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O núcleo de um átomo é construído a partir de prótons e nêutrons, eles próprios compostos de quarks. Cada elemento tem uma contagem fixa de prótons, mas os isótopos diferem no número de nêutrons. Quando um núcleo consegue atingir uma configuração de energia mais baixa, pode transformar-se num elemento diferente.
Decaimento Radioativo
A mecânica quântica nos diz que um núcleo instável acabará por liberar energia, mas não pode prever o momento exato do decaimento de qualquer átomo. Em vez disso, proporciona uma meia-vida:o tempo médio durante o qual um grande grupo de núcleos idênticos irá decair. Os primeiros três modos de decaimento identificados – alfa, beta e gama – formam a espinha dorsal do decaimento radioativo.
Emissão de Partículas
O decaimento alfa ejeta um núcleo de hélio (dois prótons e dois nêutrons). Por exemplo, o urânio‑238 (92p+146n) emite uma partícula alfa para se transformar em tório‑234 (90p+144n). O decaimento beta converte um nêutron em um próton, emitindo um elétron e um antineutrino. O carbono-14 (6p+8n) sofre decaimento beta para nitrogênio-14 (7p+7n).
Radiação Gama
Após a emissão alfa ou beta, o núcleo filho geralmente permanece em estado excitado. Para atingir o seu estado fundamental, o núcleo liberta o excesso de energia como um raio gama – um fotão electromagnético com uma frequência muito superior à da luz visível. Os raios gama viajam à velocidade da luz e transportam apenas energia, sem carga ou massa. Um caso clássico é o do cobalto-60, que decai beta para níquel-60 e depois emite dois fotões gama à medida que atinge o seu nível de energia mais baixo.
Efeitos Especiais
A maioria dos núcleos excitados emite raios gama quase instantaneamente, mas alguns são “metaestáveis”, retendo o excesso de energia por períodos que variam de frações de segundo a muitos anos – quando uma mudança no spin nuclear bloqueia a emissão gama imediata. Quando um elétron circundante absorve um fóton gama, o elétron pode ser ejetado de sua órbita no efeito fotoelétrico, ilustrando a ligação íntima entre os processos nucleares e atômicos.
