Fusão Nuclear

Noções de Física Nuclear
Concepções da estrutura do
atômica
• J. J. Thompson
• E. Rutherford
Características gerais do
núcleo
• O raio de um núcleo típico é cerca de dez mil
vezes menor que o raio do átomo;
• O núcleo contém mais de 99,9% da massa do
átomo;
• Composição:
PRÓTONS
Núcleons
NÊUTRONS
Núcleos estáveis e instáveis
Raios alfa, beta e gama
• Partículas Alfa
- São compostas por dois prótons e dois
nêutrons;
- São as partículas menos penetrantes
• Partículas beta
- Trata-se da emissão de elétrons;
- São mais penetrantes e mais energéticas que
as partículas alfa.
• Partículas gama
- São mais penetrantes que a
partículas alfa e beta;
- São mais energéticas;
- Consideradas ondas
eletromagnéticas;
- Ionizantes
- São mais prejudiciais à
saúde comparada as
demais.
Penetração
Raios - X
• Raios X são um tipo de onda
eletromagnética.
• Analisando
corpuscularmente,
se
diferencia da luz visível devido a energia
dos fóton (têm frequência bem
determinada por meio da expressão E =
hf)
• Nossos olhos são sensíveis ao
comprimento de onda da luz visível, mas
não ao comprimento de onda mais curto,
como os raios X;
• Os fótons dos raios X são produzidos
pelo movimento dos elétrons nos
átomos.
Interação com os tecidos
• Há absorção de fótons
pelos tecidos;
• Um átomo maior tem mais
chances de absorver um
fóton de raios X;
• Desta maneira, em átomos
maiores, a absorção de
raios X é maior
Os raios X fazem mal
• Os raios X são uma forma de radiação ionizante.
• Quando raios X atingem um átomo, ele pode
expulsar elétrons do átomo para criar um íon, um
átomo eletricamente carregado.
• Então, os elétrons livres colidem com outros átomos
para criar mais íons.
• A carga elétrica de um íon pode gerar uma reação
química anormal dentro das células. Entre outras
coisas, a carga pode quebrar as cadeias de DNA.
• Uma célula com uma cadeia de DNA quebrada
pode morrer ou o DNA desenvolver uma mutação.
Se várias células morrerem, o corpo pode
desenvolver várias doenças.
• Se o DNA sofrer mutação a célula pode se tornar
cancerígena - e este câncer pode se espalhar.
• Se a mutação é em um espermatozóide ou em um
óvulo, pode causar defeitos de nascença.
• Por causa de todos esses riscos,atualmente os
médicos usam os raios X moderadamente.
Fissão Nuclear
• É uma forma especial de reação atômica em
que os núcleos dos elementos pesados, o
urânio ou o plutônio por exemplo, ao
absorverem o nêutron passam a um estado de
forte excitação.
• Passado um curto período dividem-se em dois
fragmentos, formando-se em núcleos de átomos
mais leves.
Mas por que o nêutron no processo de fissão
nuclear? E não uma partícula alfa? E beta?
Reator Nuclear
Os resíduos...
• Após a fissão nuclear na usina, sobram resíduos
radioativos dos átomos radioativos de plutônio,
iodo, césio, por exemplo;
• A radiação emitida pelo plutônio, raios gama,
que quando absorvida pelos ossos humanos,
causa câncer em poucos dias;
• Período de armazenamento: em câmaras de
concreto e chumbo até por cerca de 24 000
anos.
Fusão Nuclear
• Neste processo dois núcleos leves são
combinados para formar um núcleo mais
pesado. Um exemplo é a reação abaixo:
2H
+ 3H → 4He + n + ENERGIA
Vantagens
• Existem duas vantagens principais em reações
de fusão, quando comparadas com as de fissão:
- primeiro, os produtos da reação (no caso acima
o hélio) são núcleos estáveis, e não
radioisótopos como ocorre no caso da fissão.
- a segunda vantagem é que os núcleos
envolvidos na fusão (no caso acima o deutério)
são abundantes, e não precisam ser escavados
em minas como o urânio.
Mas a sua obtenção é difícil...
• É preciso superar a forte “barreira” repulsiva
coulombiana (pois núcleos possuem cargas
iguais e se repelem a distâncias maiores do que
10−15 m).
• A fusão pode ser alcançada simplesmente
acelerando um núcleo até que ele tenha uma
energia cinética suficientemente alta, e lançá-lo
sobre outro núcleo.
• No entanto, para fins práticos este processo não
produz energia suficiente que possa ser
utilizada.
• Uma outra possibilidade é aquecer um gás
formado pelos constituintes a serem fundidos a
temperaturas tão altas que a agitação térmica
faria com que os núcleos se aproximassem o
suficiente para realizar a fusão.
• Este processo é de fato realizado no interior das
estrelas, e é chamado de fusão termonuclear.
Existem máquinas (tokamaks)
para isso, mas...
• O intervalo de tempo é curto.
Outras
possibilidades
(engenhocas)
• Fusão a frio