêutrons. A reação de fissão libera aproximadamente ~ 7 MeV em raios gama imediatos e ~ 7 MeV adicionais (para 235U ) em raios gama atrasados. Essa é uma porção significativa de energia (~ 7% da energia de fissão liberada) e deve ser considerada em muitos campos do projeto do reator

Transição isomérica

Em certos casos, o estado nuclear excitado que segue a emissão de uma partícula beta ou outro tipo de excitação é capaz de permanecer em estado metaestável por um longo período de tempo (horas, dias e às vezes muito mais) antes de sofrer decaimento gama, no qual eles emitem um raio gama. Esses núcleos excitados de vida longa são conhecidos como estados isoméricos (ou isômeros ) e seus decaimentos são denominados transições isoméricas . O processo de transição isomérica é, portanto, semelhante a qualquer emissão gama, mas difere por envolver os estados excitados metaestáveis ​​intermediários dos núcleos.

Núcleos metaestáveis ​​são frequentemente caracterizados por alto spin nuclear, exigindo uma mudança no spin de várias unidades ou mais com decaimento gama, em vez de uma única transição de unidade que ocorre em apenas 10 a ¹² segundos. A taxa de decaimento gama também é reduzida quando a energia de excitação do núcleo é pequena. Um exemplo é o decaimento do isômero ou estado metaestável do protactínio:

Núcleos extremamente instáveis ​​que decaem assim que são formados em reações nucleares (meia-vida menor que 10 ^-11 s) geralmente não são classificados como isômeros nucleares. As transições isoméricas devem ocorrer por transições multipolares de ordem superior (em contraste com a emissão gama que ocorre pela radiação dipolar) que ocorrem em uma escala de tempo mais longa.