O que é Núcleos Estáveis – Núcleos Instáveis – Definição

Existem apenas certas combinações de nêutrons e prótons, que formam núcleos estáveis. Se houver muitos ou poucos nêutrons para um determinado número de prótons, o núcleo resultante não é estável e sofre decaimento radioativo. Isótopos instáveis ​​decaem através de várias vias de decaimento radioativo. Dosimetria de Radiação

Núcleos Estáveis ​​- Núcleos Instáveis

Tabela de Nuclídeos - Estabilidade Nuclear
Gráfico de segmentos – Este gráfico mostra um gráfico dos nuclídeos conhecidos em função de seus números atômicos e de nêutrons. Pode-se observar no gráfico que existem mais nêutrons que prótons em nuclídeos com Z maior que cerca de 20 (cálcio). Esses nêutrons extras são necessários para a estabilidade dos núcleos mais pesados. O excesso de nêutrons age como uma cola nuclear.

Uma estabilidade nuclear é determinada pela competição entre duas interações fundamentais. Os núcleos atômicos consistem em prótons e nêutrons, que se atraem através  da  força nuclear , enquanto os prótons se repelem através  da força eletromagnética  devido à sua carga positiva. Essas duas forças competem, levando a várias estabilidade dos núcleos. Existem apenas certas combinações de nêutrons e prótons, que formam  núcleos estáveis . Os nêutrons estabilizam o núcleo , porque se atraem e prótons, o que ajuda a compensar a repulsão elétrica entre os prótons. Como resultado, à medida que o número de prótons aumenta,  é necessária uma proporção crescente de nêutrons para prótons para formar um núcleo estável. Se houver muitos ( nêutrons também obedecem ao princípio de exclusão de Pauli ) ou poucos nêutrons para um determinado número de prótons, o núcleo resultante não é estável e sofre  decaimento radioativo . Isótopos instáveis  decaem através de várias vias de decaimento radioativo, mais comumente decaimento alfa, decaimento beta ou captura de elétrons. Muitos outros tipos raros de deterioração, como fissão espontânea ou emissão de nêutrons, são conhecidos.

O  princípio de exclusão de Pauli  também influencia a  energia crítica  dos  núcleos físseis  e  fissionáveis . Por exemplo, actinídeos com número ímpar de nêutrons são usualmente físseis (fissionáveis ​​com nêutrons lentos) enquanto actinídeos com número par nêutron geralmente não são físseis (mas são fissionáveis ​​com nêutrons rápidos). Núcleos pesados ​​com um número par de prótons e um número par de nêutrons são (devido ao princípio de exclusão de Pauli) muito estáveis ​​graças à ocorrência de ‘spin emparelhado’. Por outro lado, núcleos com um número ímpar de prótons e nêutrons são na maioria instáveis.

Números mágicos de prótons e nêutrons

Um número mágico é um número de núcleons em um núcleo , que corresponde a conchas completas dentro do núcleo atômico. Núcleos atômicos que consistem em um número mágico de núcleons têm uma energia de ligação média mais alta por núcleo do que seria de esperar com base em previsões como a fórmula de massa de von Weizsaecker (também chamada de fórmula de massa semi-empírica – SEMF ) e, portanto, são mais estáveis contra a decadência nuclear. Números mágicos são previstos pelo modelo de reservatório nucleare são comprovadas por observações que mostram que há descontinuidades repentinas nas energias de separação de prótons e nêutrons em valores específicos de Z e N. Elas correspondem ao fechamento de conchas (ou subcascas). Núcleos com conchas fechadas são mais fortemente ligados que o próximo número mais alto. O fechamento das conchas ocorre em Z ou N = 2, 8, 20, 28, (40), 50, 82, 126. Verificou-se que núcleos com números pares de prótons e nêutrons são mais estáveis ​​do que aqueles com números ímpares. Núcleos que possuem número de nêutrons e número de prótons iguais a um dos números mágicos podem ser chamados de ” duplamente mágicos ” e são particularmente estáveis.números mágicos - núcleos duplamente mágicosExistem outras propriedades especiais de núcleos, que possuem um número mágico de núcleons:

