captura neutrónica - Wikilingue - Encydia
A captura neutrónica ou captura térmica é um tipo de reacção nuclear na que um neutrón colisiona com um núcleo atómico, de sorte que se combinam para formar um núcleo mais pesado.
A principal condição para que os neutrones sejam capturados é que devem se mover tanto estes como os núcleos alvo a velocidades parecidas, isto é, devem ter temperaturas similares.
Um neutrón livre a uma velocidade relativamente baixa é uma partícula instável, com uma vida média de 15 minutos, de modo que o processo de captura neutrónica está condicionado por esta circunstância. Quando o neutrón é capturado pelo núcleo costuma libertar imediatamente o excesso de energia mediante um evento de decaimiento Gama; ademais, o novo núcleo pode sofrer uma desintegração beta para conseguir maior estabilidade.
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Tipos de processos de captura neutrónica
Há dois tipos de processos de captura neutrónica: um processo de captura «rápida» (processo r) e um processo de captura «lenta» (processo s). Estes processos podem gerar, para um mesmo núcleo alvo, diferentes isótopos; é mais, alguns isótopos só podem resultar de um ou outro processo, mas não de ambos.
Processo r
O processo-r (por «rápido») é um processo de captura neutrónica para elementos radiactivos que se dá em condições de alta temperatura e alta densidade neutrónica. Está relacionado com os processos-s e -p. No processo-r os núcleos são bombardeados por um elevado fluxo de neutrones para criar núcleos muito instáveis com grande quantidade de neutrones que, a sua vez, decaen muito rapidamente para formar núcleos estáveis mas sempre muito ricos em neutrones.
Acha-se que o processo-r actua no núcleo de ferro das supernovas de colapso (tipos Ib, Ic e II), onde se dão as condições físicas necessárias. No entanto, a escassa abundância observada de elementos resultantes do processo r requer que, ou bem só uma pequena fracção dos elementos criados por esta via são libertados ao exterior da supernova, ou bem na cada supernova se formam por este mecanismo só pequenas quantidades de elementos.
Devido ao altísimo fluxo neutrónico neste processo (da ordem de 1022 neutrones por cm2 por segundo ), a velocidade de formação isotópica é muito maior que a da desintegração beta posterior, pelo que os elementos criados por esta via ascendem rapidamente pela linha de estabilidade N/Z (número de neutrones / número de protones ou número atómico), inclusive atravessando zonas de instabilidade, em onde a energia de separação neutrónica (em inglês neutron drip line) é zero. Os neutrones acumulam-se, criando novos isótopos até chegar à região onde a massa atómica é 270 (zona do rutherfordio - darmstadtio), onde experimentam fisiones espontáneas devido à instabilidade do núcleo formado.
Os bicos de abundância de elementos observados mostram evidências da captura neutrónica rápida seguida de uma desintegração beta posterior, já que os bicos de abundância do processo r estão 10 uma por embaixo dos formados pelo processo-s, indicando que a ascensão pela linha N/Z dá lugar a capas neutrónicas fechadas com a suficiente deficiência protónica como para fazer os bicos resolubles.
O processo-r implica uma captura múltipla de neutrones, que produz um núcleo instável que rapidamente decae mediante uma série de desintegrações beta até chegar a um isótopo estável. Este processo é relevante na nucleosíntesis estelar devido à grande quantidade de neutrones livres presentes.
Processo s
O processo-s (do inglês slow, «lento») implica a captura de um sozinho neutrón que produz um núcleo estável, ou que decae mediante desintegração beta em um núcleo estável dantes de que se possa produzir outra captura neutrónica. É um tipo de nucleosíntesis que requer condições de menor densidade neutrónica e menor temperatura nas estrelas que o processo-r. Nessas condições o índice de captura neutrónica pelos núcleos é lento se comparamo-lo com a velocidade da desintegração beta. Obtêm-se isótopos estáveis movendo-se ao longo do vale de estabilidade dentro da tabela de isótopos. O processo-s produz aproximadamente a metade dos elementos mais pesados que o ferro e, portanto, desempenha um papel importante dentro da evolução química galáctica. O processo-s difere do -r, mais rápido, em termos de caminhos de reacção e condições de reacção.
