Física Nuclear

Noções Elementares de Física Nuclear

A física nuclear é um campo do conhecimento que estuda os componentes e as interações dos núcleos atômicos. As aplicações mais conhecidas da física nuclear são a geração da energia nuclear, mas a pesquisa tem proporcionado aplicação em muitos outros setores, como na medicina nuclear e ressonância magnética, armas nucleares, implantação de íons em engenharia de materiais, na datação por radio-carbono em geologia e também na arqueologia.

O campo da física que estuda também as partículas evoluiu muito, a partir dos estudos em física nuclear e geralmente é ensinado associado com ela.

Antigamente, cultivamos a ideia, de que se dividíssemos uma parte de qualquer objeto muitas vezes chegaríamos a um ponto, em que não seria mais possível sua divisão, surgindo então a ideia de que o átomo seria a menor partícula existente e que por isso seria indivisível. Na medida em que avançamos no conhecimento da natureza, os modelos de átomo foram sendo aperfeiçoados gradativamente, até chegarmos ao modelo no estágio atual que não enxerga isso desta forma.

No modelo atual, não temos uma esfera indivisível, mas um sistema formado por várias partículas diferentes.  Na parte externa do átomo, temos os elétrons, partículas com carga negativa e massa muito pequena em relação às outras. No núcleo temos principalmente os prótons com carga positiva e os neutrons compostos com carga neutra. Esse modelo atual foi criado por Ernest Rutherford (pesquisador inglês que ganhou o prêmio nobel em Química em 1908, considerado o pai da física nuclear) e aprimorado por Niels Bohr(físico dinamarquês que recebeu o prêmio nobel de física em 1922).

A partir das descobertas do início do século, descobriu-se que estes estudos iniciais não são tão óbvios quanto pensamos, e que o núcleo do átomo é formado por outras partículas, sendo mais complexo do que imaginamos.

O que a Física Nuclear estuda?

A Física Nuclear estuda as reações que ocorrem nos núcleos dos átomos. Eles não são tão estáveis e indivisíveis quanto os antigos pensavam que um átomo seria. Muitos fenômenos ocorrem produzindo variados efeitos. Alguns elementos químicos da tabela periódica, por exemplo, só existem durante alguns segundos, até que reações nucleares o transformem em outros elementos.

Classificação das Forças Naturais Existentes

Se classificarmos todas as forças que existem, teremos quatro grandes grupos:

Força Gravitacional:- É a atração entre os corpos, sendo responsável pela órbita dos planetas ou pela queda de uma fruta ou qualquer outro corpo vindo do espaço quando são atraídas por um planeta ou outro astro.

Forças Eletromagnéticas:- São aquelas que dão origem aos imãs, aos fenômenos elétricos, às reações químicas, etc.

Força Nuclear Fraca:- Produz o decaimento  em que um elétron é emitido pelo núcleo.

Força Nuclear Forte:- Responsável por manter as partículas do núcleo unidas, mesmo com cargas elétricas iguais.

Aplicações da Física Nuclear
São muitas as aplicações da física nuclear no mundo e em nosso cotidiano e em diversas áreas estudadas, entre elas destacamos as aplicações em:

Energia Elétrica: Uma das aplicações mais conhecidas está a geração de energia elétrica a partir das usinas nucleares. Elas são geradas a partir de reações nucleares de fissão e que são controladas para produzirem calor, aquecendo a água que movimenta a turbina para produzir eletricidade.

Medicina: Na medicina, o uso dos Raios X permitem enxergar ossos e outras partes do interior do corpo humano; nos tratamentos de câncer utilizam efeitos nucleares como arma para combater os tumores.

Radiologia: Certos elementos radioativos emitem partículas ou radiações e são usados para estudos do cérebro e outras partes do corpo.

Aplicações Indesejadas: Sabemos que trata-se de uma área do conhecimento que muitas vezes, manipula-se com elementos químicos em reações imprevisíveis e que podem causar efeitos destrutivos ao ser humano e à vida na terra de um modo geral, devido a radioatividade e gases tóxicos emanados, como por exemplo os efeitos negativos ocorridos recentemente com o terremoto e tsunami no Japão em 2011, causando 20 mil mortes e 300 mil desabrigados, gerando vazamentos nucleares radioativos, em usinas nucleares na cidade de Fukushima(Japão) e também as deformidades e mortes relatadas na segunda grande guerra mundial ocorridos na cidade de Hiroshima e Nagasaki também no Japão em agosto de 1945. Infelizmente, a Física Nuclear também pode ser usada para produzir os armamentos mais destrutivos da história, que são as bombas nucleares que são temidas por todos nós.

Principais teorias existentes

Albert Einstein, em seus estudos, incorporou a existência do átomo em suas teorias da física. Até então, o átomo era visto como uma suposição teórica sem prova material. Este físico alemão também formulou a sua mais famosa teoria, pela qual matéria e energia são equivalentes. Segundo ele:

E = m . c²

Onde:

E = energia

m = massa

c = velocidade da luz

Através desta fórmula, podemos calcular quanta energia existe em um objeto de massa m. Como massa e energia são equivalentes, pelo Princípio da Conservação da Massa se resume, ao Princípio da Conservação da Energia, segundo o qual em um sistema fechado, a energia não pode ser criada nem destruída, ela apenas se transforma.
Nota: Para saber mais sobre o tema, inclusive um estudo completo sobre as fontes de energia, com exemplos e cálculos usando a fórmula acima e também a Teoria da Relatividade de Einstein, acesse nosso post chamado: Fontes de Energia e a Teoria da Relatividade de Einstein!

Usina Nuclear

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. Este processo é chamado de fissão nuclear, que é a base do funcionamento das usinas nucleares, também com a fissão controlada como já vimos que serve para produzir eletricidade, sendo ainda, também o princípio utilizado para a construção das primeiras bombas atômicas.

Quando os átomos de hidrogênio se juntam para formar um átomo de hélio, existe uma grande perda de massa que é transformada em energia. Este processo é chamado de fusão nuclear, e ele gera a luz e calor do Sol e que é usado na mais poderosa arma já criada pelo homem aqui na terra, a bomba de hidrogênio. Ele só ocorre em locais com altíssima temperatura e pressão. Atualmente muitos pesquisadores estudam formas de utilizar essa fusão para produzir também a eletricidade.

Ao estudar as partículas que compõe a matéria, a física nuclear se aproxima de outra área: a Física de Partículas. Esta, investiga quais são e como se comportam as partículas que compõe o nosso universo, mostrando de forma muito clara que o átomo, o seu núcleo ou mesmo os prótons ou nêutrons não são indivisíveis como se pensava em outras épocas passadas.

Atenção: 
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