A física nuclear é um ramo da física que trata do estudo de núcleos atômicos, partículas subatômicas e interações nucleares. Centra-se na compreensão da estrutura e das propriedades dos núcleos atômicos, bem como das forças e reações nucleares que neles ocorrem.
A física nuclear cobre uma ampla gama de tópicos, incluindo decaimento radioativo, fissão nuclear , fusão nuclear , radioatividade, interações de partículas carregadas com a matéria, reações nucleares induzidas e a produção de energia através de processos nucleares.
Também são investigadas a formação e desintegração de isótopos e a geração de elementos no Universo, bem como a radiação e seus efeitos na matéria e nos seres vivos.
Os avanços na física nuclear levaram ao desenvolvimento de aplicações práticas em vários campos, como geração de energia nuclear, medicina nuclear, datação por radiocarbono, pesquisa astrofísica e produção de materiais e radioisótopos para uso industrial e médico.
O que a física nuclear estuda?
A física nuclear cobre vários tópicos fundamentais. Abaixo estão alguns dos principais tópicos relacionados a esta disciplina:
Estrutura nuclear
No campo da estrutura nuclear, a física nuclear estuda a composição e as propriedades dos núcleos atômicos, incluindo tamanho, forma, carga, momento magnético e distribuição de carga.
Nele também é investigada a estrutura interna dos núcleos e como os prótons e nêutrons estão organizados dentro deles.
Decaimento radioativo
Examina os processos pelos quais núcleos instáveis decaem, emitindo partículas e radiação. Diferentes tipos de desintegração são estudados, tais como:
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A emissão de partículas alfa.
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A emissão de radiação beta.
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Radiação gama.
Reações nucleares
Os físicos nucleares estão preocupados com a investigação das interações entre núcleos e partículas subatômicas. Isso inclui dois tipos de reações:
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Fissão nuclear, onde um núcleo pesado se divide em dois ou mais fragmentos
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Fusão nuclear, onde dois núcleos leves se combinam para formar um núcleo mais pesado. As condições e fatores que afetam essas reações são explorados.
Modelos nucleares
O desenvolvimento de modelos teóricos e matemáticos para descrever e prever o comportamento dos núcleos atômicos é realizado através da física nuclear.
Esses modelos atômicos incluem o modelo de casca, o modelo de gota líquida e o modelo de partícula, que fornecem diferentes perspectivas sobre a estrutura e propriedades nucleares.
Energia nuclear
A física nuclear inclui o estudo da energia nuclear para gerar energia elétrica por meio de reações de fissão e fusão nuclear.
Neste campo, são investigadas as aplicações da energia nuclear na produção de eletricidade, reatores nucleares e tecnologias relacionadas. Inclui os desafios associados à segurança e gestão dos resíduos nucleares.
Medicina nuclear
Este campo da física inclui foco na aplicação da tecnologia nuclear na medicina. A medicina nuclear inclui conceitos como a produção de radioisótopos para diagnóstico e tratamento de doenças, imagens nucleares e radioterapia.
Astrofísica nuclear
A astrofísica nuclear é o estudo dos processos nucleares que ocorrem nas estrelas, como a nucleossíntese estelar, onde elementos mais pesados são produzidos a partir de reações nucleares.
7 exemplos de física nuclear
Aqui estão alguns exemplos de fenômenos e aplicações da física nuclear:
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Sistemas de datação de elementos arqueológicos através do decaimento radioativo: Um exemplo clássico de física nuclear é o decaimento radioativo. O decaimento do isótopo radioativo carbono-14 (C-14) é usado para determinar a idade de objetos arqueológicos e geológicos.
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Fonte de energia térmica em usinas nucleares: A fissão nuclear é o processo no qual um núcleo pesado, como o urânio-235 (U-235), se divide em dois núcleos menores, liberando uma grande quantidade de energia na forma de calor e radiação. . Este fenômeno é a base dos reatores nucleares e das bombas nucleares.
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A energia gerada pelo Sol: A fusão nuclear é o processo no qual dois núcleos leves, como o deutério e o trítio, se combinam para formar um núcleo mais pesado, liberando uma enorme quantidade de energia. A fusão nuclear é a fonte de energia dentro do Sol e buscamos replicar esse processo na Terra para gerar energia limpa e sustentável.
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Produção de isótopos e radioisótopos para medicina nuclear: A física nuclear é usada para produzir isótopos radioativos e radioisótopos usados em diversas aplicações. Por exemplo, o tecnécio-99m (Tc-99m) é um radioisótopo amplamente utilizado em medicina nuclear para o diagnóstico de doenças.
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Imagem Nuclear: A tomografia por emissão de pósitrons (PET) e a tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) são técnicas de imagem nuclear usadas na medicina para obter imagens detalhadas do interior do corpo e diagnosticar doenças.
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A nucleossíntese estelar é o processo pelo qual elementos mais pesados são formados no núcleo das estrelas. Este é um exemplo de como a física nuclear nos ajuda a compreender como os elementos químicos são produzidos no cosmos.
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Terapia para o tratamento do câncer: A física nuclear é usada na radioterapia para o tratamento do câncer. A radioterapia usa feixes de radiação ionizante para danificar e destruir as células cancerígenas, ao mesmo tempo que minimiza os danos às células saudáveis circundantes.
Quem são os físicos nucleares mais importantes da história?
Abaixo estão alguns dos cientistas mais importantes no campo da física nuclear:
- Ernest Rutherford (1871-1937): Considerado um dos pais da física nuclear, Rutherford realizou experimentos importantes que levaram à descoberta do núcleo atômico e propôs o modelo planetário do átomo.
- Marie Curie (1867-1934): Pioneira no campo da radioatividade, Curie foi a primeira mulher a receber um Prêmio Nobel e a única pessoa a receber dois Prêmios Nobel em disciplinas diferentes (Física e Química). Sua pesquisa sobre radioatividade e a descoberta dos elementos rádio e polônio lançaram as bases da física nuclear e da medicina nuclear.
- Enrico Fermi (1901-1954): físico italiano conhecido por suas contribuições à teoria quântica e à física nuclear. Fermi realizou experimentos pioneiros em fissão nuclear e liderou o primeiro reator nuclear controlado em Chicago.
- Niels Bohr (1885-1962): Famoso por seu modelo de átomo de Bohr, Bohr conduziu pesquisas importantes em física nuclear e foi um dos pioneiros na compreensão da estrutura do núcleo atômico e na descrição de reações nucleares.
- James Chadwick (1891-1974): Chadwick descobriu os nêutrons das partículas subatômicas, que foram fundamentais para a compreensão da estrutura e estabilidade dos núcleos atômicos.
- J. Robert Oppenheimer (1904-1967): Conhecido principalmente por sua liderança no Projeto Manhattan, que desenvolveu a primeira bomba atômica, Oppenheimer também fez contribuições importantes na teoria quântica e na física nuclear.
Embora Albert Einstein (1879-1955) seja um cientista muito importante no campo da física nuclear, mais conhecido por sua teoria da relatividade.
Porém, suas contribuições para a física nuclear também foram significativas, principalmente por sua famosa equação de energia, E=mc², que estabelece a equivalência entre energia e massa. Esta equação é essencial para compreender a liberação de energia em reações nucleares, como fissão e fusão.
