Decaimento radioativo

Decaimento radioativo Processo pelo qual um nuclídeo instável transforma-se em outro, tendendo a uma configuração energeticamente mais favorável. Tipo

Author João Batista Dinis Terra

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Decaimento radioativo Processo pelo qual um nuclídeo instável transforma-se em outro, tendendo a uma configuração energeticamente mais favorável. Tipos de decaimento: (Z, A)* !γ! →(Z, A)

(Z, A) !α! →(Z − 2, A − 4) β−

(Z, A) ! !→(Z +1, A) β+

(Z, A) ! !→(Z −1, A) Taxa de transição (λ): probabilidade, por unidade de tempo, de X fazer a transição para Y. População de X: N(0) em t = 0. Em t sobrevivem N(t). Vida-média: τ = λ-1   dN(t) dN(t) = −λ N(t)dt ⇒ = −λ dt $∫$→ ln N(t) = −λ t + C ⇒ N(t) − λt Aula  N(0)e 22   ⇒ N(t) =4300376   Ke−-­‐λ  Ftísica   ⇒Moderna   N(t)2      =

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Lei do decaimento radioativo

dN(t) Intensidade: I(t) = − = N(0)λ e− λt dt (independente da origem de t) Vida-média: τ = λ-1 ⇒ N(τ) = N(0)/e Meia-vida: T1/2 = τ ln2 = ln2/λ ⇒ N(T1/2) = N(0)/2 4300376  -­‐  Física  Moderna  2      Aula  22  

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Lei do decaimento radioativo

Datação C biológico → absorção de CO2 atmosférico, que tem 1 átomo de 14C para cada 1012 do estável 12C. O 14C é produzido na alta atmosfera no processo: 14N + n → 14C + p. O 14C formado decai posteriormente pelo processo: 14C → 14N + β – + anti-v . e Isso equivale a aproximadamente 1 Bq (1 desintegração/s) para cada 4 g de amostra de C. Depois de fixado, a proporção diminui com uma meia-vida de 5.730 anos. Veja exemplo na próxima transparência.

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Exemplo de datação

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Lei do decaimento radioativo Decaimentos multimodais fi → razões de ramificação

λi → taxas de transição parciais

dN = −λ1 N − λ2 N dt N(t) = N(0)e−( λ1+λ2 )t Vida-média: τ! = λ -1 = (λ1 + λ2)-1 Em qualquer t: f1 = λ1/λ e f2 = λ2/λ Geral: λ =

∑λ

i

i 4300376  -­‐  Física  Moderna  2      Aula  22  

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Produção de material radioativo Irradiação de uma amostra em reator ou acelerador. Se R é a taxa com que o elemento é produzido, então, por exemplo: 18 8

O + p → 189 F + n → 189 F → 188 O + e+ + ν e

dN = R − λ N. Se N(t = 0) = 0, então: dt Meia-vida 18F: 109,8 min R − λt N(t) = (1− e ) 18O: 0,2 % do O natural   λ N N∞

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λt

!

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Tomografia por emissão de pósitrons Núcleo  do  Flúor  18  

Eletrônica  de   coincidência   Pósitron   +   Reconstrução   de  imagem  

Raio  gama       Elétron  

E  =  mc2  

Raio  gama         2-­‐fluor-­‐2-­‐desoxi-­‐D-­‐glucose  :      FDG     Hidrogênio  

Oxigênio  

Aniquilação   hMp://en.wikipedia.org/wiki/Image:PET-­‐MIPS-­‐anim.gif  

Carbono   Oxigênio  

       Flúor  –  18        

Decaimento sequencial: 1 → 2 → 3 λ12

dN1 = −λ1 N1 dt dN 2 dN1 = − λ2 N 2 − dt dt = λ1 N1 − λ2 N 2

λ23

Eq. secular:

dN 2 = 0 ⇒ λ1 N1 = λ2 N 2 e λ1

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