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Questão de Física — Física Atômica e Nuclear — VUNESP 2024

FísicaFísica Atômica e Nuclear
Código
vu089787
Banca
VUNESP
Órgão
UNIFESP
Ano
2024
Nível
Superior
Cargo
Físico | Física Médica

O tanque de decaimento de 16N de um reator nuclear de pesquisas tem a função de retardar o retorno da água de resfriamento que passou pelo núcleo do reator, permitindo tempo para o decaimento radioativo do 16N formado pela reação nuclear 16O (n, p) 16N com o 16O da água, reduzindo assim as taxas de dose de radiação na sala de máquinas e no saguão da piscina do reator. A meia- -vida do 16N é 7,13 s, o que permite que, durante o tempo de permanência no tanque (aproximadamente 120 s), ocorra o decaimento de praticamente todos os isótopos de 16N produzidos. O valor Q, em MeV, para a reação 16O (n, p) 16N é igual a – 9,64 MeV. Sendo Q < 0, a reação exige uma energia limiar (threslhold), que é igual a 10,25 MeV.

Sendo mn , mp , MO e MN a massa do nêutron, próton,16O e 16N, respectivamente, a energia limiar, Eth, pode ser calculada por:

  1. AImagem associada para resolução da questão
  2. BImagem associada para resolução da questão
  3. CImagem associada para resolução da questão
  4. DImagem associada para resolução da questão
  5. EImagem associada para resolução da questão
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GabaritoD — [imagem]

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.
SE LIGUE NESSA!

Esta questão depende de figuras que não estão disponíveis no contexto. O raciocínio abaixo explica o método para determinar a energia limiar; confira a fórmula na imagem original.

Energia Limiar em Reações Nucleares

Gabarito: letra D (conforme gabarito oficial). A energia limiar EthE_{th} para uma reação endotérmica (Q < 0) com um projétil de massa mam_a e alvo estacionário de massa mAm_A é dada por:

Eth=−Qma+mAmA.E_{th} = -Q \frac{m_a + m_A}{m_A}.

No caso da reação 16O(n,p)16N^{16}\text{O}(n,p)^{16}\text{N}, temos ma=mnm_a = m_n (massa do nêutron) e mA=MOm_A = M_O (massa do 16O^{16}\text{O}). Portanto, a expressão correta é:

Eth=−Qmn+MOMO.E_{th} = -Q \frac{m_n + M_O}{M_O}.

Com Q=−9,64 MeVQ = -9,64\ \text{MeV}, e usando massas aproximadas (mn≈1 um_n \approx 1\ \text{u}, MO≈16 uM_O \approx 16\ \text{u}), obtém-se Eth≈10,25 MeVE_{th} \approx 10,25\ \text{MeV}, valor fornecido no enunciado. Assim, entre as alternativas (que são figuras), a que corresponde a essa fórmula é a letra D.

Alternativa A — ❌ Incorreta

Devido à ausência da figura, não é possível identificar o erro específico, mas certamente não corresponde à fórmula correta.

Alternativa B — ❌ Incorreta

Idem.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Idem.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

De acordo com o gabarito oficial, esta alternativa contém a expressão Eth=−Q(mn+MO)/MOE_{th} = -Q (m_n + M_O)/M_O.

Alternativa E — ❌ Incorreta

Idem.

PEGA ESSA DICA!

Em reações nucleares com Q negativo, a energia limiar no laboratório é sempre maior que o módulo de Q, pois parte da energia cinética vai para o centro de massa. A fórmula Eth=∣Q∣(1+ma/mA)E_{th} = |Q|(1 + m_a/m_A) é uma forma prática. Memorize-a para a prova.

Gabarito: letra D

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