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Grade 10Física ModernaRadioatividade


Fissão e Fusão


Na física moderna, os conceitos de fissão e fusão são importantes para entender os processos nucleares e a produção de energia. Ambos os processos são baseados em reações nucleares envolvendo núcleos atômicos, liberando energia das forças fortes que mantêm os nucleons juntos.

Fragmentação

A fissão é uma reação nuclear em que um núcleo pesado se divide em núcleos menores enquanto libera energia. O processo começa quando um núcleo atômico pesado, como o urânio-235 ou o plutônio-239, absorve um nêutron. O núcleo torna-se instável e se divide em núcleos menores.

Processo de fissão

Imagine um núcleo grande e instável como uma esfera que está equilibrada em uma corda. Quando um nêutron atinge esse núcleo, ele fornece energia extra ao núcleo, fazendo-o oscilar e eventualmente se dividir em duas esferas menores e mais estáveis.

Libera energia

A energia vem das forças nucleares fortes presentes dentro do núcleo. Durante a fissão, uma pequena quantidade da massa do núcleo original é convertida em energia, que é descrita pela famosa equação de Einstein:

E = mc^2

Onde E é energia, m é a massa convertida em energia, e c é a velocidade da luz.

Reação em cadeia

Uma parte importante do processo de fissão é a reação em cadeia. Quando um núcleo se divide, ele libera mais nêutrons, que, por sua vez, podem causar a divisão de outros núcleos. Isso pode levar a uma reação controlada, como em um reator nuclear, ou a uma reação descontrolada, como em uma bomba atômica.

Exemplo visual de fragmentação:

U-235 KR-90 Ba-144

Fusão

A fusão é o oposto da fissão. Ela ocorre quando dois núcleos atômicos mais leves se combinam para formar um núcleo mais pesado. Este processo alimenta estrelas, incluindo o nosso sol. Envolve a colisão de prótons, que superam sua repulsão eletromagnética natural para se combinar e liberar energia.

Processo de fusão

Pense na fusão como dois pequenos ímãs que precisam ser aproximados o suficiente para formar uma ligação forte, apesar de sua tendência a se repelirem. Esta combinação cria um novo ímã maior, que libera uma quantidade significativa de energia.

Libera energia

A energia da fusão vem da massa que é perdida quando dois núcleos se fundem. Novamente, a equação E = mc^2 explica essa relação massa-energia.

Para que a fusão ocorra, são necessárias temperaturas e pressões extremamente altas para superar as forças eletrostáticas entre os núcleos carregados positivamente.

Fusão nas estrelas

Nas estrelas, os núcleos de hidrogênio (prótons) se combinam para formar hélio. Este processo libera uma grande quantidade de energia, que faz o Sol brilhar. Este processo pode ser simplificado nos seguintes passos:

1H + 1H → 2D + e+ + νe
    2D + 1H → 3He + γ
    3He + 3He → 4He + 2 1H

Aqui, símbolos como e+ (pósitron) e νe (neutrino) representam partículas que são liberadas durante as reações.

Exemplo visual de fusão:

H H He

Comparação entre fissão e fusão

Tanto a fissão quanto a fusão liberam energia convertendo massa em energia, mas suas condições, processos e produtos diferem.

Principais diferenças

  • Processo: A fissão divide núcleos mais pesados; a fusão une núcleos mais leves.
  • Condições: A fusão requer altas temperaturas e pressões, semelhantes às encontradas em estrelas. A fissão requer nêutrons para iniciar a reação.
  • Produtos: A fissão produz resíduos radioativos, que devem ser cuidadosamente geridos. Os subprodutos da fusão são geralmente menos radioativos.
  • Energia liberada: Ambos os processos liberam energia, mas a fusão libera mais energia por reação do que a fissão.

Aplicação

A fissão é usada para gerar eletricidade em usinas nucleares. Essas usinas controlam a reação em cadeia de fissão para produzir calor que transforma água em vapor, que aciona turbinas para produzir eletricidade.

Embora a fusão ainda não tenha sido efetivamente usada para energia na Terra, ela oferece a promessa de uma fonte de energia limpa. Esforços estão em andamento para desenvolver reatores de fusão que possam produzir mais energia do que consomem.

Exemplo de texto sobre aplicação:

Considere um país que deseja reduzir suas emissões de carbono e dependência de combustíveis fósseis. Ele pode escolher construir uma usina nuclear baseada em fissão porque essa tecnologia é madura e capaz de fornecer grandes quantidades de eletricidade. Enquanto isso, cientistas do mesmo país podem estar pesquisando tecnologia de fusão como uma solução futura que promete energia abundante e limpa com mínimo resíduo.

Desafios

Ambas as tecnologias enfrentam desafios. A fissão produz resíduos radioativos, que criam problemas de armazenamento a longo prazo. A fusão requer a manutenção de temperaturas e pressões extremamente altas, o que é tecnicamente desafiador.

Apesar desses desafios, os esforços para avançar na tecnologia de fissão e fusão continuam, impulsionados pela necessidade de fontes de energia sustentáveis e limpas para o futuro.

Conclusão

Compreender a fissão e a fusão fornece insights sobre como o universo funciona em grande e pequena escala. Essas reações nucleares fornecem fontes poderosas de energia que, se aproveitadas de forma segura e eficaz, poderiam atender à maioria das demandas energéticas do mundo. À medida que a tecnologia avança, a capacidade desses processos para sustentar atividades humanas aumenta, um passo importante na busca por soluções energéticas sustentáveis.


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