Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

Graduação → Física nuclear e de partículas → Radioatividade ↓


Fissão e Fusão Nuclear


Introdução

Reações nucleares estão no cerne da produção de energia e são os processos fundamentais que alimentam o sol e as estrelas. Na física nuclear, dois tipos principais de reações nucleares podem liberar energia: fissão e fusão. Este documento explorará esses processos, seus mecanismos e aplicações de uma forma simples e compreensível.

Entendendo o Átomo

Átomos são as menores unidades de matéria que retêm as propriedades de um elemento. Um átomo consiste em um núcleo composto de prótons e nêutrons, coletivamente conhecidos como nucleons, cercado por uma nuvem de elétrons. O núcleo é pequeno em comparação com todo o átomo, mas contém quase toda a massa do átomo.

Núcleo nuvem de elétrons

Fissão nuclear

A fissão nuclear é um processo no qual um núcleo pesado se divide em dois ou mais núcleos menores, liberando alguns nêutrons e uma grande quantidade de energia. A fissão pode ocorrer naturalmente ou ser induzida por partículas como nêutrons.

O processo de fissão

Quando um nêutron colide com um núcleo pesado, como o urânio-235, ele se torna instável. Essa instabilidade faz com que o núcleo se divida em dois núcleos menores, conhecidos como fragmentos de fissão. Esse processo libera nêutrons extras e uma grande quantidade de energia:

        ^{235}U + n → ^{92}Kr + ^{141}Ba + 3n + Energia

A energia liberada na fissão é principalmente devida à conversão de parte da massa do núcleo em energia, como descrito na famosa equação de Einstein:

        E = mc²
N ^{235}U ^{92}Kr ^{141}Ba N N N

Reação em cadeia

Em um reator nuclear, o processo de fissão pode se tornar auto-sustentável por meio de uma reação em cadeia. Quando mais nêutrons são liberados em cada evento de fissão, esses podem induzir novas fissões em núcleos próximos. Este processo é controlado em reatores para manter uma produção constante de energia:

  • Em uma reação em cadeia controlada, o número de nêutrons que podem provocar mais fissão é limitado.
  • Em uma reação em cadeia descontrolada, como em uma bomba atômica, a reação cresce exponencialmente, liberando quantidades massivas de energia.

Fusão Nuclear

Fusão é o processo no qual dois núcleos atômicos mais leves se combinam para formar um núcleo mais pesado, liberando energia. Esta reação alimenta o Sol e outras estrelas, oferecendo energia de maneira mais abundante e potencialmente mais limpa do que a fissão.

O processo de fusão

Para que a fusão ocorra, os núcleos devem superar sua repulsão eletrostática, conhecida como barreira de Coulomb. Isso requer temperaturas e pressões extremamente altas, como as encontradas no centro das estrelas. Por exemplo, no Sol:

        4^{1}H → ^{4}He + 2e^+ + 2ν + Energia

As reações de fusão liberam energia porque a massa do núcleo resultante é menor do que a soma de suas partes, e a diferença de massa é convertida em energia.

^{1}H ^{1}H ^{4}He

Os desafios da fusão

A fusão promete uma fonte quase ilimitada de energia, mas também apresenta desafios tecnológicos significativos. Criar as condições necessárias para a fusão na Terra requer grandes quantidades de energia, tecnologia sofisticada para controlar o plasma e materiais capazes de suportar as condições extremas.

Aplicações da fusão

  • Produção de energia: A fusão tem o potencial de proporcionar uma fonte de energia sustentável sem o lixo radioativo produzido pela fissão.
  • Usos médicos: A pesquisa em fusão contribui para avanços na física e tecnologia de plasma, que têm implicações para a imagem médica e o tratamento do câncer.

Comparação entre Fissão e Fusão

Aspecto Fissão Fusão
Combustível Elementos pesados como urânio, plutônio Elementos leves como hidrogênio (deutério, trítio)
Liberamento de energia Médio Alto (por reação)
Resíduos Resíduos radioativos de longo prazo Nível baixo de resíduos de curto prazo
Uso atual Amplamente utilizado em reatores nucleares Experimental (ex: projeto ITER)

Conclusão

Fissão e fusão nuclear são processos fascinantes que apresentam tanto oportunidades quanto desafios. Embora a fissão seja atualmente uma tecnologia estabelecida para a produção de energia, a fusão oferece um futuro promissor para energia limpa e abundante. Entender esses processos é crucial para avanços na tecnologia nuclear e a busca por soluções de energia sustentável.


Graduação → 8.2.3


U
username
0%
concluído em Graduação

← Anterior (8.2.2)
Meia-vida
Próximo (8.3) →
Física de partículas

Comentários 



Fissão e Fusão Nuclear

https://www.physicsflow.com/ug/8.2.3?pfal=pt