Fisica nuclear

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Física Nuclear 1: O núcleo atómico

L. Peralta
FCUL- Acção de Formação de Professores

Experiência de Geiger-Marsden-Rutherford

As partículas a podiam ser deflectidas com ângulos superiores a 90º

FCUL- Acção de Formação de Professores

Átomo de Rutherford
Os electrões orbitam em torno do núcleo O núcleo: encontra-se no centro do átomo contêm a maioria da massa do átomo o núcleo émuito menor que o átomo Modelo Thomson O modelo de Rutherford explica as deflexões a grandes ângulos das partículas . Modelo Rutherford
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Electrões dentro do núcleo ?


O núcleo não pode ser só constituído por protões: a repulsão

colombiana deveria levar à separação dos nucleões. Não há evidencia de uma força mais forte que a electromagnéticaentre



protões e electrões. O momento do electrão dentro do núcleo deveria ser “demasiado



elevado”

 x ≈10

−14

1 h m ⇒ p ≥ ~ 10 MeV/c  x 4

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O spin nuclear não está de acordo com a existência de Z protões e A-Z electrões Exemplo: Deutério Z=1, A=2 o que implicaria 1 electrão no núcleo Três partículas de spin 1/2 => S=1/2, 3/2(usando as regras do acoplamento de spins 2 a 2) Mas spin deuterão = 1 ! Momento magnético

eℏ = L 2m

Como a massa do electrão é muito menor que a do protão o momento magnético do núcleo seria dominado pelo momento magnético dos electrões do núcleo. Verifica-se que

n ~

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1 e 2000

Descoberta do neutrão
1930 Bothe and Becker na Alemanharealizam experiências com fontes de polónio que bombardeiam alvos de berílio. Descobrem a produção de uma radiação muito penetrante. Pensaram tratar-se de fotões gama.

Irene e Frédéric Joliot-Curie mostram que quando esta radiação desconhecida bombardeava parafina eram ejectados protões. Mas não interpretaram correctamente o resultado da experiência....
FCUL- Acção de Formação de Professores 1932 James Chadwick descobre o neutrão
Chadwick realiza experiências com outros absorvedores e consegue provar que a misteriosa radiação não pode ser fotões gama. Da análise baseada na conservação da energia momento conclui que a radiação desconhecida deverá ter uma massa da ordem da massa do protão, mas não possui carga eléctrica => o neutrãohttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Particles/neutrondis.html

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Qual é o tamanho do núcleo ?? Qual é o aspecto do núcleo ?? Como definir raio? O núcleo será homogéneo? Haverá uma camada superficial? Como medir estas grandezas ??

Difracção de electrões Raios X muónicos Desvios em espectros de raios-X e visível Diferenças de energia em núcleos espelho

Difusão de Rutherford Decaimento alfaRaios X átomos piónicos

Interacção E.M. => distr. de carga
ver K. Krane

Interacção forte => distr. massa

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Dispersão de Rutherford e a dimensão do núcleo

origem: http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/nuclear/rutsca3.html

Dispersão a um ângulo fixo mas energia variável

origem:http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/rutsca3.html

A partícula alfa “sente” a força nuclear quando a aproximação ao núcleo é grande (ie consegue vencer a repulsão colombiana)
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Principio da difracção de electrões
h = p

comprimento de onda de De Broglie

 < 10 fm ~ 10 fm

min=sin 1




1,22 D



Mínimos difracção por uma abertura circular

Exemplos:
12

C => 2.3 fm 16O =>2.6 fm
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Distribuição da carga no núcleo
Secção eficaz carga pontual. Calculada teoricamente

   
Distr. Experimental

d d = G2 q2  d d 0 E
Factor de forma Dá informação sobre a distribuição de carga

2  = −6 dGE r dq2

|q =0
2

Medida experimental

Raio quadrado médio

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Modelos da...
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