Notas de aula de física nuclear
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Vamos discutir teoria de espalhamento em mecânica quântica sob o ponto de vista de expansão em ondas parciais.
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Vamos estudar em detalhes o dêuteron. A partir da construção de um modelo simples para a interação entre próton e nêutron, comparando os resultados desse modelo com medidas experimentais de elevada precisão, tentaremos inferir propriedades sobre as forças nucleares fortes que tornam o núcleo estável.
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Medidas de raios nucleares por espalhamento de elétrons medem a distribuição média de carga em um núcleo. Em primeira aproximação podemos tratar os núcleos como esféricos, de acordo com os resultados de espalhamento de elétrons. Contudo, o núcleo não é perfeitamente esférico e pequenos desvios provocam pequenas alterações no potencial coulombiano gerado por esses núcleos, que podem ser medidos e relacionadas a sua forma. Esses são os momentos eletromagnéticos nucleares.
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Nessa aula vamos descrever três propriedades importantes do núcleo atômico, que servem para estabelecer características intrínsecas do seu estado quântico. Em sistemas nucleares, com exceções bem estabelecidas, a conservação dessas grandezas estabelece a ocorrência de determinados tipos de reações ou decaimentos radioativos.
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Vamos discutir, de acordo com o modelo da gota líquida, o problema de estabilidade nuclear e decaimentos radioativos.
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Assim como o raio, a massa do núcleo é uma importante grandeza a ser obtida para cada isótopo disponível. Conhecer as massas nucleares permite aprofundar o entendimento acerca da estrutura dos núcleos, sua estabilidade, abundâncias, etc. As massas nucleares também desempenham papel fundamental no entendimento do balanço energético em reações nucleares.
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Uma grandeza fundamental para caracterização do núcleo atômico é o seu tamanho. No experimento original de Geiger e Marsden, Rutherford obteve que as dimensões típicas do núcleo seriam muito menores que o tamanho do átomo. Cerca de 10 mil vezes menores. Vamos discutir um pouco sobre isso.
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Muitas das observações realizadas em Física Nuclear fazem uso de colisões entre partículas. Nesse caso, o estudo do espalhamento dessas partículas fornece as informações necessárias para o descobrimento das propriedades do núcleo atômico. É importante, nesse caso, um entendimento sólido acerca de teoria de espalhamento em Mecânica Quântica.
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Um dos conceitos mais relevantes para o estudo de colisões e, em especial, na Física Nuclear, é o conceito de seção de choque. Vamos calcular a seção de choque de espalhamento Rutherford.
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A seguir vamos calcular a trajetória percorrida por partículas α segundo o modelo de Rutherford.