Espectroscopia Beta
Introdução
O decaimento radioativo mais simples é a
emissão de raios gama, que representam uma transição nuclear de um estado
excitado para um estado de mais baixa energia.
Radiação pode ser separada por campos
magnéticos e elétricos:
Interação com a matéria:
·
α e β interagem
fortemente com a matéria, curto alcance
·
γ radiação muito
penetrante.
Em 1914, James
Chadwick foi o primeiro a observar experimentalmente, através de medidas
realizadas com espectrômetros magnéticos, que os núcleos podiam emitir
elétrons. Essas primeiras observações levaram a crer que os elétrons fossem,
assim como os prótons, os constituintes do núcleo, o que mais tarde foi
refutado com a descoberta do nêutron. Trata-se, a exemplo do decaimento alfa,
de um processo de transição radioativa entre estados instáveis de alguns
núcleos com a emissão de elétrons de alta energia, o qual foi denominado
decaimento beta. A teoria inicial do decaimento beta tinha sérios problemas,
pois não dava conta do espectro de energia observado experimentalmente e que
não podia ser comportado por um único elétron.
Em 1930, Wolfgang
Pauli postulou a existência do neutrino, outra partícula que também era emitida
no decaimento, sem carga e sem massa e spin 1/2; a existência de uma partícula
desprovida de massa, de carga nula e momento de spin 1/2 era necessária para a
preservação dos princípios de conservação de energia e momento angular. Uma
teoria mais precisa só foi proposta em 1934 por Enrico Fermi, na qual se chegou
à conclusão de que se tratava de um novo tipo de interação, a interação fraca.
Anos mais tarde essa
teoria foi aprimorada com os trabalhos de R. Feynman e M. Gell-Mann , sendo
utilizado na descrição da interação de Fermi um tratamento relativístico
coerente a partir da equação de Dirac. No interior do núcleo, o decaimento beta
pode ser expresso pelas seguintes reações:
As equações mostram o
decaimento beta positivo e negativo com a emissão de um pósitron e um neutrino
ou a emissão de um elétron e um anti-neutrino, respectivamente.
As
partículas β são selecionadas no espectroscópio
β com base na sua energia
obrigando-os a seguir uma órbita fixa usando diafragmas em um campo magnético
homogêneo.
Nessa órbita
a força de Lorentz, devido ao campo magnético cruzado, e a força centrífuga
estão em equilíbrio. Fazendo com que pelo módulo do campo magnético, um tipo de
partícula B definida pelo sua energia seja escolhida e direcionada ao detetor.
Com um raio conhecido, é possível fixar a energia de uma partícula para cada
intensidade de corrente que está relacionada com a intensidade do campo
magnético.
Aparato
e parte experimental:
·
O experimento consiste
em uma liberação radioativa através de duas fontes (Na-22 e Sr-90).
·
O aparato é composto
por um contador, uma bobina, um medidor de campo magnético, um disco metálico
de raio conhecido e uma fonte de tensão.
·
Primeiro coloca-se uma
das fontes ligadas ao disco metálico.
·
Em seguida coloca-se o
contador conectado ao outro lado do disco.
·
Conectam-se os cabos
ligando os a fonte para que gere uma corrente tal que possa ser medido o campo
magnético e ajustado para uma certa intensidade fazendo a escolha das
partículas de decaimento por causa da energia que elas serão liberadas da fonte
radioativa.
·
Em monta-se uma tabela
com três valores de contagem fazendo a média entre eles.
·
Após feito, repete-se
todo o experimento para a segunda fonte.
Dados Experimentais:
As equações mostram o
decaimento beta positivo e negativo com a emissão de um pósitron e um neutrino
ou a emissão de um elétron e um anti-neutrino, respectivamente.
As
partículas β são selecionadas no espectroscópio
β com base na sua energia
obrigando-os a seguir uma órbita fixa usando diafragmas em um campo magnético
homogêneo.
Nessa órbita
a força de Lorentz, devido ao campo magnético cruzado, e a força centrífuga
estão em equilíbrio. Fazendo com que pelo módulo do campo magnético, um tipo de
partícula B definida pelo sua energia seja escolhida e direcionada ao detetor.
Com um raio conhecido, é possível fixar a energia de uma partícula para cada
intensidade de corrente que está relacionada com a intensidade do campo
magnético.
Aparato
e parte experimental:
·
O experimento consiste
em uma liberação radioativa através de duas fontes (Na-22 e Sr-90).
·
O aparato é composto
por um contador, uma bobina, um medidor de campo magnético, um disco metálico
de raio conhecido e uma fonte de tensão.
·
Primeiro coloca-se uma
das fontes ligadas ao disco metálico.
·
Em seguida coloca-se o
contador conectado ao outro lado do disco.
·
Conectam-se os cabos
ligando os a fonte para que gere uma corrente tal que possa ser medido o campo
magnético e ajustado para uma certa intensidade fazendo a escolha das
partículas de decaimento por causa da energia que elas serão liberadas da fonte
radioativa.
