FISICA_NUCLEAR_APLICACOES_NA_AGRICULTURA

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Sumário
Introdução	3
1 Fundamentos da Fisica Nuclear	4
1.1 Nucleo Atómico	4
1.1.1 FISSÃO NUCLEAR	5
1.1.2 FUSÃO NUCLEAR	7
1.1.3 Propriedades da Radioactividade	7
2 Energia Nuclear no Mundo	9
2.1 Vantagens e desvantagens	10
3 Agricultura e a Fisica Nuclear	11
3.1 Em Entomologia Agrícola	12
4 Realidade Angolana	13
Conclusão	14
Recomendações	15
Referências	17
Introdução 
A energia nuclear é estudada pelo ramo correspondente da Física por ser um fenómeno de grande impacte na produção de energias a nível do mundo, no entanto, o conhecimento sobre o fenómeno é muito relevante visando a gravidade dos acidentes das usinas nucleares que têm ocorrido recentemente, assim como possiveis aplicações no ramo da agricultura visto que é um meio para o desenvolvimento ecnómico do país e melhorias na sua prática podem se refectir positivamente de um modo qualitativo e quantitativo. Daí o nosso empenho no estudo e elaboração do tema em questão proposto pelo corpo docente da cadeira de Física.
1. Fundamentos da Fisica Nuclear 
A Física Nuclear estuda as propriedades e o comportamento dos núcleos atômicos. Estuda os núcleos atômicos, especialmente os núcleos radioativos e suas reações com os nêutrons e outros núcleos. Inclui também o estudo das reações nucleares nas quais se colocam amostras dentro dos reatores nucleares para produzir um alto fluxo de nêutrons.
As técnicas de física nuclear são frequentemente utilizadas para analisar materiais, rastreando elementos presentes em quantidades ínfimas. Podem-se medir (sem separação química) quantidades tão pequenas quanto 1 nanograma (10-9 g) de cerca de 35 elementos, em materiais como o solo, as pedras, os meteoritos e as amostras lunares.
Nucleo Atómico
O núcleo atômico é constituído por prótons, que possuem carga elétrica positiva, e nêutrons que não possuem carga elétrica. Cada próton do núcleo tenta afastar outro próton, devido à repulsão elétrica, só não o faz realmente porque os nêutrons fazem um papel de "cola" entre prótons. Os modelos atômicos mais recentes explicam que prótons e nêutrons compartilham uma subpartícula. A tal subpartícula compartilhada é um glúon. Um próton e um nêutron se comportam como dois cachorros brigando por um osso: ora o osso (o glúon) está com um cachorro (o próton) e ora está com o outro cachorro (o nêutron), assim eles se mantêm próximos. Como são diversos prótons e diversos nêutrons, a "disputa" envolve todas as partículas e elas se mantêm unidas. Essa união enfraquece se o átomo for muito grande como num átomo de urânio, por exemplo. Esses átomos muito grandes são instáveis e podem perder partes de si - processos nucleares superam em muito as que se pode obter mediante processos químicos, que só utilizam as regiões externas do átomo.
O átomo é formado por um pequeno núcleo, carregado positivamente, rodeado de elétrons. O núcleo, que contém a maior parte da massa do átomo, é composto de nêutrons e prótons, unidos por intensas forças nucleares, muito maiores que as forças elétricas que ligam os elétrons ao núcleo. O número de massa A de um núcleo expressa o número de núcleons (nêutrons e prótons) que o núcleo contém; o número atômico Z é o número de prótons, partículas com carga positiva. A energia de ligação de um núcleo é a intensidade com que as forças nucleares mantêm ligados os prótons e nêutrons. A energia de ligação por núcleon, isto é, a energia necessária para separar do núcleo um nêutron ou um próton, depende do número de massa A.
De acordo com Pedro (2012) a definição de energia nuclear reporta-se pela energia libertada por fissão ou fusão de núcleos atómicos. Fundamentou ainda que alguns isótopos de certos elementos possuem a capacidade de emitirem energia atravez de reacções nucleares, sendo que em alguns ocorre espontâneamente e em outros a reacção é provocada por técnicas como a de bombardeamento de neutrôes. A energia de ligação do núcleo atómico é a medida do quão compactos os neutrões e protões estão.
FISSÃO NUCLEAR
Em 1935, Enrico Fermi começou uma série de experiências em que foram produzidos artificialmente núcleos radioativos, pelo bombardeamento com nêutrons de vários elementos. Alguns dos seus resultados sugeriram a formação de elementos transurânicos. O que eles observaram foi a fissão nuclear, mais tarde comprovado por Otto Hahn (Präss, 2007).
Segundo Pedro (2012) a fissão nuclear trata-se da divisão do núcleo de um átomo em dois fragmentos com cerca da metade da massa original.
