Física Nuclear

1 INTRODUÇÃO

A Física Nuclear estuda a matéria nuclear, as propriedades e o comportamento dos núcleos atômicos e os mecanismos básicos das reações nucleares com nêutrons e outros núcleos, dos quais suas propriedades podem ser classificadas como sendo estáticas (cargas, tamanho, forma, massa, energia de ligação, spin, paridade, momentos eletromagnéticos e etc.) e dinâmicas (radioatividade, estados excitados, reações nucleares e etc.).

Esta área da ciência iniciou a partir da evolução do conceito científico a cerca da estrutura atômica com a descoberta dos raios X, pelo alemão Wihelm Roentgen, em 1895, e foi aprimorada através de Rutherford e James Chadwick, em 1932, pois até meados do século XIX, segundo a teoria atômica de Dalton, acreditáva-se que os átomos eram esferas maciças, indestrutíveis e indivisíveis.

Através da Física Nuclear os cientistas descobriram maneiras de dividir o núcleo do átomo para liberar grandes quantidades de energia. Ao se partir um núcleo, ele faz com que muitos outros se dividam numa reação nuclear em cadeia; nas usinas nucleares essas reações são controladas e produzem artificialmente grandes quantidades de energia, como luz e calor para a população.

Para extrair um elétron de um átomo, é necessária certa quantidade de energia. Da mesma forma, cada núcleo (próton ou nêutron) necessita também de grande quantidade de energia, que é da ordem de milhões de vezes. Por esse motivo, a física nuclear é denominada física de alta energia.

Partindo desse princípio, é possível fazer uma classificação básica das forças que existem, sendo elas:

- Força gravitacional, que faz uma relação direta de atração mútua entre corpos, sendo responsável pela órbita dos planetas. - Forças eletromagnéticas, que dão origem aos fenômenos elétricos, às reações químicas e aos ímãs. - Força nuclear fraca, que produz o decaimento, no qual um elétron é emitido do núcleo.

- Força nuclear forte, que é responsável por manter as partículas do núcleo (prótons e nêutrons) unidas, mesmo contendo cargas elétricas iguais, por isso ela é muito mais intensa que a força elétrica e que a força gravitacional.

Nas reações nucleares, há uma enorme quantidade de energia envolvida, assim é dado o incrível poder destrutivo das bombas nucleares. Estas podem ser de fissão, chamadas bombas atômicas, ou de fusão, chamadas de bomba de hidrogênio. O sol é a maior fonte de energia nuclear e gera energia realizando fusão nuclear. Em seu núcleo, ocorrem milhões de reações nucleares em cadeia, pois o intenso calor do Sol faz com que seus átomos se choquem uns contra os outros, assim cerca de 69 milhões de toneladas de hidrogênio se fundem formando 65 milhões de toneladas de hélio e essas 4 milhões de tonelada hidrogênio que sobram se transformam em energia que sentimos na forma de calor e enxergamos na forma luz.

Podemos destacar várias aplicações para a Física Nuclear, como obtenção de energia elétrica em usinas nucleares, nas reações nucleares de fissão (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, esta é a fissão), produzindo calor aquecendo a água que movimenta turbina para também produzir eletricidade, na medicina com o desenvolvimento de métodos para produzir materiais radioativos (Raios-X) utilizados em diagnósticos e tratamentos médicos (radiologia – combatendo tumores), e também as bombas atômicas e armas nucleares (fazendo mau uso da ciência, exemplificando: As explosões nucleares que ocorreram em Hiroshima e Nagasaki na I Guerra Mundial depois que os Estados Unidos jogaram duas bombas atômicas sobre as cidades).

Hoje, o alcance da física nuclear se estende desde as partículas mais fundamentais, como os quarks, até gigantescas estruturas do universo, como as super-novas, estudando seu funcionamento e propriedades.

 

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A energia nuclear é uma das alternativas energéticas mais debatidas no mundo. Sendo discutido se a implantação desse tipo de energia valerá à pena ou se devemos apostar em outros tipos de energia que sejam renováveis, pois como sabemos a energia nuclear não é renovável, uma vez que a sua matéria-prima é composta por elementos químicos, como o urânio, extraídos de minerais, que um dia estão sujeitos a acabar.

Para essa fonte energética é necessária muita segurança, controle de resíduos e um grande investimento para que não ocorram acidentes em usinas nucleares. Alguns acidentes em usinas assim já aconteceram como os citados abaixo, o que leva o restante da população ser contra a instalação de unidades como essa, entre eles estão:

• Three Miles Island – em 1979, na usina localizada na Pensilvânia (EUA), ocorreu a fusão do núcleo do reator e a liberação de elevados índices de radioatividade que atingiram regiões vizinhas.

• Chernobyl – em 1986 ocorreram o incêndio e o vazamento de radiação na usina ucraniana, na extinta União Soviética, com milhares de feridos e mortos, podendo a contaminação radioativa ter causado 1 milhão de casos de câncer nos 20 anos seguintes.

Apesar dos acontecimentos citados, a energia nuclear apresenta vários aspectos positivos, sendo de fundamental importância em países que não possuem recursos naturais para a obtenção de energia. Estudos mais aprofundados devem ser realizados sobre essa fonte energética, ainda existem vários pontos a serem aperfeiçoados, de forma que possam garantir segurança para a população, e o aproveitamento de seus resíduos.

2.1 Energia Nuclear no Brasil

No Brasil a energia nuclear tem como ponto favorável o fato de possuirmos a sexta maior reserva mundial de urânio (cerca de 300 mil toneladas), suficiente para nos assegurar a independência no suprimento de combustível por muito tempo. Além disso, dois terços do território permanecem inexplorados quanto à presença do metal. No entanto, o Brasil ainda importa o urânio enriquecido (necessário para se fazer o elemento combustível), embora a tecnologia para o enriquecimento já seja aplicada no país, em escala laboratorial, para a produção de combustível de reatores de pesquisa.

O processo de implantação de usinas nucleares no Brasil começou no ano de 1986 com a construção de um reator nuclear no Rio de Janeiro, cujo nome da usina é Angra I. Em 2002 foi inaugurada a usina Angra I, com