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.

A radioatividade é definida como a capacidade que alguns elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas ou radiação eletromagnética.

A radioatividade foi descoberta no século XIX, até esse momento predominava a ideia de que os átomos eram as menores partículas da matéria. Com a descoberta da radiação, os cientistas constataram a existência de partículas ainda menores que o átomo, tais como: próton, nêutron, elétron. Vamos rever um pouco dessa história?

- No ano de 1896, o físico francês Antoine-Henri Becquerel (1852-1908), o da foto acima, observou que um sal de urânio possuía a capacidade de sensibilizar um filme fotográfico, recoberto por uma fina lâmina de metal.
- Em 1897, a cientista polonesa Marie Sklodowska Curie (1867-1934), provou que a intensidade da radiação é sempre proporcional à quantidade do urânio empregado na amostra, concluindo que a radioatividade era um fenômeno atômico.

Anos se passaram e a ciência foi evoluindo até ser possível produzir a radioatividade em laboratório. Veja a diferença entre radiação natural e artificial:

• Radioatividade natural ou espontânea: É a que se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos que se encontram na natureza.
• Radioatividade artificial ou induzida: É aquela produzida por transformações nucleares artificiais.

A radioatividade geralmente provém de isótopos como urânio-235, césio-137, cobalto-60, tório-232, que são fisicamente instáveis e radioativos, possuindo uma constante e lenta desintegração. Tais isótopos liberam energia através de ondas eletromagnéticas (raio gama) ou partículas subatômicas em alta velocidade, é o que chamamos de radiação. O contato da radiação com seres vivos não é o que podemos chamar de uma boa relação.

Os efeitos da radiação podem ser em longo prazo, curto prazo ou apresentar problemas aos descendentes da pessoa infectada (filhos, netos). O indivíduo que recebe a radiação sofre alteração genética, que pode ser transmitida na gestação. Os raios afetam os átomos que estão presentes nas células, provocando alterações em sua estrutura. O resultado? Graves problemas de saúde como a perda das propriedades características dos músculos e da capacidade de efetuar as sínteses necessárias à sobrevivência.

A radioatividade pode apresentar benefícios ao homem e por isso é utilizada em diferentes áreas. Na medicina, ela é empregada no tratamento de tumores cancerígenos; na indústria é utilizada para obter energia nuclear e na ciência tem a finalidade de promover o estudo da organização atômica e molecular de outros elementos.