Acha-se que o processo-s dá-se em estrelas mais em massa que o Sol, principalmente naquelas situadas no ramo asintótica gigante (asymptotic giant branch, em inglês). A diferença do processo r, que pode se dar durante segundos em meios explosivos, o processo-s pode se alongar milhares de anos. O grau segundo o qual o processo-s faz aumentar o número atómico dos elementos ao longo da tabela isotópica depende essencialmente da capacidade da estrela para produzir neutrones e pela quantidade inicial de ferro presente. O ferro é o material de partida necessário para que se dê este tipo de captura neutrónica + desintegração beta, a partir da qual se sintetizam novos elementos.
As principais fontes de neutrones são:
Aprecia-se facilmente qual vai ser a principal fonte de neutrones e qual a secundária (se veja processo triplo-alfa). A fonte principal produz elementos pesados para além do estroncio (Sr) e do itrio (E), até chegar ao chumbo (Pb) em estrelas pobres em metais. O lugar de produção do componente principal são as estrelas menos em massa do ramo asintótica gigante. O componente secundário do processo s abarca elementos do grupo do ferro até o Sr e o E, e começa ao final do ciclo de combustão de helio e carbono nas estrelas mais em massa.
O processo-s com frequência trata-se matematicamente usando a chamada «aproximação local», que provee um modelo teórico das abundâncias dos diferentes elementos baseando na assunção de um fluxo neutrónico constante dentro das estrelas, de modo que o cociente de abundâncias seja inversamente proporcional ao cociente de captura neutrónica por secção transversal para a cada isótopo. Esta aproximação é, como seu próprio nome indica, somente válida localmente, para isótopos de massas parecidas. Devido aos fluxos neutrónicos relativamente baixos que se esperam para que se dê o processo-s (da ordem de 105 a 1011 neutrones por cm2 por segundo), não podem se obter elementos para além dos isótopos radiactivos do torio ou o urânio. O ciclo que põe fim ao processo s é:
É então quando o 206Pb captura três neutrones dando 209Pb, o qual a sua vez se desintegra emitindo um elétron resultando 209Bi, se retomando o processo.
Absorción neutrónica
O núcleo dos átomos está composto por neutrones e protones. Se um núcleo é bombardeado com neutrones, possui uma probabilidade determinada de incorporar a sua composição. Essa probabilidade está dada por uma quantidade chamada secção eficaz de absorción. Quando um isótopo com n neutrones e z protones incorpora desta forma um novo neutrón, se converte em um isótopo com n+1 neutrones e z protones.
Activação neutrónica
Quando o isótopo resultante é radiactivo o fenómeno se denomina Activação Neutrónica. Este efeito faz que apareçam uma série de isótopos radiactivos em lugares onde se produzem neutrones, como podem ser as centrais nucleares, já que em muitas ocasiões os isótopos que têm sido activados, resultam ser instáveis. Um exemplo típico desta activação neutrónica é o Cobalto-60, produzido pelo ferro que existe nos componentes de um reactor nuclear, e que é utilizado de forma habitual nas Cobaltoterapias ou Curieterapias para o tratamento do cancro.
Transmutación neutrónica
Quando o isótopo radiactivo activado decae e se desintegra pode dar lugar a um isótopo filho de um elemento diferente. Este fenómeno conhece-se como Transmutación Neutrónica.
Usos
A captura neutrónica pode ser usada como método de análise não destructivo de materiais. Diferentes elementos emitem diferentes padrões de radiación característicos quando se lhes submete a um processo de captura de neutrones. Isto faz que seja processo tecnológico muito útil em campos como a minería ou a segurança.
Veja-se também
- Captura protónica
- Neutrón
- Radiactividad
