Em um reator nuclear, um grupo de pesquisadores está observando a seguinte reação em cadeia originária da fissão do nuclídeo X: !$ X !$ → !$ Y !$ → !$ Z !$, em que !$ X !$ e !$ Y !$ possuem constantes de decaimento dadas por !$ λ_X !$ e !$ λ_Y !$, respectivamente. O reator é colocado em funcionamento em !$ t\,= !$ 0 e produz !$ X !$ a uma taxa !$ X_o !$ núcleos por unidade de tempo. Assumindo que !$ Y !$ e !$ Z !$ não são produzidos diretamente a partir da fissão, a quantidade de núcleos !$ X !$ e !$ Y !$ presentes no tempo !$ t !$, isto é, !$ N_X(t) !$ e !$ N_Y(t) !$, são iguais a

Um aspecto relevante para as pessoas que trabalham com reatores nucleares são os efeitos biológicos da radiação ionizante. As radiações ionizantes agem sobre o organismo provocando uma série de reações que podem causar mutações no material genético ou até levar à morte. Por essa razão, os órgãos internacionais relacionados à energia nuclear estabelecem limites no tempo de exposição desses profissionais à radiação. No Brasil, o órgão que regula e fiscaliza esses limites é o Conselho Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Em condições usuais, o limite de dose de radiação para profissionais que trabalham com radiação ionizante é de 50 !$ mSv !$ por ano. A unidade !$ Sv !$ (sievert) é utilizada para representar a medida da dose equivalente de exposição à radiação, e sua relação com o !$ rem !$ é 1 !$ Sv\,= !$ 100 !$ rem !$. A unidade !$ rem !$ (roentgen equivalente no homem) é o produto da dose absorvida, representada em !$ rad !$ (!$ \dfrac{J}{Kg} !$), pelo fator de eficiência biológica (RBE – relative biological effectiveness). A grandeza de dose equivalente foi criada porque a depender do tipo de radiação absorvida, uma mesma dose pode causar diferentes efeitos biológicos. Nesse arcabouço, considere, hipoteticamente, que um técnico de 80 kg, que trabalha em um laboratório de engenharia nuclear, tenha ingerido acidentalmente 0,15 nanogramas de um nuclídeo que possui uma meia-vida de 6 horas, massa molar igual a 300 !$ g !$/!$ mol !$ e que decai por emissão de partículas alfa. A partícula alfa tem energia de 5,2 !$ MeV !$ e RBE igual a 13. Supondo que o nuclídeo tenha permanecido no corpo do técnico por 6 horas e que 100% das partículas-alfa emitidas permaneceram no interior do corpo; nesse sentido, a dose equivalente no corpo do técnico é de aproximadamente,

(Use 1 !$ eV !$ 1,6. 10^-19 !$ J !$ e o número de Avogrado !$ N_A !$ = 6,02. 10²³!$ mol^{-1} !$)

Os reatores nucleares integrantes das usinas nucleares, incluindo os reatores de água pressurizada (PWR), são constituídos de alguns aparatos separados em dois circuitos, que são o primário e o secundário. Assinale a alternativa que apresenta todos os constituintes pertencentes ao circuito primário.

Os resíduos radioativos oriundos das usinas nucleares ainda são um entrave para uma aceitação mais ampla da energia nuclear pela sociedade. Tais resíduos possuem variadas formas e são produzidos nas diversas etapas do ciclo do combustível nuclear de uma usina, quais sejam: durante a mineração do urânio; na manufatura do combustível; na operação do reator; no reprocessamento; e na reciclagem do combustível (se essa etapa constituir o ciclo da usina). O gerenciamento dos resíduos também é uma questão relevante quando uma usina nuclear cessa o funcionamento e fica inoperante. Com relação à logística do lixo nuclear, assinale a alternativa correta.

