Energia nuclear

A Física Nuclear estuda as reações que ocorrem nos núcleos dos átomos.

Quando falamos energia nuclear estamos interessados na energia produzida pelo núcleo atômico. No decorrer do desenvolvimento da ciência, o conceito consensual de átomo foi evoluindo, de forma a descrever cada vez melhor a sua natureza.

O núcleo do átomo é constituído de partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas sem carga, denominadas nêutrons. Conforme sabemos do eletromagnetismo, cargas de mesmo sinal se repelem (lei de Du Fay), então como é possível que os prótons fiquem agregados no núcleo? Esse enigma durou muito tempo para ser desvendado, com os modelos atuais da estrutura atômica, sabemos que existe outra força que atua em uma escala bastante reduzida. Tal força é chamada de força nuclear e a energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a energia nuclear.

Como uma pequena quantidade de matéria pode gerar uma grande quantidade de energia? Uma forma bem simples de entender isso é analisar uma das equações mais famosas da física, a qual relaciona massa, energia e a velocidade da luz:

Imagem: www.phisicsworld.com
Imagem: www.phisicsworld.com

Onde:

  • E = energia
  • m = massa
  • c = velocidade da luz

Pela equação acima podemos calcular quanta energia existe em um objeto de massa m. Além do mais, como Einstein mostrou a equivalência entre a massa e a energia, temos que o Princípio da Conservação da Massa implica no Princípio da Conservação da Energia. Considerando, então, tal princípio, temos que em um sistema fechado a Energia não pode ser criada nem destruída – podendo apenas ser transformada.

Processo de fissão e fusão nuclear

Suponha que você vá estudar todos os componentes do interior do seu relógio mecânico. Há, nesse caso, pelo menos duas opções: desmontá-lo ou arremessá-lo contra a parede, fazendo com que se desconstrua em suas pequenas peças. Embora a segunda opção pareça a mais divertida, dificilmente seria a mais inteligente. Entretanto, o segundo método é análogo à forma imaginada para entender a estrutura atômica.

Em vez do relógio, todavia, trata-se de jogar um nêutron contra um núcleo, de forma que este se divida, liberando violentamente a energia do núcleo – boa parte dela convertendo-se em energia térmica. Trata-se da fissão nuclear, processo utilizado no interior de usinas nucleares e também na confecção da primeira bomba atômica.

A nuvem de cogumelo formada pela bomba atômica de Nagasaki, no Japão, em 9 de agosto de 1945, subiu cerca de 18 km acima do hipocentro da explosão. Imagem: Wikimedia Commons
A nuvem de cogumelo formada pela bomba atômica de Nagasaki, no Japão, em 9 de agosto de 1945, subiu cerca de 18 km acima do hipocentro da explosão. Imagem: Wikimedia Commons

Mas há também um segundo processo, ao qual se dá o nome de fusão nuclear. Trata-se, basicamente, do oposto da fissão, isto é, ocorre agregação de núcleos para a formação de outros núcleos. Esse fenômeno ocorre naturalmente no interior das estrelas e é responsável pela liberação da energia (radiação) que recebemos delas, principalmente do Sol.

Você sabia?

Da medicina à agricultura

É interessante notar que as técnicas nucleares são muito utilizadas em outras áreas do conhecimento, como por exemplo, em diagnóstico e tratamento de doenças, por meio da Radiologia Diagnóstica, Radioterapia e Medicina Nuclear, como o tratamento de câncer com prótons ou com feixes de íons pesados (12C), imagens por ressonância magnética, tomografia por emissão de pósitrons (PET) para gerar imagens de funções do cérebro, uso de iodo radioativo como traçador do funcionamento da tireoide.

Exame de ressonância magnética de um cérebro humano. Imagem: Wikimedia Commons.
Exame de ressonância magnética de um cérebro humano. Imagem: Wikimedia Commons.

Na agricultura, novas variedades de plantas com características melhoradas vêm sendo criadas por meio do processo de mutação induzida pela radiação e feixes de partículas carregadas e raios gama são utilizados na esterilização de alimentos, na determinação da composição e propriedades de materiais.

Referências

LOPES, J.L. A Estrutura Quântica da Matéria: Do átomo pré–socrático às partículas elementares, Editora da UFRJ & Erca Ed.e Gráfica, Rio de Janeiro, 1992.

BORTOTTI, M.F.A. Por que o Sol brilha?, revista AstrNova Ano 01 – Nº 01 – Março/2014, Marialva-PR.

KHARECHA, P. and HANSEN, J., “Prevented Mortality and Greenhouse Gas Emissions from Historical and Projected Nuclear Power,” Environ. Sci. Technol., 2013, 47 (9), pp 4889–4895

Por Carlos Ferreira
Como referenciar este conteúdo

Ferreira, Carlos. Energia nuclear. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/energia-nuclear-na-fisica. Acesso em: 22 de September de 2021.

Teste seu conhecimento

1. Observe os esquemas abaixo e determine se o processo é de fissão ou de fusão nuclear e dê exemplos de onde ocorre cada processo.

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2. Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.

O Sol é a grande fonte de energia para toda a vida na Terra. Durante muito tempo, a origem da energia irradiada pelo Sol foi um mistério para a humanidade. Hoje, as modernas teorias de evolução das estrelas nos dizem que a energia irradiada pelo Sol provém de processos de ………. que ocorrem no seu interior, envolvendo núcleos de elementos leves.

(A) espalhamento

(B) fusão nuclear

(C) fissão nuclear

(D) fotossíntese

(E) combustão

1.

a) Fissão. Geração de energia elétrica e termelétrica, são alguns dos exemplos.

b) Fusão. O principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas é o de Hidrogênio em Hélio, onde dois prótons se fundem em uma partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois pósitrons, dois neutrinos e energia.

 

2. [b]

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