C - Adélia, Gabriela, Lara e Marina

Grupo: Adélia, Gabriela, Lara e Marina
Turma: 3002
Professor: Leandro Neckel
Nota: 10,0
Física Nuclear
Criciúma, agosto de 2016
1 INTRODUÇÃO
Neste trabalho, abordaremos os principais conceitos que envolvem a
física nuclear, bem como as propriedades básicas dos núcleos e da matéria
nuclear. O estudo dessa área da física abrange um conhecimento que vai
desde as partículas fundamentais até as imensas estruturas que formam o
universo.
Trataremos de diversos tópicos que constituem esse estudo, tais como o
contexto em que a física nuclear está inserida, os cientistas que colaboraram
para seu desenvolvimento e, além disso, a aplicação dessa área da física na
atualidade.
2 EXPLANAÇÃO
A física nuclear tem como objeto de estudo o núcleo atômico e suas
propriedades. Os primeiros fenômenos da área da física nuclear foram
observados no fim do século XIX e no início de século XX e são associados
com nomes de Anri Beckerel, Pierre e Maria Curie.
Beckerel trabalhou com sais de urânio e observou que ocorre o
escurecimento de placas fotográficas quando elas estão próximas aos
materiais que contêm sais de urânio. Ele observou também que acontece a
ionização do ar. Esse fenômeno foi explicado como emissão de alguns tipos de
raios invisíveis. O efeito foi chamado radioatividade e, os materiais que
possuem essa propriedade, foram chamados de radioativos.
Ernest
Rutherford
estudou
raios
radioativos
detalhadamente
e
determinou que existem três tipos dos raios: raios α, raios β e raios γ.
Baseando-se no seu modelo do átomo, E. Rutherford explicou que raios
radioativos são produzidos em resultado de processos que ocorrem dentro de
núcleos atômicos. Depois da descoberta do nêutron por James Chadwick em
1932, foi estabelecido que o núcleo atômico consiste de prótons e nêutrons.
Essas duas partículas foram denominadas núcleons.
Essa área da física estuda as reações que acontecem nos núcleos dos
átomos e contempla a explicação de diversas forças, tornando possível
classificá-las em quatro grupos:

Força Gravitacional: tem relação com a atração entre os corpos, é
responsável pela órbita dos planetas ou pela queda de objetos.

Forças eletromagnéticas: dão origem aos fenômenos elétricos, aos ímãs,
as reações químicas, etc.

Força Nuclear Fraca: produz o decaimento em que um elétron é emitido do
núcleo.

Força Nuclear Forte: é responsável por manter as partículas do núcleo
unidas, mesmo que tenham as cargas elétricas iguais.
3 CONTEXTUALIZAÇÃO
A Física Nuclear começou a ser estudada no fim do século passado,
inserida em um mundo de guerra, onde havia a necessidade de se desenvolver
novos mecanismos. O primeiro ato consistiu na descoberta dos raios X, pelo
alemão Wilhelm Roentgen, na cidade bávara de Wuerzburg. Posteriormente, o
matemático Henri Poincar sugeriu que se analisasse a relação dos fenômenos
de fluorescência com a radiação X e deu continuidade aos estudos.
Após o século XX, entretanto, ela também passou a se desenvolver
bastante. Construiu-se o primeiro reator nuclear, que foi destinado à pesquisa
científica e, a fabricação da primeira bomba atômica, ocorreu logo em seguida,
sendo uma das realizações mais marcantes relacionada aos estudos e
desenvolvimentos da Física Nuclear.
Com o fim da Guerra Fria, a pesquisa em Física Nuclear se focou mais
nas áreas não-bélicas, como a Física de Partículas, a Medicina Nuclear e a
Cosmologia. Porém, por mais que os tempos sejam outros, não podemos
negar que ainda existem centros de desenvolvimento de armas nucleares,
principalmente em países que representam potências mundiais.
O estudo do átomo ocorreu devido ao seguinte pensamento: se
quebrarmos um objeto, ele irá se desfazer em pedaços menores. Se esses
pedaços forem quebrados novamente, se tornarão ainda menores, até que
chegará a um ponto em que não conseguiremos mais dividi-lo. Foi a partir
dessa conclusão que, de início, acreditavam que o átomo era indivisível.
Hoje, depois de estudos e pesquisas, sabemos que não é uma partícula
indivisível e sim um sistema composto por partículas diferentes. Tendo como
base as teorias de Dalton, de que os átomos eram esferas indestrutíveis e
indivisíveis, a ciência da estrutura atômica passou a traçar novos rumos nos
seus estudos.
4 PRINCIPAIS CIENTISTAS E SUAS TESES
4.1 Ernest Rutherford
Físico e matemático britânico, Ernest Rutherford nasceu a 30 de
Agosto de 1871, em Nelson, na Nova Zelândia, e morreu em 19 de Outubro de
1937, em Cambridge, em Inglaterra. Doutorou-se em Matemática e Física no
Canterbury
Rutherford
College
explicou
a
de
desintegração
radioativa
Christchurch.
dos elementos,
distinguindo dois tipos diferentes de radiação (raios alfa e beta) e conseguiu,
através do bombardeamento do azoto com partículas alfa, a primeira reação
nuclear artificial (1919). É considerado o fundador da Física Nuclear moderna.
Com base na experiência de bombardeamento de lâminas de ouro muito finas
com partículas alfa para observar os seus desvios, Rutherford elaborou um
modelo atômico, denominado Modelo Nuclear de Rutherford, que superou
todas as teorias atômicas clássicas e constituiu o primeiro modelo de átomo
com um núcleo central.
Em 1911, Rutherford realizou experimentos que lhe permitiram propor
que o átomo é constituído por um minúsculo núcleo positivo circundado por
uma região mais extensa, na qual está dispersa a carga negativa, ou seja, os
elétrons. O experimento consistiu no bombardeamento de uma fina placa de
ouro com um feixe de partículas positivas (alfa).
Deste experimento, foi possível obter algumas conclusões:

