Fusão nuclear

Doutorado em Física (UFJF, 2019)
Mestrado em Física (UFJF, 2015)
Graduado em Bacharelado em Física (UFJF, 2015)
Graduado em Licenciatura em Física (UFJF, 2013)

A fusão nuclear é o processo em que os núcleos de dois ou mais átomos são fundidos para se formar outro núcleo ainda maior. Geralmente, a fusão nuclear libera mais energia do que consome, mas isso depende dos átomos que estão envolvidos no processo. Quando os átomos envolvidos são muito estáveis, como por exemplo o ferro e o níquel, a fusão nuclear libera mais energia do que consome. Quanto menos estáveis e mais pesados são os átomos envolvidos no processo maior é a quantidade de energia consumida.

Na natureza nada se cria nada se perde, tudo se transforma. Certamente você em alguma fase da sua vida já ouviu essa frase. Esse é um dos princípios mais fundamentais existentes na natureza. Hoje em dia, tal princípio é conhecido como conservação de energia e se aplica em todas as áreas das ciências naturais.

O princípio da conservação de energia diz que, em um determinado processo físico, seja ele qual for, a quantidade de energia no estado inicial do processo é sempre igual a quantidade de energia final do mesmo. Isso quer dizer que a energia é uma grandeza física que se mantém constante durante todo o processo.

É importante destacar que a fusão nuclear não acontece de maneira natural na Terra, pois sua ocorrência necessita de uma quantidade enorme de energia. Ou seja, isso acontece em corpos celestes presentes no espaço como o Sol, as estrelas e as explosões estelares. Para ocorrer a fusão nuclear, a energia deve ser imensamente grande para vencer a força elétrica entre os componentes dos átomos envolvidos. Essa força elétrica é muitas vezes denominada barreira de Coulomb. Para se ter uma ideia, a força elétrica entre o próton e o elétron presentes no átomo de hidrogênio é cerca de 2,3 x 1039 vezes maior do que a força gravitacional de atração entre eles. Daí pode-se concluir que a quantidade de energia presente em processos eletromagnéticos que envolvem partículas subatômicas como prótons e elétrons é muito maior do que a energia presente em processos gravitacionais entre as mesmas.

Como exemplo, a fusão nuclear ocorre na estrela do nosso sistema solar, transformando átomos de hidrogênio em átomos de hélio. A massa do hélio resultante não é a soma das massas dos hidrogênios. Esse déficit na massa é compensado pela liberação de energia, ou seja, as fusões entre átomos de hidrogênio resultam em átomos de hélio mais uma emissão enorme de energia. Em termos da relatividade de Einstein isso quer dizer que a energia se conserva, pois, em sua teoria há uma equivalência entre massa e energia. A equação que relaciona essas grandezas é a famosa E=mc² .

Ilustração do processo de fusão nuclear. Créditos: adison pangchai / Shutterstock.com

 

Historicamente, a primeira bomba de hidrogênio, que funciona através da fusão de átomos do mesmo, emitiu uma energia equivalente a aproximadamente dez milhões de toneladas do explosivo TNT (trinitrotolueno).

Cientistas vem há décadas pesquisando o fenômeno para desenvolver um Reator de Fusão Nuclear, entretanto as dificuldades técnicas são enormes, de forma que ainda não existe nenhum reator de fusão comercialmente viável desenvolvido.

Geralmente as fissões e fusões nucleares ocorrem no mesmo processo e isso pode dificultar a detecção e caracterização das mesmas. Basicamente a fusão nuclear é caracterizada pela junção dos núcleos de dois ou mais átomos para se formar outro núcleo ainda maior. Já a fissão nuclear é caracterizada pela desintegração de núcleos de elementos instáveis, também chamados de físseis, formando núcleos menores e mais estáveis. Em ambos os processos ocorrem alta emissão de energia.

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Referências:

BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, Valter; CLINTON, Márcico Ramos. Física História & Cotidiano. São Paulo: Editora FTD, 2004, volume único.

HEWITT, Paul G. Física Conceitual. Porto Alegre: Editora: Bookman, 2011, 11ª. ed. v. único.

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