A fissão nuclear surge como resultado de uma instabilidade dinâmica do núcleo: em muitos casos a separação do núcleo em dois pedaços é acompanhada de libertação de energia. É este o princípio base da maior parte dos reactores nucleares que usam uma reacção em cadeia para induzir uma taxa controlada de fissão nuclear no material físsil (susceptível de sofrer fissão nuclear), libertando tanto energia como neutrões livres (MATOS, 2009).
Somente se produz fissão nuclear em certos núcleos de numero atômico e mássico elevado, sendo um fator que contribui de modo importante o alto valor de Z (numero atômico) e, por conseguinte, o da força repulsiva existente no interior do núcleo. No processo de fissão, o núcleo composto excitado, que se forma após a absorção de um nêutron, se divide em dois núcleos mais rápidos, denominados fragmentos de fissão (Präss, 2007). 
Somente três núcleos (U-233, U-235 e Pu-239), possuem estabilidade suficiente para poderem ser armazenados durante um longo tempo e são fissionáveis por 12 nêutrons de todas as energias, desde valores térmicos até milhões de eletro-volt. Para determinar a quantidade de energia liberada por fissão de um núcleo atômico, uma das formas é determinar a diminuição de massa, a partir das massas iniciais, e aplicar a relação massa-energia de Einstein E=mc², onde:
· “E” é o equivalente energética da massa “m” e “c” é a rapidez da luz no vácuo.
As centrais nucleares operam através do uso de urânio. A principal característica do urânio é a sua composição, sendo que os seus átomos têm o núcleo mais pesado que existe naturalmente na Terra (MATOS, 2009).
Uma reação de fissão nuclear libera uma energia 10 milhões de vezes maior que uma convencional. A fissão de 1 kg de urânio 235 libera 18,7 milhões de kilovolts/hora em forma de calor. O processo de fissão iniciado pela absorção de um nêutron por um núcleo de urânio 235 também libera uma média de 2,5 nêutrons, além de dois novos núcleos, provocando novas fissões nos núcleos de urânio 235, constituindo assim uma reação em cadeia que leva à liberação continuada de energia nuclear.
A queima do combustível nuclear no reator resulta nos chamados produtos de fissão. São isótopos que não existem naturalmente e são altamente radioativos. Alguns permanecem milhares de anos liberando radiação. Por isso, seu manuseio e seu armazenamento exigem cuidados especiais.
As reacções nucleares são então conduzidas pela acção de bombardeamento e não pelas caracteristicas de decaimento exponencial e tempo de meia-vida dos processos radioactivos expontâneos.
Por vezes o processo de fissão nuclear ocorre sem bombardeamento de neutrões, como um tipo de decaimento radioactivo, mas este tipo de fissão, chamado de fissão espontânea, é raro, excepto em alguns isótopos pesados. A maior parte da fissão nuclear ocorre devido a uma reacção nuclear – um processo de bombardeamento que resulta na colisão de duas partículas subatómicas (MATOS, 2009).
FUSÃO NUCLEAR
A liberação de energia nuclear pode produzir-se também através da fusão de dois núcleos leves em um mais pesado. A energia irradiada pelo Sol deve-se a reações de fusão que se produzem em seu interior.
A fusão nuclear artificial foi obtida pela primeira vez em princípios da década de 1930, com o bombardeio de um alvo que continha deutério por núcleos de deutério, acelerados num cíclotron para alcançar altas energias. Na década de 1950, produziu-se a primeira liberação em grande escala de energia de fusão em testes de armas nucleares realizados pelos Estados Unidos, a antiga União Soviética, a Grã-Bretanha e a França.É um tipo de liberação breve e não controlada, que serve para bombas, mas não para a produção de energia elétrica.
A ciência ainda não conseguiu resolver o principal problema para a utilização comercial da fusão nuclear na produção de eletricidade: a energia necessária para acelerar os núcleos de deutério e fazê-los colidirem e se fundirem é muito maior que a energia obtida. Por isso, os pesquisadores ainda buscam maneiras mais eficientes de esquentar o gás a altas temperaturas e armazenar uma quantidade suficiente de núcleos durante um tempo longo o bastante para permitir a liberação de uma energia maior que a necessária para aquecer e armazenar o gás. Outro problema importante é a captura dessa energia e sua conversão em eletricidade.
Os reactores de fusão poderiam, em princípio, ser usados em centrais de fusão para produzir energia sem a complexidade de se ter de lidar com os fragmentos de fissão, mas ainda há bastantes obstáculos científicos e técnicos. Foram construídos já vários reactores de fusão, mas até agora nenhum conseguiu produzir mais energia térmica que o consumo de energia eléctrica. Apesar da pesquisa sobre reactores de fusão ter começado por volta de 1950, nenhum reactor de fusão comercial é esperado existir antes de 2050. O projecto ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) é actualmente a esperança maior para comercializar energia proveniente da fusão nuclear (MATOS, 2009).
Propriedades da Radioactividade
A radioactividade é um fenómeno no qual um certo núcleo instável se desintegra espontâneamente, formando assim novos núcleos mais leves e mais estáveis. Este fenómeno liberta energia na forma de um ou mais tipos de radiação: alfa, beta ou gama. Estes fenómenos de desintegração e libertação de energia são denominados de decaimentos (MATOS, 2009).
