Questões de Concurso sobre Física Atômica e Nuclear

A radiação de corpo negro é a radiação eletromagnética térmica dentro ou ao redor de um corpo em equilíbrio termodinâmico com seu ambiente, emitida por um corpo negro (um corpo opaco e não refletivo idealizado). Possui um espectro específico de comprimentos de onda, inversamente relacionado à intensidade que depende apenas da temperatura do corpo. A radiação térmica emitida espontaneamente por muitos objetos comuns pode ser aproximada como radiação de corpo negro. Abaixo, temos o espectro térmico de uma estrela com raio 𝑅, temperatura absoluta 𝑇 e luminosidade 𝐿, seu comprimento de onda na faixa do visível compreende o intervalo de 400 (violeta) a 700 (vermelho) nanômetros.

λ × 10^-7 [m]

Qual a razão entre a temperatura da estrela e do Sol, e também a razão entre os raios da estrela e do Sol, respectivamente, no ponto de máximo na curva tracejada preta da figura, de aproximadamente 600 nanômetros? Dica: faça aproximações.

Dados no S.I.: ℎ = 6,63 × 10⁻³⁴; 𝑐 = 3 × 10⁸; constante de Boltzmann: 𝜅 = 1,38 × 10⁻²³; constante de Stefan-Boltzmann: 𝜎 = 5,67 × 10⁻⁸; 𝐿 = 3,9 × 10²⁶; Temperatura solar = 5 800; Raio solar = 6,96 × 10⁸.

Em 1923, Arthur Holly Compton confirmou a natureza corpuscular da radiação fazendo com que um feixe de raios X incidisse sobre uma amostra de grafite e observando o aumento do comprimento de onda dessa radiação (∆λ) em função do ângulo segundo o qual os raio X são espalhados (θ). Esse aumento, chamado deslocamento Compton, é calculado pela expressão $△\lambda =\frac{h}{m.c}.\left(1-\cos \theta \right)$, onde m é a massa dos elétrons livres da amostra-alvo.

Considere que um feixe de raios X com comprimento de onda 8,88 × 10^–11 m incida sobre uma amostra de carbono e os fótons desse feixe, espalhados pelos elétrons livres da amostra, sejam observados a 60º da direção de incidência. Adotando h = 6,6 × 10^–34 J · s para a constante de Planck, c = 3,0 × 10⁸ m/s e m = 9,1 × 10^–31 kg, a energia dos fótons dos raios X, após o espalhamento causado pela amostra de carbono, é

Uma partícula (dimensões desprezíveis) de massa “m” e carga “+q” é lançada com uma velocidade “v” e desloca-se numa trajetória retilínea em direção ao núcleo de um átomo (considerado aqui no estado fundamental). Esse átomo submete essa partícula a um potencial coulombiano devido à carga “+Q” do núcleo.

À medida que se aproxima do núcleo a velocidade da partícula é reduzida até atingir o repouso a certa distância “R” do centro do núcleo. Logo em seguida, a partícula passa a se deslocar na mesma direção e no sentido oposto, afastando-se do núcleo. Considerando que:

I- a energia se conserva;

II- não há nenhuma outra influência sobre a partícula durante o deslocamento; e

III- o potencial coulombiano na posição de lançamento é zero.

Assinale a alternativa que indica corretamente a expressão para determinar essa distância “R” do centro do núcleo do átomo.

OBS: a constante eletrostática está representada por “k”.

Quando uma partícula carregada eletricamente atravessa um meio isolante a uma velocidade superior à da luz neste meio, ela emite radiação eletromagnética que pode ser na faixa visível. Em geral, é aquela luz de cor azulada que se vê em piscinas com reatores nucleares. Essa é a chamada “radiação

O irídio-192 é produzido em reator nuclear pela reação (n,y)

${}_{77}^{191}Ir\left(n,\gamma \right){}_{77}^{192}Ir$

Tem meia-vida de 74,2 dias, decai por emissão XX e YY para um isótopo estável, Pt- 192. Os raios XX emitidos apresentam energia na faixa de 530keV a 670keV. Os principais raios YY emitidos têm, em média, uma energia de 370keV. No caso, as emissões XX e YY são, respectivamente:

O múon é uma partícula instável, produzida em laboratórios de física nuclear a partir do decaimento do méson - π. O tempo próprio de vida de múon é de 2 × 10^-6s . Um observador em terra vê o múon mover-se se com uma velocidade escalar de 0,6 c. Assinale a alternativa que contém, respectivamente, o tempo de vida média (em segundos) e a distância percorrida (em metros) registrados por esse observador antes do múon decair (c = 3 × 10⁸ m/s).

A fluência de partículas $\Phi$ e a fluência de energia $\Psi$ são expressas por

Os pesticidas organoclorados foram amplamente empregados na agricultura, contudo, em razão das suas elevadas toxicidades e persistências no meio ambiente, eles foram banidos. Considere a aplicação de 500 g de um pesticida organoclorado em uma cultura e que, em certas condições, o tempo de meia-vida do pesticida no solo seja de 5 anos.

A massa do pesticida no decorrer de 35 anos será mais próxima de

Preencha as lacunas e assinale a alternativa correta.

