Física Nuclear

Por Luiz Bruno Vianna
Desde a antiguidade havia a idéia de que se quebrássemos um pedaço de qualquer objeto muitas vezes chegaríamos a um ponto em que não seria mais possível quebrá-lo. Surge então a idéia de que existiria o átomo, que significa indivisível. Conforme avançamos no conhecimento da natureza, os modelos de átomo foram aperfeiçoados até chegarmos ao modelo atual, onde temos não uma esfera indivisível, mas um sistema formado por várias partículas diferentes. Na parte externa temos os elétrons, partículas com carga negativa e massa muito pequena em relação às outras. No núcleo temos principalmente prótons com carga positiva e neutrons com carga neutra. Esse modelo foi criado por Ernest Rutherford e aprimorado por Niels Bohr.

A partir das descobertas do início do século, descobriu-se que o núcleo do átomo é formado por outras partículas e é mais complexo do que imaginava-se.

O que Física Nuclear estuda

Se classificarmos todas as forças que existem, teremos quatro grandes grupos:

  • Força Gravitacional - Atração entre corpos responsável pela órbita dos planetas ou pela queda de uma fruta.
  • Forças Eletromagnéticas - Dá origem aos imãs, aos fenômenos elétricos, às reações químicas, etc.
  • Força Nuclear Fraca - Produz o decaimento  em que um elétron é emitido do núcleo.
  • Força Nuclear Forte - Responsável por manter as particulas do núcleo unidas, mesmo com cargas elétricas iguais.

A Física Nuclear estuda as reações que ocorrem nos núcleos dos átomos. Eles não são tão estáveis e indivisíveis quanto os antigos pensavam que um átomo seria. Muitos fenômenos ocorrem produzindo variados efeitos. Alguns elementos da tabela periódica por exemplo só existem durante alguns segundos até que reações nucleares o transformem em outros elementos.

Aplicações

Fissão de um átomo

Entre as aplicações mais conhecidas da Física Nuclear esta geração de energia elétrica em usinas nucleares. Reações nucleares de fissão controladas produzem calor aquecendo água que movimenta turbina para produzir eletricidade. Na medicina os Raios X permitem enxergar ossos e outras partes do interior do corpo humano; tratamentos de câncer utilizam efeitos nucleares como arma para combater os tumores (radiologia); elementos radioativos (que emitem partículas ou radiações) são usados para estudos do cérebro e outras partes do corpo. A Física Nuclear também pode ser usada para produzir os armamentos mais destrutivos da história, as bombas nucleares.

Principais teorias

Einstein incorporou a existência do átomo em suas teorias. Até então o átomo era visto como uma suposição teórica sem prova material. O físico alemão também formulou a teoria pela qual matéria e energia são equivalentes. Segundo ele:

E = m . c²

Onde:

E = energia
m = massa
c = velocidade da luz

Através da fórmula podemos calcular quanta energia existe em um objeto de massa m.

Como massa e energia são equivalentes, o Princípio da Conservação da Massa se resume ao Príncípio da Conservação da Energia segundo o qual em um sistema fechado a Energia não pode ser criada nem destruída, ela apenas se transforma.

Usina Nuclear

A quebra de um núcleo atômico resulta em novos núcleos e produz uma grande liberação de energia porque a massa total dos novos elementos é menor que a do núcleo original. A massa que sobra é emitida sob a forma de energia. Isto é chamado de Fissão Nuclear. Essa é a base do funcionamento de Usinas Nucleares, com a fissão controlada para produzir eletricidade, e também é o princípio das primeiras bombas atômicas.

Quando átomos de hidrogênio se juntam para formar um átomo de hélio, existe grande perda de massa que é transformada em energia. Esta é a Fusão Nuclear, processo que gera a luz e calor do Sol e que é usado na mais poderosa arma já criada pelo homem: a bomba de Hidrogênio. Ele só ocorre em locais de altíssima temperatura e pressão. Atualmente pesquisadores estudam formas de utilizar a Fusão para produzir eletricidade.

Ao estudar as partículas que compõe a matéria, a Física Nuclear se aproxima de outra área: a Física de Partículas. Esta investiga quais são e como se comportam as partículas que compõe o Universo mostrando de forma muito clara que o átomo, o seu núcleo ou mesmo prótons ou nêutrons não são indivisíveis.

Fontes:
http://www.fisica.net/nuclear/
http://www.ufsm.br/gef/Nuclear01.htm
http://www.fisica.net/nuclear/fisica_nuclear_telecurso.pdf