Como o próprio nome já diz, vamos estudar as partículas que compõem o núcleo do átomo. Nessa parte pequeníssima e massiva do átomo existem prótons e nêutrons! Lembra disso? Se não, vamos dar uma relembrada!
Fusão Nuclear
A fusão nuclear ocorre quando dois núcleos atômicos se colidem e formam um novo núcleo.
Este tipo de reação não é comum na terra e isso se deve a um princípio simples: a repulsão das cargas, além de precisarmos de uma temperatura de aproximadamente 50 milhões de graus celsius para que ela possa acontecer. No entanto, esta reação é muito comum no Sol, por exemplo.
Além da temperatura necessária para que as moléculas aumentem sua velocidade ao ponto de se fundirem, essa reação libera uma energia muito grande. Em 2016, os chineses conseguiram realizar a fusão de hidrogênios, criando um sol artificial. Você pode conferir no final da apostila o link da reportagem.
Descrevendo a Reação
Na fusão que ocorre no Sol, quatro hidrogênios, em altas temperaturas (com alta energia cinética, ou seja, alta velocidade), se chocam entre si e formam um núcleo de Hélio que é estável e, além disso, libera uma grande quantidade de energia e um pósitron.
Pósitron: antipartícula do elétron, isso quer dizer que ele tem carga positiva e a massa do elétron (desprezível).
Fissão Nuclear
Na Fissão Nuclear, um átomo com um núcleo grande se divide em dois ou mais núcleos estáveis. Isso acontece porque núcleos maiores possuem muitas partículas e a força nuclear (força responsável por manter todo núcleo juntinho) vai enfraquecendo até que esse núcleo se rompa, porque tudo na natureza tende ao estado de menor energia, ficando assim mais estável após a divisão. Essa divisão é desencadeada porque esses núcleos instáveis colidem com um nêutron a uma determinada velocidade. Cada vez que o núcleo se divide, mais nêutrons são formados e a reação prossegue. Essa reação também libera uma quantidade de energia muito grande. Este processo também pode ser chamado de decaimento.
Usinas Nucleares
Vamos por etapas
- No reator nuclear ocorre a fissão (geralmente de urânio, que é utilizado nas formas de barras). Como essa reação desprende muita energia em forma de calor, ela aquece a água de dentro do reator. A água que é utilizada dentro do reator tem um índice de pureza muito alto para que ela não afete em nada durante o processo de fissão.
- A água, na sua forma de vapor, sai do reator nuclear e passa por uma turbina, que gira e transforma a energia provinda da reação em energia elétrica. Essa energia vai para as redes de abastecimento elétrico.
- O vapor de água sai da turbina e vai para um condensador que tem água fria proveniente de um rio ou de um lago próximo. Ao entrar em contato com os canos frios, o vapor d’água condensa (vira líquido) e retorna para o reator. Note que a água do lago não entra em contato com a outra que vai para o reator, isso acontece para tentar não gerar impactos ambientais e também para evitar contaminação com impurezas.
Partícula Alfa (α)
A partícula alfa é emitida em fissões nucleares e possui as seguintes características: Carga +2 (2 prótons) e massa 4 (2 prótons + 2 nêutrons), ou seja, ela é idêntica a um núcleo de Hélio (a um núcleo de Hélio, gente, sem os elétrons!!) e pode ser representada conforme a imagem abaixo:
Repare nesta reação: temos o Urânio com massa 235 e 92 prótons. Ao passar pelo decaimento, ele libera uma partícula alfa que tem massa 4 e 2 prótons e, ao final, temos como produto o Thório que tem massa 231 e 90 prótons.
Se somarmos as massas e o número de prótons dos produtos, temos a massa e o número de prótons do Urânio, o reagente inicial.
4 + 231 = 235
2 + 90 = 92
Geralmente, é assim que caem questões nos vestibulares. Em algum lugar há um número que a gente não conhece e a questão cobra que número é esse. É bem simples!!
Partícula Beta (β)
A partícula beta também é conhecida como neutrino e ela é um pouco mais complexa que a partícula alfa, porque temos um nêutron do núcleo original que se transforma em um próton e em uma partícula beta: um nêutron se divide basicamente em dois, ele vira uma partícula positiva com massa e uma partícula negativa sem massa. Isso mesmo, o neutrino ou partícula beta. Ele tem carga negativa e pode ser representado também como vemos na imagem abaixo.
Repare nesta reação: temos o carbono com massa 14 (que é fruto de decaimento radioativo) e 6 prótons se transformando em nitrogênio, que tem massa 14 e 7 prótons. Mas como pode aumentar um próton? Lembra que a partícula beta é um nêutron que se transforma em um próton e um neutrino? Esse próton retorna para o núcleo e a partícula beta (negativa e sem massa) é liberada.
Radiação Gama
A radiação gama, ou raios gama, é produzida a partir dos decaimentos nucleares. É largamente utilizada para esterilização de aparelhos, para diagnóstico e também tratamento de doenças. Isto porque estes raios tem um grande poder de penetrar em materiais. Esta radiação é fruto dos decaimentos: quando um núcleo passa de um estado mais energético para um de menor energia, esta energia é liberada na forma de raios gama. Uma reação de decaimento pode liberar um ou muitos raios gama e, como eles não têm massa nem carga, a presença deles na reação de decaimento não interfere nos cálculos como no caso das partículas alfa e beta.
Poder de Penetração das Radiações
A partícula alfa, por possuir massa e carga, é a que possui menor poder de penetração, pois ela interage com qualquer pedaço de matéria que encontrar pelo caminho. Já a partícula beta possui maior penetração que a alfa, já que não possui massa. A radiação gama é a que tem maior poder de penetração, pois ela não tem carga nem massa, é uma onda eletromagnética capaz de atravessar papel e metais.