RADIOATIVIDADE E FÍSICA NUCLEAR

O começo...1895 – Wilhelm Conrad Roengten descobre a radiação X

1896 – Antoine Henri Bequerel descobriu que determinado material emitia radiações espontâneas – radioatividade natural

Em 1898 o casal Curie descobre o elemento radioativo Polônio e, em 1903, o Rádio

Algum tempo depois, Ernest Rutherford e Frederic Soddy demonstraram que ocorre uma transmutação de elementos no processo radioativo.

Radiação

Com a utilização de um campo magnético, foram identificados três tipos de radiação emitida por elementos radioativos: a partícula , a partícula e a radiação .

Partícula alfaÉ constituída por 2 prótons e 2 nêutrons (núcleo de hélio).Quando um núcleo emite uma partícula alfa, seu número atômico fica reduzido de duas unidades, e seu número de massa, de quatro unidades.O urânio-238 é um emissor alfa. Com a emissão de uma partícula alfa, o urânio-238 transforma-se no elemento tório-234.Normalmente provocam ionização no meio com o qual interagem e apresentam baixo poder de penetração – uma folha de papel pode blindar.

Partícula beta

Pode ser um elétron ou um pósitron (partícula elementar que possui a mesma massa do elétron, mas carga elétrica positiva.No decaimento beta negativo, o número atômico aumenta de uma unidade e no decaimento beta positivo, o número atômico diminui de uma unidade – em ambos os casos o número de massa não é alterado.Produz menos ionização que a alfa e poder de penetração muito maior.

Raios gama

Os raios gama são ondas eletromagnéticas.Quando um núcleo emite uma radiação gama, o número atômico e o número de massa não sofrem alteraçãoNão possuem massa e são extremamente energéticos.Tem alto poder de ionização e são muito penetrantes.

Raios XEm 1895, Wilhelm Conrad Roengten, usando um tubo com vácuo, um filamento incandescente e alta voltagem, acelerou os elétrons emitidos do filamento.Ao atingir a tela do tubo, grande parte da energia desses elétrons era transformada em energia térmica, mas uma parte se transformava em energia radiante.A radiação emitida, muito mais penetrante do que a luz, não era percebida pelo olho humano, mas podia sensibilizar uma chapa fotográfica.

Primeira radiografia, da mão da esposa de Roentgen, com seu anel de casamento.

Radiações x saúde

Partículas alfa – em relação ao tecido humano, sua penetração é de décimos de centímetros, não constituindo riscos para a saúde. Mas a ingestão ou a inalação de partículas alfa podem acarretar sérios problemas à saúde.

Partículas beta – em relação ao tecido humano, os efeitos se limitam à pele. À semelhança das partículas alfa, quando ingeridas, as partículas beta são extremamente perigosas.

Raios X – Permite importantes diagnósticos médicos.A exposição excessiva aos raios X é danosa aos tecidos humanos. Pode provocar lesões, manchas de pele e até câncer.

Raios gama – São muito utilizados no combate ao câncer, pois podem destruir células com má formação.A interação dos raios gama com os tecidos humanos pode provocar mutações celulares.

Capacidade de penetração

FÍSICA NUCLEAR FISSÃO E FUSÃO

Como podem os prótons ficar confinados em uma região tão pequena como é o núcleo do átomo, sendo que existe uma forte repulsão eletrostática entre eles?

Os prótons e nêutrons do núcleo do átomo são ligados por uma energia enorme – força nuclear forte

Força nuclear forte – força de curtíssimo alcance, mas que, dentro do seu raio de ação, é muito mais intensa que a gravitacional e a eletromagnética.

Quando um nêutron atinge o átomo, a ligação se rompe, o núcleo se divide em dois, libera radiação e calor.

Nas reações que envolvem núcleos, as transformações de massa em energia e vice-versa estão sempre presentes. Assim, nestas reações, é de uso fundamental a equação de Einstein

Fissão nuclear

A fissão nuclear é uma reação em que um núcleo, geralmente pesado, se fragmenta depois de ser atingido por um nêutron, liberando grande quantidade de energia.

Na fissão novos nêutrons são liberados e vão provocar a fissão de outros núcleos; e assim sucessivamente, estabelecendo uma reação em cadeia.

A fissão nuclear libera grande quantidade de energia. Se for descontrolada, a reação será explosiva; é o que acontece nas bombas atômicas.

Num reator nuclear, a reação em cadeia é controlada com o uso de barras de substâncias moderadoras, como, por exemplo, a grafite.

Reator nuclear

Lixo atômico

Depois da fissão nuclear na usina, o que resta são átomos radioativos de plutônio, iodo, césio e dezenas de outros elementos.

O plutônio emite radiação alfa que, quando absorvida pelos ossos humanos, causa câncer em poucos dias

O plutônio precisa ser armazenado em câmaras de concreto e chumbo até que pare de oferecer tanto risco – cerca de 24 000 anos!

Fusão nuclear

A fusão nuclear é uma reação em cadeia em que núcleos leves se fundem para formar núcleos mais pesados, ocorrendo grande liberação de energia.A energia liberada pelas estrelas provém de reações de fusões nucleares.No Sol, o hidrogênio se transforma em hélio com liberação de energia.

A massa de hélio formada é menor do que a do hidrogênio envolvida. A diferença de massa é transformada em energia.

A fusão é cerca de 8 vezes mais energética que a fissão.

Devido à repulsão eletrostática entre os núcleos de hidrogênio, são necessárias temperaturas da ordem de milhões de kelvins para a aproximação dos núcleos.

Este valor corresponde à temperatura no núcleo das estrelas, onde a matéria é uma “gás” de íons positivos e elétrons, chamado de plasma.

A temperatura é tão alta que não existe material que possa constituir um recipiente capaz de suportar uma reação envolvendo plasma.

– são reatores que conseguem suportar essas temperaturas mantendo um delgado filete de plasma, longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo e usando a técnica do confinamento magnético.

Energia nuclear e o aquecimento global

Das fontes mais utilizadas de energia, apenas três não contribuem com a emissão de gases que causam o efeito estufa:

Nuclear

Eólica

Solar

Energia eólica: como o vento não pode ser represado, é uma energia imprevisível, vulnerável a oscilações climáticas;

Energia solar: necessita de grandes extensões para a produção de pouca energia, e só faz sentido em locais com forte incidência de luz solar;

Energia nuclear: Com controle rígido dos reatores, a energia atômica e ecológica já é uma realidade

ENERGIA NUCLEAR NO MUNDO(percentual)

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Referências

• CARRON e GUIMARÃES, As Faces da Física. Volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, 2002.

• GASPAR, Alberto. Física. Volume único. São Paulo: Ática, 2005.

• Superinteressante. Ed. Abril. Edição 241, julho/2007.

• http://cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/moderna

• www.dositech.com.br/nuclear/oqe.htm

• www.eletronuclear.gov.br/tecnologia/index.php... • astro.if.ufrgs.br/estrelas/node12.htm