O conceito de seção de choque do nêutron é fundamental na engenharia nuclear. Denotada por !$ σ !$, essa seção corresponde à probabilidade de um nêutron colidir com determinado núcleo, e dessa forma, tal seção de choque tem um valor específico para cada núcleo considerado na colisão com o nêutron. A unidade mais utilizada para se representar a seção de choque é o barn (símbolo !$ b !$), o qual possui a seguinte relação com o centímetro quadrado: 1!$ b=10^{-24}cm^2 !$. Considere um material que possui uma seção de choque do nêutron igual a 2,50. 10!$ ^{-24}cm^2 !$ e que contenha 5,0. 10²³ núcleos por !$ cm^3 !$. O livre caminho médio do nêutron nesse material será igual a

Quando um núcleo radioativo é produzido por um reator, a uma taxa constante de !$ R !$ átomos por segundo, sua atividade !$ a !$ é calculada pela equação !$ a(t)=a_oe^{-λt}+R(1-e^{-λt}), !$em que !$ a_o !$ é a atividade inicial e !$ λ !$ é a constante de desintegração do núcleo produzido. Com relação a essa temática, considere a situação hipotética a seguir.

Uma indústria nuclear desenvolveu um reator nuclear. Nesse reator, as reações de fissão têm como produto o núcleo X, o qual possui uma meia-vida de três semanas. Este núcleo é produzido no reator à taxa de 14,8. 10⁹ núcleos por segundo. Suponha que no instante inicial !$ t=0 !$ s, não haja nenhum núcleo X presente no reator, ou seja, a sua atividade inicial é igual a zero. Nesse sentido, a atividade máxima, em Curie, do núcleo X será de

(Caso necessário, use !$ ln !$2 = 0,7 e 1!$ Ci !$ = 3,7. 10¹⁰ desintegrações por segundo)

Em relação às reações que ocorrem em reatores, elas são distinguidas entre duas classes de materiais fissionáveis, os físseis e os férteis. Os materiais físseis são aqueles que sofrem fissão quando bombardeados por nêutrons. Já os materiais férteis são aqueles que quando bombardeados, capturam nêutrons e transmutam para materiais físseis via decaimento radioativo. Os materiais férteis não são capazes de sustentar uma reação em cadeia. Acerca dos materiais fissionáveis e das reações em cadeia que ocorrem nos reatores nucleares, assinale a alternativa correta.

Com a utilização de um telescópio, um estudante observou um objeto celeste em órbita elíptica em torno do Sol e constatou que o período da órbita era oito vezes a duração do ano terrestre. Com essa informação, e com a aplicação da terceira Lei de Kepler, o acadêmico calculou qual seria o comprimento do semieixo maior da órbita do objeto, com esse comprimento denotado por !$ r_0 !$. Em relação ao comprimento do semieixo da órbita elíptica da Terra em torno do Sol, denotada por !$ r_t !$, ele encontrou

O conteúdo acerca de carga elétrica e de processos de eletrização foi abordado em uma aula de ciências. Além dos aspectos teóricos, o professor citou exemplos cotidianos relacionados à eletrização dos corpos e, na parte final da aula, foi realizada uma experiência envolvendo eletroscópios. O professor explicou ainda que a carga elétrica de um elétron é a menor unidade de carga elétrica encontrada na natureza, e que seu valor é !$ e=-16⋅10^{-19}C !$. O docente destacou os processos de eletrização, classificando-os em três tipos, que são eletrização por atrito, contato e indução. A respeito desse conteúdo, assinale a alternativa correta.

Um professor de ciências físicas e biológicas de certa universidade ministrou uma aula quanto à física de partículas. No decorrer da aula, ele informou os seus estudantes que as partículas podem ser classificadas de acordo com diversos critérios físicos. Um desses critérios é fazer uma distinção segundo a ação ou não da força forte sobre a partícula. Nesse arcabouço, o professor comunicou que as partículas sobre as quais a força forte atua são denominadas hádrons; e as partículas sobre as quais a força forte não atua são léptons. Além disso, nos léptons, a interação dominante é a força fraca. Com base nisso, assinale a alternativa que corresponde a um hádron.