Introdução teórica:

                Grande parte dos núcleos são combinações estáveis de outros núcleos. No entanto, algumas combinações de protões e de neutrões não originam configurações nucleares estáveis chamando-se a estes instáveis ou radioactivos. Como todos os elementos tendem a permanecer no estado mais estável, os núcleos instáveis tendem formar configurações estáveis através da libertação de partículas.

            Estas partículas foram observadas pela primeira vez no século XIX por Antoine Becquerel, Pierre Curie e Marie Curie, designando-as por partículas a b e g sendo esta ultima um fotão de elevada energia.

            As partículas a são núcleos de hélio ( ⁴₂He ), compostos por 2 protões e 2 neutrões. As partículas b podem ser electrões com carga negativa ou positrões com carga igual ao electrão mas positiva. Na desintegração podem originar duas partículas b sendo estas b^- e b⁺ caso se trate de um electrão ou de um positrão. Por vezes o núcleo residual fica num estado excitado e na transição para o estado fundamental emite radiação g.

Imagem 1

            Através da observação nota-se que todos os processos radioactivos obedecem a uma lei de desintegração exponencial. Sendo N₀ o número de núcleos iniciais, após um certo intervalo de tempo teremos

sendo l uma constante de desintegração.

            A taxa de desintegração dos núcleos radioactivos chama-se actividade da substancia

            Também é possível definir uma velocidade de decaimento radioactivo. Assim define-se velocidade de decaimento como

sendo k a constante de desintegração. Daqui vê-se que a velocidade é proporcional ao número de núcleos radioactivos da amostra.

            Também é de salientar o tempo de semi-vida dos núcleos radioactivos sendo esta derivada da expressão do decaimento radioactivo

Efeito de um campo eléctrico e magnético em partículas radioactivas

            Supondo uma fonte onde esta liberta partículas a, b^-, b⁺ e raios g vemos que todos estes são desviados da rua rota original, excepto partículas g, quando sujeitos a um campo eléctrico.

Imagem 2

            Ao contrário das outras partículas, os raios g não de desviam da sua trajectória uma vez que estes são fotões e como tal estão desprovidos de carga eléctrica.

            O mesmo raciocínio efectuado anteriormente é análogo a retirarmos o campo eléctrico e colocarmos nas mesmas condições um campo magnético. Assim só as partículas a e b se desviam sendo estas últimas aquelas que sofrem uma maior deflexão.

Material:

¨    Fonte radioactiva de ²²⁶Ra para experiências com partículas a, b e g;

¨    Detector Geiger-Muller;

¨    Placa metálica e suportes magnéticos para fonte radioactiva e detector;

¨    Régua e transferidor;

¨    Magnete em forma de ferradura;

¨    Computador com programa de aquisição e tratamento de dados "COBRA".

Objectivo:

Este trabalho prático tem como principal objectivo o estudo das diferentes propriedades das partículas radioactivas a, b e g.

Procedimento experimental:

 A.1     Determinação da actividade ambiental;

            Afastando a fonte radioactiva do detector, medi a actividade radioactiva ambiente para impulsos de 10s, 100s e 500s.

A.2      Determinação do alcance das partículas a;

            Para a medição do alcance das partículas a no ar fiz medições da radioactividade da fonte para distâncias entre 1 mm a 30 mm com intervalos de 1 mm.

            Para a determinação do alcance médio das partículas, com os primeiros pontos determinados experimentalmente tracei uma recta ajustada a esses pontos.

A.3      Detecção de partículas b e g;

            Coloquei o transferidor na fonte e o detector a uma distância da fonte superior à distância média de paragem das partículas a. Iniciei agora o estudo destas partículas.

1.    Determinação da dependência angular da radiação emitida pela fonte;

            Medi a intensidade de radiação para diferentes ângulos de -60º a 60º com intervalos de 10º.

2.    Efeito de um campo magnético sobre a radioactividade emitida pela fonte;

            Coloquei o magnete em forma de ferradura sobre a placa de transferidor, alinhando as extremidades com a marca de angulo 0º. De seguida executei a alínea anterior com o polo norte voltado para cima. Repeti a mesma experiência mas desta vez com o polo norte voltado para baixo.

3.    Determinação da dependência angular das partículas g emitida pela fonte;

Coloquei a placa metálica entre a fonte e o magnete. Repeti novamente a alínea A.3.1 e para mais tempos de contagem.

