Questões de Concurso sobre Física Atômica e Nuclear

Descoberto em 1935 por Arthur Jeffrey Dempster, o Urânio-235 é um isótopo de Urânio capaz de suportar uma reação de fissão nuclear. Para se ter uma reação nuclear desse tipo, é necessária uma quantidade mínima de material fissionável para iniciar a desintegração do núcleo atômico, denominada massa crítica. Além das propriedades nucleares, a massa crítica também depende das propriedades físicas do material, em particular, da densidade. Admitindo que a massa crítica e a densidade do urânio – 235 sejam, respectivamente, iguais a 50,0 kg e 19,0 g/cm³, pode-se afirmar que o raio de uma esfera desse isótopo que possui massa crítica vale, aproximadamente:

Sobre o Espalhamento Rayleigh, analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) A secção de choque diminui com o aumento da energia.

( ) Não ocorre transferência de energia, exceto pela pequena parcela responsável pelo recuo do átomo a fim de garantir a conservação de momento no processo.

( ) A direção do fóton espalhado é, em geral, próxima à de incidência.

( ) A frequência de efeito depende do número atômico e da energia do fóton.

( ) Os ângulos de espalhamento são menores para energias menores.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo.

De acordo com a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), Norma 6.10, analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) A documentação de proteção radiológica e o quadro para monitores individuais devem ser alocados em áreas livres.

( ) Os instrumentos de medição devem ser alocados em áreas supervisionadas.

( ) As salas de tratamento devem ser classificadas como áreas controladas.

( ) As salas de comando com painéis de controle de fontes de radiação devem ser classificadas como áreas livres.

( ) Os quartos especialmente preparados com blindagem, para internação exclusiva de pacientes com implantes temporários de fontes seladas de braquiterapia de baixa taxa de dose, devem ser classificadas como supervisionadas.

( ) Fontes emissoras de radiação beta, com atividade máxima de 370 MBq, podem ser mantidas, quando fora de uso, em áreas livres desde que estejam acondicionadas em blindagens adequadas, as quais devem ser guardadas e trancadas em armário de uso exclusivo, com identificação das fontes de radiação e com o símbolo internacional de radiação.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo.

Radiação é a propagação de energia através de partículas ou ondas. Referente ao tema, analise a segunda coluna em função da primeira, e assinale a alternativa que corresponde à sequência de respostas corretas (de cima para baixo).

I. Radiação não ionizante

II. Elementos radioativos

III. Radiação ionizante

IV. Radiação Alfa

V. Radiação eletromagnética

( ) É uma forma de energia que se propaga como combinação de campos elétricos e magnéticos, variáveis no tempo e no espaço, que viajam no vácuo ou no ar, à mesma velocidade da luz.

( ) É uma modalidade de radiação de baixa frequência e baixa energia, também denominada de campo eletromagnético, que se propaga através de uma onda eletromagnética, constituída por um campo elétrico e um campo magnético, podendo ser provenientes de fontes naturais e não naturais.

( ) Forma de radiação que carrega energia suficiente para ionizar os átomos, arrancando os elétrons mais próximos dos núcleos atômicos.

( ) Quando o número de prótons e nêutrons é elevado, o núcleo pode se tornar instável devido à repulsão elétrica entre os prótons, que pode superar a força nuclear atrativa.

( ) Os átomos são capazes de emitir radiação (alfa, beta e gama) de forma espontânea a partir de seus núcleos instáveis.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:

Partículas elementares são aquelas, como o próprio nome sugere, indivisíveis. Desde a era pré-cristã, acreditava-se que o átomo fosse a menor partícula da matéria. Apenas no final do século XIX, o físico inglês J. J. Thomson descobriu o elétron, a primeira partícula elementar.

Assim, é correto afirmar que

Um elemento radioativo possui meia-vida de 4 anos.

Assinale a opção que indica o tempo decorrido para que uma amostra de atividade 2 Ci desse elemento se reduza a 0,25 Ci.

Assinale a alternativa que apresenta corretamente a definição do efeito Bystander radioinduzido.

Um dos radionuclídeos do Radônio é $\begin{array}{c}210\\ 86\end{array}Rn$ que decai emitindo partículas alfa (α) para um dos isótopos do Polônio.

Uma reação que representa esse processo de desintegração nuclear é dada por:

A consolidação definitiva da ideia do átomo veio ao final do século XIX, quando o avanço nos estudos da estrutura corpuscular da matéria trouxe evidências experimentais de resultados até então teóricos, surgindo à época alguns modelos que tentavam representar o átomo. Em relação a esses modelos atômicos clássicos são feitas as seguintes afirmações:

I. No modelo atômico de Bohr, a frequência da radiação eletromagnética assume valores discretizados, a qual está relacionada com a diferença entre as energias correspondentes a dois estados.

II. Considerando o modelo atômico de Rutherford, para o átomo de hidrogênio, podemos afirmar que a aceleração do elétron pode ser calculada por meio da expressão a = K∙q² ∙me${}_e^{-1}$, em que K é a constante eletrostática do meio, q é a carga elementar, e me é a massa do elétron.

III. No modelo atômico de Bohr, quando se analisa os níveis de energia, o estado estacionário é menos energético que o estado fundamental e que os estados excitados.

IV. A energia emitida pela radiação eletromagnética no modelo atômico de Rutherford é proporcional a hf, em que h é a constante de Planck e f é a frequência da radiação eletromagnética.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmação(ões)

A atividade de uma fonte radioativa decai com o tempo, seguindo a seguinte equação:

𝐴(𝑡) = 𝐴₀𝑒^−𝜆𝑡.

