Radiação nuclear refere-se a processos pelos quais núcleos instáveis ​​se tornam mais estáveis ​​pela emissão de partículas energéticas. Os três tipos de radiação nuclear referem-se à radiação alfa, beta e gama. Para se tornar estável, um núcleo pode emitir uma partícula alfa (um núcleo de hélio) ou uma partícula beta (um elétron ou pósitron). Freqüentemente, perder uma partícula dessa forma deixa o núcleo em um estado excitado. Em seguida, o núcleo libera o excesso de energia na forma de um fóton de raios gama.

Introdução

Em última análise, uma matéria é composta de átomos. Os átomos, por sua vez, são compostos de prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons são carregados positivamente e os elétrons são carregados negativamente. Os nêutrons não são carregados. Prótons e nêutrons residem dentro do núcleo do átomo, e prótons e nêutrons são chamados juntos núcleons. Os elétrons são encontrados em uma região ao redor do núcleo, que é muito maior do que o tamanho do próprio núcleo. Em átomos neutros, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Em átomos neutros, as cargas positivas e negativas se cancelam, dando uma carga líquida zero.

Estrutura de um átomo - Núcleos são encontrados na região central. Na região cinza, o elétron pode ser encontrado.

Propriedades de prótons, nêutrons e elétrons

Partícula	Classificação de Partículas	Massa	Cobrar
Próton ( )	Baryon
Nêutron ( )	Baryon
Elétron ( )	Lepton

Observe que o nêutron é ligeiramente mais pesado que o próton.

Notação para Representar Núcleos

Os núcleos de um isótopo são frequentemente representados da seguinte forma:

Por exemplo, os isótopos de hidrogênio protium, deutério e trítio são escritos com a seguinte notação:

,

,

.

Às vezes, o número do próton também é emitido e apenas o símbolo e o número do nucleon são escritos. por exemplo.,

,

,

.

Não há problema em não mostrar o número do próton explicitamente, pois o número de prótons determina o elemento (símbolo). Às vezes, um determinado isótopo pode ser referido com o nome do elemento e o número do nucleon, e. urânio-238.

Massa Atômica Unificada

Massa atômica unificada (

) é definido como

a massa de um átomo de carbono-12.

.

Os três tipos de radiação nuclear

Alfa Beta e radiação gama

Como mencionamos antes, os três tipos de radiação nuclear são alfa, beta e radiação gama. No radiação alfa, um núcleo se torna mais estável emitindo dois prótons e dois nêutrons (um núcleo de hélio). Existem três tipos de radiação beta: beta menos, beta mais e captura de elétrons. No beta menos radiação, um nêutron pode se transformar em um próton, liberando um elétron e um antineutrino de elétron no processo. No beta mais radiação, um próton pode se transformar em um nêutron, emitindo um pósitron e um antineutrino de elétron. No captura de elétrons, um próton no núcleo captura um elétron do átomo, transformando-se em um nêutron e liberando um neutrino de elétron no processo. A radiação gama refere-se à emissão de fótons de raios gama por núcleos em estados excitados, para que se tornem desexcitados.

O que é radiação alfa

No radiação alfa, um núcleo instável emite um partícula alfa, ou um núcleo de hélio (ou seja, 2 prótons e 2 nêutrons), para se tornar um núcleo mais estável. Uma partícula alfa pode ser denotada como

ou

.

Por exemplo, um núcleo de polônio-212 sofre decaimento alfa para se tornar um núcleo de chumbo-208:

Quando os decaimentos nucleares são registrados nesta forma, o número total de núcleons do lado esquerdo deve ser igual ao número total de núcleons do lado direito. Também, o número total de prótons do lado esquerdo deve ser igual ao número total de prótons do lado direito. Na equação acima, por exemplo, 212 = 208 + 4 e 84 = 82 + 2.

O núcleo filho produzido por um decaimento alfa, portanto, tem dois prótons e quatro núcleons a menos que o núcleo pai.

Em geral, para decaimento alfa, podemos escrever:

As partículas alfa emitidas durante o decaimento alfa têm energias específicas, que são determinadas pela diferença nas massas dos núcleos pai e filho.

Exemplo 1

Escreva a equação para o decaimento alfa do amerício-241.

Americium tem um número atômico de 95. Durante o decaimento alfa, o núcleo do amerício emitiria uma partícula alfa. O novo núcleo produzido (“o núcleo filho”) teria dois prótons a menos e quatro núcleos a menos ao todo. isto é, deve ter um número atômico 93 e um número nuclear 237. O número atômico 93 refere-se a um átomo de neptúnio (Np). Então, nós escrevemos,

O que é radiação beta

Na radiação beta, um núcleo decai emitindo um elétron ou pósitron (um pósitron é a antipartícula do elétron, tendo a mesma massa, mas a carga oposta). O núcleo não contém elétrons ou pósitrons; então, primeiro um próton ou nêutron precisa se transformar, como veremos a seguir. Quando um elétron ou pósitron é liberado, para conservar o número de leptons, também é liberado um neutrino de elétron ou um antineutrino de elétron. A energia das partículas beta (que se referem a elétrons ou pósitrons) para um determinado decaimento pode assumir uma gama de valores, dependendo de quanto da energia liberada durante o processo de decaimento foi dada ao neutrino / antineutrino. Dependendo do mecanismo envolvido, existem três tipos de radiação beta: beta menos, beta mais e captura de elétrons.