Boa parte do átomo é vazia. No espaço vazio, chamado de eletrosfera,
provavelmente estão localizados os elétrons

Existe uma pequena região no átomo onde está concentrada sua
massa (o núcleo).

O núcleo do átomo é positivo, o que provoca uma repulsão nas
partículas alfa, também positivas. Observou-se que, cerca de uma a
cada 20.000 partículas alfa, eram dispersas em ângulos grandes e,
além disso, algumas sofriam uma reflexão para trás, na direção de
incidência do feixe.

A comparação do número de partículas alfa que atravessavam a
lâmina, com o número de partículas alfa que voltavam, levou Rutherford
a concluir que o raio do átomo é 10 mil vezes maior que o raio do
núcleo.
4.2 Hideki Yukawa
Físico japonês nascido em Tóquio, famoso por seus estudos em forças
nucleares e Prêmio Nobel de Física (1949), pela predição da existência dos
mésons, com base em trabalhos teóricos sobre forças nucleares. Estudou nas
universidades de Kioto e Osaka sendo, posteriormente, convidado a lecionar
física nas duas universidades.
Yukawa formulou a teoria da existência do méson pi (1935), uma partícula
subatômica cuja existência havia sido prevista pelo físico japonês, tentando
responder por que o núcleo do átomo mantém-se coeso, embora seja
composto por prótons, com carga positiva, e nêutrons, com carga neutra.
4.2.1 Teoria da Força Forte
A primeira proposta para explicar a estabilidade do núcleo, por meio de uma
força atrativa mais intensa que a força repulsiva eletromagnética, foi feita pelos
físicos Dimitri Iwanenko, Wener Heisenberg e Ettore Majorana, quando, em
1932, propuseram que o núcleo apresentava seus componentes (prótons e
nêutrons) como partículas únicas chamadas núcleons.
Em 1935, Hideki Yukawa, apresentou a ideia de que essa força de
coesão nuclear entre os núcleons tinha como origem a troca de partículas entre
eles. Utilizando o princípio da incerteza, previu que essa partícula teria uma
massa cerca de 200 vezes maior que a massa do elétron. Por ser uma massa
entre a do elétron e a do próton, ela ficou inicialmente conhecida
como mesótron.
Pelas previsões de Yukawa, o raio de ação dessas partículas é da
ordem de 10-15m, portanto, restringe-se a núcleos atômicos. Com essa
distância conhecida e, sabendo que as partículas tinham velocidades próximas
a da luz, Yukawa conseguiu, durante as interações, determinar o tempo de
interação, obtendo o valor de 10-23 s. Essa partícula proposta pelo modelo de
Yukawa só foi detectada em 1947, em um trabalho que envolveu vários físicos,
dentre os quais estava o brasileiro César Lattes. Desde então, a partícula
passou a ser chamada de méson PI ou píon, considerada a partícula
mediadora da força forte.
4.3 Marie Curie e Pierre Curie
O casal de físicos franceses tornou-se célebre pela descoberta do
fenômeno da radioatividade.
Pierre Curie (1859-1906) nasceu em Paris, onde se dedicou ao estudo
da calorimetria e da cristalografia e revelou o princípio da piezeletricidade.
Como supervisor da Escola de Física e Química, em 1882, dedicou-se a
pesquisar sobre o magnetismo. Suas descobertas nesse campo são
conhecidas como Lei de Curie.
Marie Sklodowska Curie (1867-1934), nascida na Polônia, emigrou para a
França em 1891, onde estudou física, química e matemática na Universidade
de Paris. Tornou-se um dos nomes mais importantes da ciência, sendo a
primeira mulher a ganhar o prêmio Nobel, em 1903.
4.3.1 A descoberta da radioatividade
Marie começou a estudar os compostos minerais que produziam a
radiação, principalmente o urânio e o tório, e cunhou o termo radioatividade.
Ela concluiu que a radiação emanava de dentro do átomo. Estendendo suas
pesquisas para além do urânio e do tório, desconfiou da existência de outros
