Se um núcleo capturar um nêutron de movimento lento, o produto é deixado em estado altamente excitado, com energia de aproximadamente 8 MeV acima do estado fundamental. Explique a fonte da energia de excitação.

Passo 1

O enunciado diz que, ao capturar um nêutron de movimento lento, o núcleo-alvo fica com cerca de 8 MeV de energia de excitação acima do estado fundamental. O conteúdo aqui é conservação de energia mais equivalência massa-energia e o conceito de energia de ligação nuclear.

Passo 2

Escrevendo a conservação de energia na reação de captura
malvoc^2 ;+; mn c^2 ;+; Ecin,n ;=; mprod^*c^2
onde mprod^* é a massa do produto no estado excitado. Como
mprod^* ;=; mprod,,fund ;+;Eexcc^2
temos
Eexc = l(malvo + mn - mprod, fundr),c^2 + Ecin,n
Para um nêutron térmico, Ecin,n é da ordem de poucos eV e pode ser desprezado.

Passo 3

O termo
Q ;=;l(malvo + mn - mprod, fundr),c^2
é justamente a energia de ligação extra que o nêutron ganha ao entrar no poço de potencial nuclear. Em geral essa energia vale algumas MeV (tipicamente 6 10 MeV) e fica depositada como excitação interna do núcleo.

Passo 4

Logo, a fonte dos ~ 8 MeV de excitação não é a energia cinética do nêutron lento, mas sim a energia de ligação que o nêutron adquire dentro do núcleo, resultado da diferença de massa-energia entre os reagentes e o produto no estado fundamental.

Resposta

A energia de excitação vem da energia de ligação do nêutron ao núcleo – ou seja, da diferença de massa entre o núcleo + nêutron e o núcleo final em seu estado fundamental, convertida em energia interna via E=mc^2.

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