A.4      Variação da intensidade da radiação g com a distância à fonte;

            Retirei o magnete e o transferidor, mantendo a placa metálica que anteriormente utilizei.

            A fim de estudar a dependência da intensidade de radiação g com a distância, variei a distância entre a fonte e o detector de Geiger-Muller entre 3 a 18cm com intervalos de 1cm.

Resultados e tratamento de dados:

 A.1    

Tabela 1

Gráfico 1

            Sendo o declive desta recta a actividade ambiente.

Act. Amb. = 0,7495 Bq

A.2      Determinação do alcance médio das partículas a;

Tabela 2

Gráfico 2

Da tabela 2 e do respectivo gráfico está representado o resultado obtido pela relação da intensidade de radiação com a distância.

            Afim de determinar o alcance médio das partículas a, fiz um ajuste linear dos primeiros pontos ( 5 pontos ajustados ) do gráfico. Expandindo a recta que ajusta os pontos e pela equação da recta ,obtida através do método dos mínimos quadrados ( equação essa elaborado por uma folha de cálculo EXCEL^® ), determinei alcance médio das partículas a.

As partículas tem um alcance médio de » 8,8mm segundo os resultados obtidos.

A.3      Detecção de partículas b e g;

            Afim de detectar apenas partículas b e g colocamos o detector a mais de 9 cm da fonte radioactiva.

Alínea 1 e 2 :

Tabela 3

Gráfico 3

            Por um mau ajuste de pontos ou provavelmente haja um erro de leitura do ângulo. Assim era de esperar uma simetria para o caso da ausência de um campo magnético. Repeti o procedimento para o caso da não existência de um campo magnético e resultado foi idêntico.

Para o caso da existência de um campo magnético era de esperar um desvio idêntico uma vez que modificando a orientação do campo B, o ângulo de desvio deveria ser o mesmo. E foi o que aconteceu. Visualizando os pontos a azul e amarelo denota-se uma certa simetria mas no entanto era de esperar o mesmo valor próximo do ângulo para a esquerda e para a direita como se pode ver nas seta desenhadas por cima do gráfico, contudo o desvio pequeno.

Alínea 3:

Tabela 4

Gráfico 4

            Apesar de considerar que a fonte se trata de uma fonte pontual não se obteve um espalhamento regular, isto é, deveria-se denotar um espalhamento da radiação. Um pormenor importante de salientar é o facto de um campo magnético não influenciar a trajectória das partículas g.

A.4       Variação da intensidade da radiação g com a distância à fonte;

Tabela 5

Gráfico 5

            Da expressão resulta a dependência da taxa de contagens com o quadrado da distância.

sendo A a área do detector e C₀ a actividade ambiente.

Do gráfico retira-se o valor da intensidade de radiação g :

Conclusão:

            Deste trabalho prático posso concluir que:

Ø      As partículas a tem um alcance no ar muito curto, na ordem dos 8.8 mm neste trabalho aquando a comparação com as partículas g e b provenientes da mesma fonte;

Ø      Provavelmente por um erro ou na colocação do magnete ou na leitura do ângulo entre a fonte e o detector não foi possível evidenciar as com nitidez as propriedades das partículas b e g. No entanto pode-se concluir que as partículas b sofrem um desvio sofrem a influencia de um campo magnético;

Ø      Apesar de considerar que a fonte se trata de uma fonte pontual não se obteve um espalhamento regular, isto é, deveria-se denotar um espalhamento da radiação. Uma conclusão importante é o facto de um campo magnético não influenciar a trajectória das partículas g indo de encontro ao esperado, ou seja, fotões são desprovidos de carga. Por falta de tempo não foi possível a realização para outros períodos de tempo. Possivelmente prolongando o período de contagem outras conclusões poderia tirar.

Ø      Verifiquei que a intensidade de radiação g é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Obtive assim um valor da intensidade radioactiva para estas partículas de 320,6 Bq.

Notas:

            De salientar que a radioactividade é um fenómeno não determinístico, existindo assim flutuações nas contagens de partículas, uma vez que os núcleos apresentam uma probabilidade de decair.

Bibliografia:

• SALGUEIRO, Lídia; FERREIRA, J.Gomes – Introdução à física atómica e nuclear – Vol. II.
• SEMAT, H. – Introduction to atomic and nuclear physics
• Reger, Goode, Mercer - Química, princípios e aplicações- cap.20, Fundação Calouste Gulbenkian

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