elementos que também liberavam radiação.
Em abril de 1898, Marie Curie constatou que havia algum componente
mais ativo que o urânio em seus minerais naturais. Ela e o marido trabalharam
exaustivamente durante três anos, usaram 1400 litros de um minério de urânio
chamado uranita (UO2) e, em 1902, isolaram átomos de dois elementos
químicos radioativos que não eram conhecidos na época.
O primeiro foi chamado de rádio, pois ele era dois milhões de vezes
mais radioativo que o urânio. O segundo foi chamado de polônio, em
homenagem à Polônia, terra natal de Madame Curie. Depois do oxigênio, o
rádio foi o elemento mais importante descoberto. Ele brilha com uma luz
azulada
e
emite
partículas
eletricamente
carregadas.
5 APLICAÇÃO E DEMONSTRAÇÕES DE USO
O ramo da física que estuda os núcleos é um campo onde se encontram
variações substanciais de massa própria, entre estados iniciais e finais e,
portanto,
transformações
de
massa-energia.
Infelizmente,
os
grandes
benefícios da energia nuclear não recebem grande divulgação. A cada dia,
novas técnicas nucleares são desenvolvidas nos diversos campos da atividade
humana, possibilitando a execução de tarefas impossíveis de serem realizadas
pelos meios convencionais. A medicina, a indústria e, particularmente, a área
farmacêutica e a agricultura são os setores mais beneficiados pelo
desenvolvimento desses estudos.
A medicina nuclear utilizada os radioisótopos* na obtenção de
diagnósticos e em práticas terapêuticas. Um exemplo dessa utilização para o
tratamento de pacientes é o uso do iodo-131 (I-131), que emite uma partícula
beta de radiação gama. Pela absorção da energia das radiações - em forma de
calor - células ou pequenos organismos podem ser destruídos. Essa
propriedade, que normalmente é altamente inconveniente para os seres vivos,
pode ser usada em seu benefício quando empregada para destruir células ou
micro-organismos nocivos.
Os Raios
X,
que
também
são
usados
na
medicina, permitem
enxergar ossos e outras partes do interior do corpo humano. Tratamentos de
câncer utilizam efeitos nucleares como arma para combater os tumores
(radiologia). Elementos radioativos, que emitem partículas ou radiações, são
usados para estudos do cérebro e outras partes do corpo.
Na parte da indústria, a física nuclear é utilizada para a geração de
energia elétrica em usinas nucleares. Os conceitos da física nuclear também
foram usados para produzir os armamentos mais destrutivos da história:
as bombas nucleares.
Para que seja ocorrido o processo, 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. Isto é chamado de Fissão Nuclear.
Essa é a base do funcionamento de Usinas Nucleares, com a fissão controlada
para produzir eletricidade, e é também o princípio das primeiras bombas
atômicas.
*Os Radioisótopos se referem a Isótopos que emitem radiação
REFERÊNCIAS
http://www.invivo.fiocruz.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=1159&sid=7
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/descoberta-radioatividade.htm
https://www.algosobre.com.br/biografias/pierre-e-marie-curie.html
http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/HidekiYu.html
http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/forca-gravitacional-relacao-entreforca-e-massa-segundo-newton-e-einstein.htm
http://www.equimica.iq.unesp.br/index.php?option=com_content&view=article&id=72:experi
mento-de-rutherford&catid=36:videos&Itemid=55
http://www.infoescola.com/quimica/modelo-atomico-de-rutherford/
http://www.prof2000.pt/users/ccfespan/clube/cientistas.htm
http://nautilus.fis.uc.pt/personal/cfiolhais/extra/artigos/histfisnuclear.htm
http://www.estudopratico.com.br/fisica-nuclear/
Smirnov, Andrei Introdução à Física Nuclear e de Partículas Elementares.