  1. Maior abundância na natureza. Por exemplo, o hélio-4 está entre os núcleos mais abundantes (e estáveis) do universo.
  2. Todos os elementos estáveis ​​no final da série de decaimento têm um “número mágico” de nêutrons ou prótons. Os núcleos He-4, O-16 e Pb-208 (82 prótons e 126 nêutrons) que contêm números mágicos de nêutrons e prótons são particularmente estáveis. A estabilidade relativa desses núcleos lembra a dos átomos de gás inerte (invólucros de elétrons fechados).
  3. Núcleos com N = número mágico têm seções transversais de absorção de nêutrons muito mais baixas do que os isótopos vizinhos.
  4. Esses núcleos parecem ter uma forma perfeitamente esférica; eles têm zero momentos elétricos quadripolar.
  5. Núcleos de número mágico têm maior energia de primeira excitação.

Núcleos Instáveis ​​- Modos de Decaimento

Notação de reações nucleares - decaimentos radioativos
Notação de reações nucleares – decaimentos radioativos
Fonte: chemwiki.ucdavis.edu

O decaimento nuclear ( decaimento radioativo) ocorre quando um átomo instável perde energia emitindo radiação ionizante . O decaimento radioativo é um processo aleatório  no nível de átomos únicos, pois, segundo a teoria quântica, é impossível prever quando um átomo em particular decairá. Durante o decaimento radioativo, um núcleo instável se decompõe espontaneamente e aleatoriamente para formar um núcleo diferente (ou um estado de energia diferente – decaimento gama), emitindo radiação na forma de partículas atômicas ou raios de alta energia. Esse decaimento ocorre a uma taxa constante e previsível, denominada meia-vida. Um núcleo estável não sofrerá esse tipo de decaimento e, portanto, não será radioativo. Existem muitos modos de decaimento radioativo:

  • Radioatividade alfa . Decaimento alfa é a emissão de partículas alfa (núcleos 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 .
  • Radioatividade beta . O decaimento beta é a emissão de partículas 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.
  • Radioatividade gama . A radioatividade gama consiste em raios gama. Os raios gama são radiação eletromagnética (fótons de alta energia) de frequência muito alta e de alta energia. Eles são produzidos pela decadência dos núcleos à medida que passam de um estado de alta energia para um estado inferior, conhecido como decaimento gama. A maioria das reações nucleares é acompanhada por emissão gama.
  • Emissão de nêutrons . A emissão de nêutrons é um tipo de decaimento radioativo de núcleos contendo excesso de nêutrons (especialmente produtos de fissão), nos quais um nêutron é simplesmente ejetado do núcleo. Esse tipo de radiação desempenha papel fundamental no controle do reator nuclear , porque esses nêutrons são nêutrons atrasados .
Tabela de exemplos de meias-vidas e constantes de deterioração.
Tabela de exemplos de meias-vidas e constantes de deterioração. Observe que as meias-vidas curtas seguem grandes constantes de decaimento. O material radioativo com meia-vida curta é muito mais radioativo, mas obviamente perderá sua radioatividade rapidamente.

A taxa de decaimento nuclear também é medida em termos de  meia-vida . A meia-vida é a quantidade de tempo que um determinado isótopo leva para perder metade de sua radioatividade. As meias-vidas variam de  milionésimos de segundo para produtos de fissão altamente radioativos  a  bilhões de anos para materiais de longa duração  (como o urânio que ocorre naturalmente  ). Observe que  meia-vida curta segue grandes constantes de decaimento. O material radioativo com meia-vida curta é muito mais radioativo (no momento da produção), mas obviamente perderá sua radioatividade rapidamente. Não importa quão longa ou curta a meia-vida seja, depois que sete meias-vidas tiverem passado, resta menos de 1% da atividade inicial.

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