Em 1945, provavelmente para impedir um avanço da China e mesmo da União Soviética sobre o Japão, os norte-americanos, sem prévio aviso, explodiram duas bombas atômicas, uma na cidade de Hiroshima e outra na cidade de Nagasaki, acelerando o final da 2ª Guerra Mundial. Poucos anos depois, os soviéticos conseguiram construir uma bomba semelhante, em 1948, e, surpreendentemente, uma nova bomba nuclear, mas com um processo muito diferente das duas bombas sobre o Japão e da primeira bomba soviética. Sobre esses fatos, é correto afirmar que as duas bombas norte-americanas eram de ______________ e baseavam-se no processo de ___________. A nova bomba de hidrogênio inventada posteriormente pelos soviéticos baseava-se no processo de ____________.

Fatores de quantificação da interação de fótons em uma blindagem – Atenuação de fótons com a matéria: I = I_o . e^-$\mu$x. Qual dos seguintes gráficos descreve esses fatores?

Desde 1965, o ARGONAUTA (IEN/Instituto de Engenharia Nuclear-UFRJ) vem sendo utilizado em pesquisas envolvendo nêutrons nas áreas da física de reatores e nuclear. Cerca de 70 alunos de instituições e universidades brasileiras obtiveram seus títulos de mestre ou doutor utilizando esse reator no desenvolvimento de suas pesquisas. Atualmente, existem várias linhas de pesquisas em ação, incluindo as seguintes, EXCETO

A seguinte reação:

${}_1^{2}H{+}_1^{3}H{\to }_2^{4}He{+}_0^{1}n$

é característica do processo de

Para levar em conta as diferentes capacidades de interações biológicas das diferentes radiações, foi criado o termo Dose equivalente. A unidade SI de dose equivalente é o Sievert (Sv). A dose equivalente (H) é dada pela relação:

(Considere que D é a dose de radiação em Gy; Q é um fator de absorção efetiva da radiação em questão e N é outro fator modificante da absorção.)

Átomos radioativos tendem a apresentar instabilidade, podendo emitir partículas alfa (α), beta (β) e raios gama (γ). Existem determinados átomos que podem apresentar decaimentos em duas etapas, como é o caso do césio-137, que se transforma em bário-137 da seguinte forma:

${}_{55}^{137}Cs$ → [?]+ ${}_{56}^{137}Ba$_(instável) →[?]+ ${}_{56}^{137}Ba$_(estável)

Dentre as alternativas a seguir, assinale aquela que, respectivamente, completa corretamente os espaços indicados pelo símbolo de interrogação (?) que representam duas etapas do decaimento do césio-137.

Em um experimento, a superfície de uma placa de alumínio metálico é iluminada com uma luz monocromática com comprimento de onda de 200 nm. Considere a constante de Planck vezes a velocidade da luz igual a hc = 1240 eV nm. Sabendo que a função trabalho do alumínio metálico vale 4,08 eV, a energia cinética máxima dos fotoelétrons emitidos vale:

Indique a seguir qual alternativa NÃO é uma característica do modelo atômico de Bohr.

Duas placas, condutoras e paralelas, carregadas com cargas de módulos iguais, mas de sinais contrários, estão separadas por uma distância muito menor que suas dimensões.

Um dêuteron e um próton penetram simultaneamente entre as placas, perpendicularmente a elas, através de furos existentes na placa negativa, na região central, longe das bordas, como ilustra a figura, com velocidades respectivamente iguais a $\overrightarrow{v_o}$ 2$\overrightarrow{v_o}$ tais que nenhum dos dois consegue atingir a placa positiva.

O dêuteron é um núcleo átomo de deutério, sendo constituído por um próton e um nêutron. O dêuteron consegue chegar, no máximo, a uma distância d₁ da placa negativa, decorrido um intervalo de tempo ∆t₁ a contar do instante em que penetrou entre as placas. Já o próton consegue chegar, no máximo, a uma distância d₂ da placa negativa, decorrido um intervalo de tempo ∆t₂ a contar do instante em que penetrou entre as placas.

Essas distâncias e esses intervalos de tempo são tais que

Encontre a massa convertida na explosão de uma bomba atômica de 12,0 kT.

(Lembrando que 1 kT = 4,2 . 10¹² J. Considere c = 3,0 . 10⁸ m/s )

São materiais cintiladores mais utilizados, EXCETO

Um laboratorista está elaborando um roteiro de física moderna e propõe a seguinte experiência hipotética: um átomo de hidrogênio de massa m_H, inicialmente em repouso, emite um fóton numa transição do primeiro estado excitado para o estado fundamental (com energia -E₀). Em seguida, o átomo passa a se mover no sentido oposto ao do fóton e atinge um elétron livre, de massa m_e, que estava parado, e o “captura”. Desta forma, a partir da colisão, o átomo e o elétron passam a formar um estado ligado com velocidade escalar v. Adotando o modelo do átomo de Bohr para o Hidrogênio e supondo que a colisão é unidimensional a baixas velocidades (v≪c, sendo c a velocidade escalar da luz), pode- -se afirmar que, após a colisão, v é dado por: