Física

Física Nuclear

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A Física Nuclear estuda o núcleo dos átomos, suas transformações e as enormes quantidades de energia envolvidas nesses processos. Foi a última grande revolução da Física Moderna, com impacto direto na geração de energia, medicina e tecnologia.

O que é Física Nuclear

A Física Nuclear investiga as partículas dentro do núcleo atômico — prótons e nêutrons — e como elas interagem.

✔️ O núcleo é mantido unido por uma força chamada força nuclear forte, muito mais intensa que a força elétrica que repele os prótons entre si.
✔️ Quando núcleos instáveis se transformam em outros mais estáveis, ocorre radioatividade.
✔️ Também é possível alterar núcleos de forma controlada para liberar energia: é o que acontece na fissão e na fusão nuclear.

O que é Radioatividade

Radioatividade é a emissão espontânea de partículas e radiações por núcleos instáveis.

✔️ Descoberta por Henri Becquerel, Marie e Pierre Curie no final do século XIX.
✔️ Um núcleo radioativo pode emitir partículas alfa (α), beta (β) ou radiação gama (γ).

  • Partícula alfa (α): 2 prótons + 2 nêutrons (núcleo de hélio).

  • Partícula beta (β): elétron ou pósitron emitido quando um nêutron se transforma em próton ou vice-versa.

  • Radiação gama (γ): radiação eletromagnética de alta energia.

Leis da Radioatividade

✔️ Cada elemento radioativo tem uma meia-vida, que é o tempo necessário para metade de uma amostra se desintegrar.
✔️ A desintegração nuclear é aleatória, mas estatisticamente previsível.

Fissão Nuclear

Fissão é a divisão de um núcleo pesado em dois núcleos menores, liberando grandes quantidades de energia.

✔️ O exemplo mais conhecido é o urânio-235.
✔️ Um nêutron atinge o núcleo, que se divide, libera mais nêutrons e energia.
✔️ Os nêutrons liberados podem atingir outros núcleos, gerando uma reação em cadeia.

Esse princípio é usado em:

✔️ Usinas nucleares (produção controlada de energia elétrica).
✔️ Bombas atômicas (liberação não controlada de energia).

✔️ Energia liberada na fissão

A fissão de 1 núcleo de urânio-235 libera cerca de

. Calcule a energia total liberada pela fissão de 1 g de urânio-235.

1 mol de urânio-235 tem 235 g → 1 g contém \frac{1}{235}

mol.
Número de núcleos em 1 mol:

6,02×10236,02 \times 10^{23}

 

Número de núcleos em 1 g:

 

N=6,02×1023235=2,56×1021.N = \frac{6,02 \times 10^{23}}{235} = 2,56 \times 10^{21}.

 

Energia total:

 

E=N×3,2×10−11=2,56×1021×3,2×10−11≈8,2×1010 J.E = N \times 3,2 \times 10^{-11} = 2,56 \times 10^{21} \times 3,2 \times 10^{-11} \approx 8,2 \times 10^{10}~J.

 

Portanto, 1 g de urânio-235 libera mais energia que queimar toneladas de carvão.

Fusão Nuclear

Fusão é o processo inverso: núcleos leves se unem formando um núcleo mais pesado.

✔️ Acontece no interior das estrelas, inclusive no Sol.
✔️ No Sol, átomos de hidrogênio se fundem formando hélio e liberando energia.
✔️ Na Terra, reatores de fusão ainda estão em fase experimental.

Fusão libera ainda mais energia por unidade de massa do que a fissão, mas exige temperaturas altíssimas para acontecer.

✔️ Sol

No Sol, a fusão de quatro prótons forma um núcleo de hélio e libera cerca de 26,7 MeV (milhões de elétron-volts). Essa energia aquece e ilumina a Terra.

Aplicações da Física Nuclear

✔️ Produção de energia elétrica em usinas nucleares.
✔️ Radioterapia no combate ao câncer.
✔️ Diagnóstico por imagens (medicina nuclear).
✔️ Esterilização de alimentos.
✔️ Produção de radioisótopos usados em pesquisa científica.

Resumo

✔️ A Física Nuclear estuda o núcleo atômico, radioatividade, fissão e fusão.
✔️ Radioatividade é a emissão espontânea de partículas e radiações por núcleos instáveis.
✔️ Fissão é a divisão de núcleos pesados, liberando energia controlada ou explosiva.
✔️ Fusão é a união de núcleos leves, como ocorre no Sol.
✔️ Essas reações têm grande importância na energia, medicina e indústria.