RADIOATIVIDADE – Fissão, Fusão nuclear e Cinética radioativa

FISSÃO NUCLEAR

É a divisão de um núcleo atômico em dois núcleos menores, provocada a partir do bombardeio deste núcleo por um nêutron. Essa reação libera grande quantidade de energia.

Aplicação: utilizada na geração de energia em usinas nucleares e na produção das bombas atômicas.

O efeito cogumelo, causado por bombas atômicas

Exemplo:

⁹²U²³⁵ + ⁰n¹ → ⁵⁶Ba¹⁴⁰ + ³⁶Kr⁹³ + 3 ⁰n¹ + energia

Os nêutrons formados em uma reação de fissão são capazes de fissionar novos núcleos de urânio, provocando uma reação em cadeia. Por essa razão, fissões nucleares produzem grande quantidade de energia.

FUSÃO NUCLEAR

União de dois núcleos atômicos, formando um novo e maior núcleo atômico. Essa reação libera grande quantidade de energia, superior à liberada em uma fissão nuclear. Porém para esse tipo de reação nuclear demanda grande quantidade de energia para ocorrer. Esse calor pode ser produzido na explosão de uma bomba atômica.

Aplicação: a fusão nuclear está relacionada ao funcionamento da bomba de hidrogênio. Além disso, a fusão nuclear ocorre continuamento no sol, pela união de de isótopos de hidrogênio, formando um núcleo de hélio.

Exemplo:

1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + energia

OBSERVAÇÃO

O funcionamento de uma bomba de hidrogênio envolve o fenômeno da fusão nuclear, e se trata de uma reação não controlada. Porém, para que esta reação inicie, é necessária uma temperatura elevada, e para que isso aconteça, bombas atômicas são explodidas, e na fissão nuclear ocorrida é gerada a energia necessária para acionar a bomba de hidrogênio.

A reação de fusão ocorre em uma velocidade altíssima, e libera muito mais energia do que a fissão nuclear. O primeiro e único lançamento de uma bomba de hidrogênio foi feito nas Ilhas Marshall. Nele, se verificou que o poder de destruição da bomba de hidrogênio foi cerca de 700 vezes maior do que o de uma bomba atômica lançada em Hiroshima, onde uma das duas bombas lançada foi responsável pela morte de mais de 100 mil mortos.

Físicos estimaram que a temperatura nas proximidades da explosão pode ter alcançado 4000 ºC.

CINÉTICA DE DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA

Quando um átomo (nuclídeo) radioativo emite partículas, ele se transforma em um nuclídeo diferente. Com o passar do tempo, a quantidade de nuclídeos vai diminuindo. A cinética radioativa estuda a velocidade com que os átomos radioativos se desintegram por meio de emissões de partículas.

MEIA-VIDA

Também chamada de período de semi-desintegração (P), é o tempo necessário para que uma amostra de um radionuclídeo tenha sua massa reduzida à metade.

Observe que após cada período de meia-vida a quantidade do radioisótopo remanescente é sempre a metade que se tinha anteriormente. Assim, pode-se dizer que:

mʳ = m⁰/2ˣ

Onde:

mʳ = massa remanescente

m⁰= massa inicial

x = n° de períodos de meia-vida

O decaimento radioativo pode ser representado graficamente:

Uma aplicação muito importante do estudo da meia-vida é a datação de fósseis pelo método do carbono –14.

O nitrogênio-14 é bombardeado por nêutrons cósmicos em altitudes muito elevadas dando origem ao isótopo radioativo do carbono (C-14).

7N14 + 0n1 → 6C14 + 1p1

O carbono-14 reage com o oxigênio do ar produzindo *CO2 radioativo que é absorvido pelos vegetais por meio do processo de fotossíntese e pelos animais que se alimentam dos vegetais. Por fim, o carbono-14 chega aos seres humanos por meio do consumo de carnes e vegetais. Assim, enquanto o organismo está vivo, a quantidade carbono-14 é constante. Após sua morte, o C-14 não é mais reposto, ocorrendo apenas o seu decaimento:

6C14 → -1β0 + 7N14

Sabe-se que o período de meia-vida do carbono-14 é de aproximadamente 5600 anos. Assim, é possível descobrir a idade de um fóssil a partir da medida de radioatividade (radiodatação).

VIDA – MÉDIA (VM)

É a média aritmética do tempo de vida dos átomos radioativos na amostra.
Se trata de uma média aritmética pois, segundo estudos, os átomos podem se desintegrar a qualquer momento, devido à sua instabilidade. Assim, a vida média considera o tempo que cada átomo da amostra demora a se desintegrar, permitindo determinar um tempo médio em que isso ocorre.

Exemplo:

a vida- média do Tório-234 é de 35 dias, que é o tempo necessário para que ocorra sua desintegração

CONSTANTE RADIOATIVA (C)

É a fração de átomos que se desintegra por unidade de tempo. Cada elemento apresenta sua própria constante radioativa, que é dada por:

C = ¹/t

Onde t irá depender do elemento radioativo e indicará o tempo necessário para que um átomo se desintegre.

Exemplo:

O Tório-234 apresenta uma constante radioativa:

c = 1/35 x dia⁻¹

Isto quer dizer que de um conjunto de 35 átomos de Th-234 , apenas 1 átomo irá se desintegrar, por dia, em média.

Assim, conclui-se que a vida- média é o inverso da constante radioativa:

Vᵐ = 1/c 

OBSERVAÇÃO

A representação gráfica do tempo de meia vida e o número de átomos que sofrem desintegração é representado por uma hipérbole. Essa hipérbole é chamada de decaimento radioativo, e pode ser representada pela seguinte relação:

P = Vᵐ x 0,7 

Assim, conclui-se que o tempo de meia vida corresponde a cerca de 70% da vida média