Apostila de Física 49 – Física Nuclear

Apostila de Física 49 – Física Nuclear
1.0 Forças Fundamentais da Natureza
[Ordem decrescente de intensidade]
1.1 Força Nuclear Forte
Sinônimo: Força hadrônica – Só se manifesta entre hádrons (grupo de partículas
que engloba prótons e nêutrons).
Força que mantém a coesão do núcleo atômico.
Garante a união dos quarks para formarem prótons e nêutrons, além da ligação
entre eles.
A força mais forte de todas – Sua intensidade, porém, só se manifesta para
distâncias muito pequenas (inferiores ao de um núcleo atômico).
Os elétrons não são afetados pela força nuclear forte.
1.2 Força Eletromagnética
Força que se manifesta em partículas eletrizadas – Forças elétricas e magnéticas.
Garante a ligação entre elétrons e os núcleos atômicos e a união de átomos para
a formação das moléculas.
Garante a emissão das ondas eletromagnéticas pelos átomos quando seus
elétrons mudam de nível energético.
1.3 Força Nuclear Fraca
Força que se manifesta entre os hádrons e os léptons (grupo de partículas que
engloba os elétrons).
Garante a emissão dos elétrons pelos núcleos de algumas substâncias radioativas
– Decaimento beta.
A força eletromagnética e a força nuclear fraca são manifestações diferentes de
uma mesma interação fundamental – Força eletrofraca.
1.4 Força Gravitacional
Força de atração entre as massas.
Apesar de ser a menos intensa das outras 3 forças, ela pode atingir valores
elevados – a massa é proporcional à intensidade da força – em planetas e estrelas.
2.0 Antipartículas
Antipartícula – Possui a mesma massa da partícula, carga elétrica de mesmo
módulo e de sinais contrários.
Antielétron ou pósitron:
Elétron com carga negativa.
Antipartícula do elétron.
Contato entre uma partícula e uma antipartícula – Aniquilação da matéria e
liberação de fótons de alta energia.
3.0 Noções de Radioatividade
3.1 Reações de Decaimento
Sinônimos – Reação de desintegração radioativa ou reação de transmutação.
Reações nucleares – Reações que alteram os núcleos atômicos.
Radioatividade – Emissão de partículas e radiações eletromagnéticas por núcleos
instáveis, que se transformam em núcleos mais estáveis.
Partículas alfa ( ):
Núcleos de átomos de hélio.
Número atômico: 2.
Número de massa: 4.
Partículas beta ( ):
Elétrons.
Número atômico: -1.
Número de massa: 0.
Raios gama ( ):
Emissão de ondas eletromagnéticas.
Possui o maior poder de penetração, emitida a uma mesma energia
cinética.
3.2 Meia-Vida
Sinônimo – Período de semidesintegração.
Intervalo de tempo após o qual o número de átomos radioativos existentes em
certa amostra fica reduzido à metade.
Intervalo de tempo:
p – Período de meia-vida.
Número de átomos radioativos ainda não desintegrados:
Massa de átomos ainda não desintegrados:
4.0 Fissão Nuclear
Quebra de núcleos de átomos radioativos por nêutrons, gerando núcleos de
elementos mais leves, nêutrons e grande quantidade de energia.
Os nêutrons sobressalentes irão colidir com outros núcleos de átomos vizinhos –
Reação em cadeia espontânea.
A sustentabilidade da reação só irá acontecer se a massa do material for maior
que a massa crítica.
Em usinas nucleares, o controle da reação em cadeia é feita por barras de
controle (cádmio ou boro), que absorvem os nêutrons em excesso, impedindo que o
reator superaqueça.
Desvantagem – Lixo radioativo.
5.0 Fusão Nuclear
Fusão de núcleos de átomos, gerando núcleos de elementos mais pesados e
grande quantidade de energia (maior que a fissão nuclear).
Requisitos – Altíssima temperatura (20 milhões de kelvins) e pressão.
Inviável energeticamente – A energia de produção é maior que a energia obtida
do processo.
Energia mais limpa que a fissão nuclear.