Onde 𝐴(𝑡) é a atividade num instante 𝑡, 𝐴₀ é a atividade inicial (em 𝑡 = 0) e 𝜆 é a constante de decaimento. Outra grandeza importante para classificar diferentes radioisótopos é o seu tempo de meia-vida (𝑡_1/2), que corresponde ao tempo necessário para que a atividade de um radioisótopo caia pela metade do valor inicial. Indique a relação entre 𝜆 e 𝑡_1/2.

O defeito de massa de um átomo de Urânio-235 é igual a 1,915 u.m.a. Qual o valor da sua energia de ligação por nucleon? Dado que 1 u.m.a. = 931,5 MeV/c2.

Observe o texto:

“Estudos mostraram que a radiação alfa e feixe de nêutrons causam maior dano biológico para uma dada deposição de energia por kg de tecido do que a radiação gama.”

Adaptado de: radiation-dosimetry.org/

Uma grandeza dosimétrica, portanto, é utilizada para comparar doses de diferentes radiações para produzir o mesmo efeito biológico

O texto refere-se da grandeza:

Observe o texto:

“Para determinadas combinações de nêutrons e prótons, o núcleo é estável – nesse caso, são denominados isótopos estáveis. Para outras combinações, o núcleo é instável (isótopos radioativos ou radioisótopos) e emitirá energia até atingir a estabilidade.”

Adaptado de: BiodieselBR.com - 02 fev 2006

Assinale a alternativa correta:

No ano de 2023, o modelo atômico proposto pelo físico dinamarquês Niels Bohr completará 110 anos. O físico utilizou a estrutura do modelo planetário de Rutherford e incluiu algumas ideias propostas por Max Planck. Bohr postulou que os elétrons ocupariam apenas determinadas órbitas circulares ao redor do núcleo. Nestas órbitas, que foram denominados estados estacionários ou níveis de energia, os elétrons poderiam girar indefinidamente sem perder energia e, portanto, sem emitir radiação. Tais órbitas, que foram caracterizadas com um número quântico n, podiam assumir valores inteiros e uma energia específica para cada nível. Na figura apresenta-se um diagrama com os níveis de energia, em elétron-volts (eV), para o átomo de hidrogênio. Quando um elétron que ocupa o nível n = 3 retorna para o n = 1 (estado fundamental), emite um fóton cujo valor da frequência será de _______ Hz.

Adote o valor da constante de Planck igual a 4 . 10^-15 eV/s.

Assinale a alternativa que completa a lacuna acima.

Em 1932, James Chadwick descobriu o nêutron bombardeando berílio ⁹₄Be com partículas α para produzir nêutrons da seguinte reação nuclear: ⁹₄Be + α $\to$ ¹²₆C + n, onde ⁹₄Be e α consistem em alvo e projétil, respectivamente. A reação produz carbono-12 e um nêutron.

Considerando que a energia de ligação de cada partícula é aproximadamente igual a E[α] = 28,3 MeV, E[⁹₄Be] = 58,2 MeV, E[¹²₆C] = 92,2 MeV e E[n] = 0,0 MeV, obtenha a energia da reação em unidades de MeV.

O termo decaimento β abrange 3 modos de decaimento radioativo em que o número atômico Z entre o nuclídeo pai e o nuclídeo filho muda em uma unidade (± 1), enquanto o número de massa atômica permanece constante. Assim, o número de nucleons e a carga total são ambos conservados nos processos de decaimento β e pode-se dizer que o filho é um isóbaro do pai, uma vez que as duas partículas contêm o mesmo número de nucleons.

Nesse contexto, em um decaimento onde p representa um próton, e⁻, e⁺, v e u representam um elétron, um pósitron, um neutrino e um antineutrino, respectivamente, o decaimento β⁻ pode ser representado pelo seguinte processo:

O decaimento como função do tempo de uma determinada substância radioativa é mostrada na seguinte figura.

Com base na figura, após a substância decair por 15 minutos, a quantidade de substância radioativa restante é, em g,

A condição de criticai idade pode ser estabelecida por meio da análise da composição do material ($B_2^m$) e da geometria do núcleo ($B_2^g$). Para que se tenha uma condição subcrítica, é preciso:

Quando um núcleo sofre decaimento alfa, ele se transforma em um nuclídeo diferente emitindo uma partícula alfa (um núcleo de hélio, ⁴He). Por exemplo, quando o urânio ²³⁸U sofre decaimento alfa, ele se transforma em tório ²³⁴Th segundo a reação ²³⁸U $\to$ ²³⁴Th + ⁴He. Este decaimento alfa a partir de ²³⁸U pode ocorrer espontaneamente (sem uma fonte externa de energia) porque a massa total do decaimento produz ²³⁴Th e ⁴He e é menor que a massa do original ²³⁸U. No entanto, a meia-vida do ²³⁸U para este processo de decaimento e é 4,5 x 10⁹ anos.

Assinale a alternativa que melhor explica o motivo do processo ²³⁸U $\to$ ²³⁴Th + ⁴He ser espontâneo, porém tão demorado.

Em um experimento de Stern-Gerlach, um feixe de átomos de prata passa por um gradiente de campo magnético dB/dz de magnitude 1,0 T/mm que é estabelecido ao longo do eixo z. Esta região de campo tem um comprimento w de 2,0 cm na direção do feixe. A velocidade dos átomos é de 500 m/s. A que distância os átomos foram defletidos quando saem da região do gradiente de campo?

A massa de um átomo de prata é 1,8 x 10⁻²⁵ kg.