Decaimento radioativo câmara de neblina

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1 Decaimento radioativo câmara de neblina
LAvFis 2009

2 Decaimento http://www. mines. utah. edu/~ggapps/radiation/radiation
Decaimento (não existe mais!!) Elements such as uranium, thorium, and plutonium are observed to emit particles and thereby undergo radioactive decay.  By emitting particles, the original (or parent) element alters its composition to another element known as the daughter element.  If the daughter element is also radioactive, then it will emit a particle and decay into yet another daughter element.  The decay process continues until the final daughter product is no longer radioactive. The emitted particles are known as:  alpha, beta, and gamma.  Alpha particles have a positive charge, an atomic mass of 4, and are essentially a helium atom without any electrons.  Beta particles have a negative charge, an atomic mass of 0, and are electrons.  Gamma rays are high energy rays that are emitted by nearly all radioactive materials and have no mass or charge. Radioactive decay is an exponential process such that half of the parent element will decay to the daughter element in a set amount of time (known as the half-life).  Each element has a unique half-life, but that half-life is constant in time and space.  The equation that governs radioactive decay is: LAvFis 2009

3 A = número de massa atômica = número total de nucleons
Núcleo E = elemento A = número de massa atômica = número total de nucleons = soma de prótons + nêutrons Z = número atômico = número de prótons Alumínio A = p+n = 27 número de prótons = 13 LAvFis 2009

4 Interações fortes e fracas
Interação elétron-núcleo ~ tipo eletromagnético Interação próton-próton, nêutron-nêutron ou próton- nêutron ~ tipo nuclear Estabilidade do núcleo não é atribuído à atração elétrica A repulsão entre prótons afastaria ambos aparte A existência de prótons e nêutrons dentro do núcleo indica presença de interação não diretamente relacionadas a cargas elétricas, e são mais fortes que a interação eletromagnética. Temos interação nuclear ou forte LAvFis 2009

5 Forças fundamentais LAvFis 2009

6 Onde? Fundamental Particles The concept of a particle is a natural idealization of our everyday observation of matter. Dust particles or baseballs, under ordinary conditions, are stable objects that move as a whole and obey simple laws of motion. However, neither of these is actually a structureless object. That is, if sufficiently large forces are applied to them, they can readily be broken apart into smaller pieces. The idea that there must be some set of smallest constituent parts, which are the building blocks of all matter, is a very old one. Democritus (born about 450 BC in Abdera, Thrace, Greece) is often credited with introducing this idea, though his concept of the building block was quite different from ours today. He introduced the word which in English translates as atom to describe the parts, whatever they might be. History plays tricks with language, however. The word atom has acquired a meaning today that only partly matches Democritus' idea. Certainly we know that matter is indeed composed of the objects we call atoms. Atoms were originally thought to be indivisible, that is, the smallest particle. However we now understand that atoms are built up of smaller parts. These parts are electrons and a nucleus. The nucleus is much smaller than the atom and is itself composed of protons and neutrons. What Does "Fundamental" Mean? In the 1930s, it seemed that protons, neutrons, and electrons were the smallest objects into which matter could be divided and they were termed "elementary particles". The word elementary then meant "having no smaller constituent parts", or "indivisible" -- the new "atoms", in the original sense. Again, later knowledge changed our understanding as physicists discovered yet another layer of structure within the protons and neutrons. It is now known that protons and neutrons are made up quarks. Over 100 other "elementary" particles were discovered between 1930 and the present time. These elementary particles are all made from quarks and/or antiquarks. These particles are called hadrons. Once quarks were discovered, it was clear that all these hadrons were composite objects, so only in out-dated text books are they still called "elementary". Leptons, on the other hand, still appear to be structureless. Today, quarks and leptons, and their antiparticles, are candidates for being the fundamental building blocks from which all else is made. Particle physicists call them the "fundamental" or "elementary" particles -- both names denoting that, as far as current experiments can tell, they have no substructure. What are Fundamental Particles? In the modern theory, known as the Standard Model there are 12 fundamental matter particle types and their corresponding antiparticles. The matter particles divide into two classes: quarks and leptons. There are six particles of each class and six corresponding antiparticles. In addition, there are gluons, photons, and W and Z bosons, the force carrier particles that are responsible for strong, electromagnetic, and weak interactions respectively. These force carriers are also fundamental particles. Are Quarks and Leptons Structureless? All we know is that quarks and leptons are smaller than meters in radius. As far as we can tell, they have no internal structure or even any size. It is possible that future evidence will, once again, show this understanding to be an illusion and demonstrate that there is substructure within the particles that we now view as fundamental. LAvFis 2009

7 Desintegração do núcleo (fisão)
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8 Decaimento Trítio Hélio-3
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9 Reação de fusão deutério-deutério
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10 Reação de fusão tritio-deutério
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13 Como observar algumas partículas fundamentais?
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14 Câmara de neblina Dispositivo contendo mistura de gás e vapor em que o trajeto de uma partícula carregada fica visível pela condensação do vapor sobre os íons do gás. Os íons são produzidos pela interação da partícula carregada com as moléculas do gás. Condições para condensação: resfriamento da mistura por uma expansão rápida (adiabática) Mistura pode ser: ar e vapor de água; ar e vapor de metanol; outros LAvFis 2009

15 Charles Thomson Rees Wilson
Charles Thomson Rees Wilson Formado em metereologia, estudo da formação de nubens (1894) Primeira observação em 1910 Premio Nobel de Física LAvFis 2009

16 Os íons servem como sítios de nucleação para condensação das gotículas
Na demonstração utilizamos N2 líquido, no lugar de gelo seco, resfria o vapor de metanol até ficar supersaturado A medida que a partícula carregada se propaga criando íons ao longo da trajetória Os íons servem como sítios de nucleação para condensação das gotículas LAvFis 2009

17 Câmara de neblina LAvFis 2009

18 Em dias de hoje LAvFis 2009

19 Primeira detecção do positron
The first detection of the positron in 1932 by Carl D. Anderson LAvFis 2009

20 Partículas alfa LAvFis 2009

21 a LAvFis 2009

22 Aniquilação próton-antipróton
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23 Produção de par LAvFis 2009

24 LAvFis 2009

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26 Partícula alfa = núcleo de He, i. e
Partícula alfa = núcleo de He, i.e. composto por 2 prótons e 2 nêutrons LAvFis 2009

27 Decaimento do Cs137 LAvFis 2009

28 Outra câmara => câmara de bolhas
A bubble chamber A bubble chamber is a vessel filled with a superheated transparent liquid used to detect electrically charged particles moving through it. The charged particle deposits sufficient energy in the liquid that it begins to boil along its path, forming a string of bubbles. Bubble chambers are similar to cloud chambers in application and basic principle. It was invented in 1952 by Donald A. Glaser, for which he was awarded the 1960 Nobel Prize in Physics. A bubble chamber is normally made by filling a large cylinder with a liquid just below its boiling point; at the top of the chamber a camera looks in. The whole chamber is subject to a constant magnetic field. As the particles enter the chamber, a piston suddenly decreases the pressure in the chamber. This brings the liquid to a superheated state, in which a tiny effect, such as the passing of a charged particle near an atom, is sufficient to nucleate a bubble of vaporized liquid. At this moment, the camera records the picture. The magnetic field causes charged particles to travel in helical paths whose radius is determined by the ratio of charge to mass of the particle. In this way charged particles can be observed and their mass measured. However, there is no way to effectively measure their velocity (kinetic energy). Bubble chambers have largely been replaced by wire chambers, which allow particle energies to be measured at the same time. Another alternative technique is the spark chamber. LAvFis 2009

29 Radônio – gás radioativo origem: Urânio 238 decaindo para vários outros e finalmente no Rádio 226 que decai em Radônio 222 O radônio-222, com meia-vida de 3,825 dias, emite uma partícula alfa para se transformar no polônio-218. O polônio-218, com meia-vida de 3,05 minutos, emite uma partícula alfa para se transformar no chumbo-214. Já o chumbo-214, que tem meia vida de 26,8 minutos, emite uma partícula beta e um raio gama para se tornar o bismuto-214. O bismuto-214, com meia-vida de 19,7 minutos, emite uma partícula alfa ou uma beta e um raio gama para se transformar no tálio-210 ou no polônio-214. O polônio-214, com meia-vida de 150 microssegundos, emite uma partícula alfa para se transformar no tálio-210. o tálio-210, que tem meia-vida de 1,32 minutos, emite uma partícula beta para se transformar no chumbo-210. O chumbo-210, cuja meia vida é de 22 anos, emite uma partícula beta e um raio gama para se tornar o bismuto-210. O bismuto-210, que tem meia-vida de cinco dias, emite uma partícula beta para se transformar no polônio-210. O polônio-210, cuja meia vida é de 138 dias, emite uma partícula alfa e um raio gama para se tornar o chumbo-206. E finalmente, o chumbo-206 é um isótopo estável do chumbo There are many Sources of Natural Radiation, radiation is all around us, naturally. Radon gas exists in most parts of the US, in varying levels depending upon where you live. Radon is produced from naturally occuring Uranium-238 in the soil. Radon is a problem in some areas today because homes are much more air-tight than they used to be. The radon gas enters the house through the basement. Thorium-232 also exists in the soil. Uranium and Thorium decay into numerous other radioactive isotopes before finally decaying into a stable element such as lead. And all this occurs naturally. In fact, the decay of uranium and thorium is the principle source of energy the heats the center of the Earth. Radiation existed long before Man, even though some would have you believe otherwise. LAvFis 2009

30 Por onde entra o Radônio
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31 FIM LAvFis 2009

32 Outra representação com outras escalas de Interações fortes e fracas
Faixa de interação/m  Intensidade relativa  forte: 10-15 102 eletromagnetica: infinito 1  fraca: 10-18 10-3 gravitacional: 10-36 tamanhos atômicos ~1angstron ~10-10m tamanhos nucleares ~fm ~10-15m LAvFis 2009

33 núcleo . [Do lat. nucleu.] S. m.
13. Fís. Nucl. Núcleo atômico. Núcleo atômico. Fís. Nucl. 1. Parte do átomo com carga positiva e com a quase totalidade da sua massa, constituída por prótons e nêutrons, e que ocupa pequeníssimo volume. [Tb. se diz apenas núcleo.] Núcleo central. Geofís. 1. V. nife. Núcleo histórico. Urb. 1. Centro histórico (q. v.). núcleon . [De nucle(i)- + -on.] S. m. Fís. Nucl. 1. Designação genérica das partículas que constituem o núcleo atômico (q. v.), i. e., o próton e o nêutron. LAvFis 2009

34 Nuclídeo estável. Fís. Nucl. 1. O que não apresenta radioatividade.
Nuclídeo . [De núcleo + -ídeo3.] S. m. Fís. Nucl. 1. Átomo caracterizado por um número de massa e um número atômico determinados, e que tem vida média suficientemente longa para permitir a sua identificação com um elemento químico. [Tb. se denomina, embora com absoluta impropriedade, isótopo.] Nuclídeo estável. Fís. Nucl. 1. O que não apresenta radioatividade. Nuclídeo radioativo. Fís. Nucl. 1. O que apresenta radioatividade; radionuclídeo. Nuclídeos especulares. Fís. Nucl. 1. Par de nuclídeos isóbaros em que o número de prótons de um é igual ao número de nêutrons do outro. Nuclídeos isóbaros. Fís. Nucl. 1. Os que têm o mesmo número de massa, mas números atômicos diferentes, como, p. ex., zircônio 90, nióbio 90, molibdênio 90. [Tb. se dizem apenas isóbaros.] Nuclídeos isodiáferos. Fís. Nucl. 1. Os que têm a mesma diferença entre o número de nêutrons e o número de prótons. [Tb. se dizem apenas isodiáferos.] Nuclídeos isômeros. Fís. Nucl. 1. Os que têm iguais o número de massa e o número atômico, mas estão em diferentes níveis de energia. [Tb. se dizem apenas isômeros.] Nuclídeos isótonos. Fís. Nucl. 1. Os que têm o mesmo número de nêutrons, mas números atômicos diversos. [Tb. se dizem apenas isótonos.] Nuclídeos isótopos. Fís. Nucl. 1. Os que têm o mesmo número atômico, mas números de massa diferentes. LAvFis 2009