O que é beta menos radiação

UMA beta menos (

) partícula é um elétron. No decaimento beta menos, um nêutron decai em um próton, um elétron e um antineutrino de elétron:

O próton permanece no núcleo enquanto o elétron e o elétron antineutrino são emitidos. O processo beta menos pode ser resumido como:

Por exemplo, o ouro-202 decai por emissão beta menos:

O que é Beta Plus Radiation

UMA beta plus (

) partícula é um pósitron. No decaimento beta mais, um próton é transformado em um nêutron, um pósitron e um neutrino:

O nêutron permanece no núcleo enquanto o pósitron e o neutrino do elétron são emitidos. O processo beta menos pode ser resumido como:

Por exemplo, um núcleo de fósforo 30 pode sofrer decaimento beta mais:

O que é captura de elétrons

Na captura de elétrons, um próton no núcleo "captura" um dos elétrons do átomo, dando um nêutron e um neutrino de elétron:

O neutrino do elétron é emitido. O processo de captura de elétrons pode ser resumido como:

Por exemplo, Níquel-59 mostra beta mais decadência da seguinte forma:

O que é radiação gama

Depois de sofrer decaimento alfa ou beta, o núcleo geralmente fica em um estado de excitação de energia. Esses núcleos então se desexcitam emitindo um fóton gama e perdendo seu excesso de energia. O número de prótons e nêutrons não muda durante este processo. A radiação gama normalmente assume a forma:

onde o asterik representa o núcleo em um estado excitado.

Por exemplo, o cobalto-60 pode se decompor em níquel-60 por meio do decaimento beta. O núcleo de níquel formado está em um estado excitado e emite um fóton de raios gama para se tornar desexcitado:

Os fótons emitidos por raios gama também têm energias específicas, dependendo dos estados de energia específicos do núcleo.

Propriedades de alfa beta e radiação gama

Comparativamente, as partículas alfa têm a maior massa e carga. Eles se movem lentamente em comparação com as partículas beta e gama. Isso significa que, à medida que viajam pela matéria, eles são capazes de retirar os elétrons das partículas de matéria com as quais entram em contato com muito mais facilidade. Conseqüentemente, eles têm o maior poder ionizante.

No entanto, como eles causam ionizações com mais facilidade, eles também perdem sua energia mais rapidamente. Normalmente, as partículas alfa podem viajar apenas alguns centímetros no ar antes de perder toda a sua energia das partículas de ar ionizantes. As partículas alfa também não podem penetrar na pele humana, portanto, não podem causar nenhum dano, desde que permaneçam fora do corpo. No entanto, se um material radioativo que emite partículas alfa for ingerido, isso pode causar muitos danos devido à sua forte capacidade de causar ionização.

Comparativamente, as partículas beta (elétrons / pósitrons) são mais leves e podem viajar mais rápido. Eles também têm metade da carga de uma partícula alfa. Isso significa que seu poder ionizante é menor em comparação com as partículas alfa. Na verdade, as partículas beta podem ser interrompidas por alguns milímetros de folhas de alumínio.

Os fótons emitidos pela radiação gama são descarregados e “sem massa”. À medida que passam por um material, eles podem fornecer energia aos elétrons que constituem o material e causam ionizações. No entanto, seu poder ionizante é muito menor em comparação com o de alfa e beta. Por outro lado, isso significa que sua capacidade de penetração nos materiais é muito maior. Um bloco de chumbo com vários centímetros de espessura poderia reduzir a intensidade da radiação gama, mas mesmo isso não é suficiente para interromper completamente a radiação.

O gráfico abaixo compara algumas das propriedades de alfa, beta e gama radiaton

Propriedade	Radiação alfa	Radiação beta	Radiação gama
Natureza da partícula	Um núcleo de hélio	Um elétron / pósitron	Um fóton
Cobrar			0
Massa			0
Velocidade relativa	Devagar	Médio	Velocidade da luz
Poder relativo de ionização	Alto	Médio	Baixo
Parado por	Folha de papel grossa	Poucos mm de folha de alumínio	(até certo ponto) Alguns centímetros de um bloco de chumbo

Referências:

Grupo de dados de partículas. (2013). Constantes físicas. Recuperado em 24 de julho de 2015, do Particle Data Group: