Física Nuclear

Fenômenos elétricos, magnéticos e termodinâmicos são bem explicados com o uso apenas da definição de força gerada por cargas pontuais, e  dos movimentos dessas cargas, sem precisar levar em consideração as forças que unem essas cargas e formam os átomos, porém, com a observação de fenômenos como a radiação emitida por certos metais, e com a queda do modelo atômico de Thompson, dando lugar ao novo modelo atômico de Rutherford que  dividia o átomo em duas regiões: a eletrosfera que continha os elétrons (partículas carregadas negativamente), e o núcleo atômico com os prótons (partículas de carga positiva) e partículas neutras;  foi necessário definir a existência de novas forças, surgindo assim a Física Nuclear, abrangendo o estudo das forças nucleares (forças bem superior a força elétrica), e a fenômenos como a radioatividade, que ainda não tinham explicações bem definidas, antes do modelo nuclear de Rutherford para o átomo. A Física Nuclear estuda os fenômenos: radioativos, fissão nuclear (átomo de grande massa se divide em átomos de massa menor), fusão nuclear (átomos menores se unem para formar átomos maiores), a origem das partículas, entre outras. Ela é conhecida como física de altas energias. O vídeo mostrado a seguir, nos mostra bem, o caso das reações de fissão nuclear em cadeia, reações que libera muitíssima energia, e é base do funcionamento de usinas nucleares, e das temidas bombas nucleares que causaram os desastres no Japão, no fim da Segunda Guerra Mundial.

Links: mais um pouco sobre Física Nuclear, e as quatro forças do universo.

Na Fusão Nuclear, dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear reuquer muita energia para acontecer, e geralmente libera muito mais energia que consome. Quando ocorre com elementos mais leves que o ferro e o níquel (que possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo portanto mais estáveis) ela geralmente libera energia, e com elementos mais pesados ela consome.

O Sol, um reator de fusão natural, o principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas é o de Hidrogênio em Hélio, onde quatro prótons se fundem em uma partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois pósitrons, dois neutrinos e energia. Mas dentro desse processo ocorrem várias reações individuais, que variam de acordo com a massa da estrela. Para estrelas do tamanho do sol ou menores, a cadeia próton-próton é a reação dominante. Em estrelas mais pesadas, predomina o ciclo CNO.

Vale ressaltar que há conservação de energia, e, portanto, pode-se calcular a massa dos quatro prótons e o núcleo de hélio, e subtrair a soma das massas das partículas iniciais daquela do produto desta reação nuclear para calcular a massa/energia emitida.

Utilizando a equação

E=mc², pode-se calcular a energia liberada, oriunda da diferença de massa. Uma vez que o valor do "c" é muito grande ( aprox. 3 . 108 m/s ), mesmo uma massa muito pequena corresponde a uma enorme quantidade de energia. É este fato que levou muitos engenheiros e cientistas a iniciar projetos para o desenvolvimento de reatores de fusão para gerar eletricidade. ( Por exemplo, a fusão de poucos

cm³de deutério, um isótopo de hidrogênio, produziria uma energia equivalente àquela produzida pela queima de 20 toneladas de carvão ).

Abaixo, o vídeo nos mostra um pouco sobre as reações solares e a vida do Sol.