·
Em monta-se uma tabela
com três valores de contagem fazendo a média entre eles.
·
Após feito, repete-se
todo o experimento para a segunda fonte.
Decaimento β
|
|||||||
Raio da orbita (m) =
|
0,05
|
c (m/s) =
|
2,99E+08
|
||||
Elemento: Estrôncio (Sr)
|
me (Kg)=
|
9,109E-31
|
|||||
Carga e (C) =
|
1,60E-19
|
||||||
I (A)
|
B (mT)
|
Contagem média (Δt)
|
1ª Contagem
|
2ª Contagem
|
3ª Contagem
|
Energia (KeV)
|
|
0,0517
|
7,92
|
39,3
|
42
|
33
|
43
|
1,357E+01
|
|
0,1224
|
14,77
|
68,7
|
70
|
64
|
72
|
4,576E+01
|
|
0,1658
|
19,08
|
67,3
|
71
|
67
|
64
|
7,436E+01
|
|
0,28
|
31,3
|
115,7
|
106
|
134
|
107
|
1,821E+02
|
|
0,5
|
53,7
|
249,3
|
248
|
249
|
251
|
4,409E+02
|
|
0,67
|
71,2
|
313,3
|
303
|
316
|
321
|
6,698E+02
|
|
0,87
|
94,6
|
297,7
|
295
|
293
|
305
|
9,925E+02
|
|
0,97
|
107,7
|
269,0
|
248
|
276
|
283
|
1,178E+03
|
|
1,11
|
125,1
|
238,0
|
234
|
239
|
241
|
1,427E+03
|
|
1,22
|
135
|
196,7
|
201
|
192
|
197
|
1,570E+03
|
|
1,43
|
156,5
|
127,7
|
125
|
134
|
124
|
1,882E+03
|
|
Elemento: Sódio (Na)
|
mp (Kg)=
|
1,67E-27
|
|||||
Carga e (C) =
|
1,60E-19
|
||||||
I (A)
|
B (mT)
|
Contagem média (Δt)
|
1ª Contagem
|
2ª Contagem
|
3ª Contagem
|
Energia (KeV)
|
|
0,0518
|
-6,78
|
84,0
|
84
|
82
|
86
|
5,49E-03
|
|
0,1536
|
-15,51
|
115,7
|
121
|
115
|
111
|
2,87E-02
|
|
0,2100
|
-27,40
|
168,3
|
165
|
168
|
172
|
8,96E-02
|
|
0,2900
|
-35,50
|
177,3
|
176
|
183
|
173
|
1,50E-01
|
|
0,3400
|
-41,00
|
188,7
|
188
|
200
|
178
|
2,01E-01
|
|
0,4700
|
-52,90
|
138,0
|
125
|
147
|
142
|
3,34E-01
|
|
0,6400
|
-72,60
|
76,3
|
77
|
70
|
82
|
6,29E-01
|
|
0,7700
|
-84,70
|
41,3
|
44
|
37
|
43
|
8,56E-01
|
|
0,8800
|
-98,30
|
44,7
|
31
|
59
|
44
|
1,15E+00
|
|
0,9600
|
-106,30
|
47,0
|
42
|
55
|
44
|
1,35E+00
|
|
1,0800
|
-120,10
|
39,0
|
38
|
44
|
35
|
1,72E+00
|
|
1,1600
|
-129,10
|
45,7
|
43
|
52
|
42
|
1,99E+00
|
|
1,2600
|
-140,20
|
46,0
|
43
|
50
|
45
|
2,35E+00
|
|
1,2800
|
-144,70
|
46,0
|
42
|
50
|
46
|
2,50E+00
|
|
1,3700
|
-152,90
|
41,3
|
46
|
42
|
36
|
2,79E+00
|
Gráficos:
Estrôncio
Sódio
Discussão
dos resultados:
Como na teoria observamos que o
elemento Estrôncio apresenta uma energia frequente maior (~750KeV), enquanto o sódio
apresenta a energia de frequência menor (~250KeV). Claro que esses gráficos não
apresentam dados ideais devido ao experimento não ter sido realizado de com
dados refinados e também por não possuir grande controle na trajetória das
partículas, dependendo de um tratamento estatístico para obter valores mais
precisos.
Já para
os gráficos de energia por campo elétrico é observada uma plotagem
característica desse tipo de plotagem, sendo bem aproximado da teoria.
Verificamos também que eles apresentação simetria se colocado lado a lado o gráfico
do estrôncio com gráfico do sódio. No caso do estrôncio o campo magnético
aumenta conforme o campo magnético porque neste caso estamos lidando com
partículas negativas chamadas elétrons. Já para o sódio o campo magnético
aumenta conforme o campo magnético diminui porque neste caso estamos lidando
com partículas positivas chamadas pósitrons.
Nenhum comentário:
Postar um comentário