1 (MATOS, 2009)
A radiação alfa tem muita energia e é a mais perigosa dos três tipos de radiação. Contudo uma folha de papel é suficiente para travar estes raios. A radiação gama consiste em fotões que têm uma frequência maior e um comprimento de onda menor que a luz, tendo menos energia que a radiação alfa, mas podendo percorrer grandes distâncias. É necessário uma parece de betão para a protecção contra raios gama.
2 (MATOS, 2009)
Um núcleo atómico é instável quando é demasiado pesado. Todo o átomo que possua um número de neutrões mais protões maior que 210 é instável. Porque é impossível prever que núcleo será o próximo a decair existem estatísticas. Podemos então dizer quantos núcleos atómicos irão decair num certo tempo. Este é o princípio dos tempos de meia-vida. Após um tempo de meia-vida, metade do núcleo atómico de um certo material decaiu. 
A radioactividade é medida em Becquerels (Bq). O Becquerel é o número de decaimentos dum átomo por segundo. A radioactividade pode ser detectada e medida usando instrumentos como contadores geiger e camâras de ionização, que utilizam as propriedades de ionização daradiação. Estas medidas podem ser extremamente exactas, por isso é possível medir a radioactividade de qualquer objecto. 
A radioactividade também pode ser de origem natural. Estamos constantemente expostos a radiações emitidas pelas estrelas (radiação cósmica) e por substâncias que libertam naturalmente radiação no solo, na água e no nosso próprio corpo. A comida, a água que consumimos e o ar que respiramos (que contém rádon, um gás formado pela desintegração de urânio na crosta terrestre) também são radioactivos. A radioactividade também pode ser artificial se provir de materias manufacturados (indústria, medicina, etc.) (MATOS, 2009).
Energia Nuclear no Mundo
Os primeiros reatores de energia nuclear em grande escala foram construídos em 1944, nos Estados Unidos, para a produção de material para armas nucleares. Posteriormente, em todo o mundo, foram construídos diferentes tipos de reator (diferenciados pelo combustível, pelo moderador e pelo refrigerante empregados) para a produção da energia elétrica. 
O acidente nuclear de Chernobyl ocorreu dia 26 de abril de 1986, na Usina Nuclear de Chernobyl (originalmente chamada Vladimir Lenin) na Ucrânia (então parte da União Soviética). É considerado o pior acidente nuclear da história da energia nuclear, produzindo uma nuvem de radioatividade que atingiu a União Soviética, Europa Oriental, Escandinávia e Reino Unido (Präss, 2007).
Em dezembro de 1993, os pesquisadores da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, usaram o Reator Experimental de Fusão Tokamak para produzir uma reação de fusão controlada que gerou 5,6 megawatts. O reator consumiu mais energia do que produziu durante seu funcionamento.
Vantagens e desvantagens
Outras aplicações importantes da física nuclear são o desenvolvimento de métodos para produzir materiais radioativos utilizados para diagnósticos e tratamentos médicos. Também se desenvolveram traçadores radioativos, usados para estudar o comportamento químico dos elementos e outras pesquisas que empregam proporções diminutas de material.
Se a energia de fusão se tornar viável, oferecerá as seguintes vantagens: 
· uma fonte ilimitada de combustível, o deutério procedente da água dos oceanos; 
· baixo risco de acidente no reator, já que a quantidade de combustível no sistema é muito pequena; 
· e resíduos muito menos radioativos e mais simples de manejar que os procedentes dos sistemas de fissão.
A energia nuclear tem vantagens económicas e ambientais: o seu custo de kWh é estável e competitivo, contribui para a auto-suficiência energética e não polui o ambiente com gases nocivos, nem contribui para o efeito de estufa. Como a energia nuclear é relativamente barata comparada com outros métodos de produção de energia e é também subsidiada pelo governo francês, os utilizadores industriais têm a vantagem de pagar menos pela sua electricidade do que a maior parte dos outros países da união europeia (MATOS, 2009).
As partículas saem do núcleo radioativo com bastante energia cinética. Ao penetrar na matéria, elas transferem energia aos átomos e moléculas que encontram, até perder toda a sua energia e parar. Se essa matéria for o corpo humano podem ocorrer lesões, leves ou mais graves, dependendo da energia das partículas. Essas lesões podem ocorrer na pele ou em órgãos internos do corpo: com grande energia, a radiação é capaz de destruir as moléculas que compõem esses órgãos.
A energia nuclear produzida de forma controlada nas usinas nucleares também pode ser gerada sem controle por bombas nucleares, as armas mais destrutivas já inventadas pela humanidade.
Agricultura e a Fisica Nuclear
A medicina, a indústria, particularmente a farmacêutica, e a agricultura são as áreas mais beneficiadas (CARDOSO, (S.D)).
Os transportes e agricultura também têm mostrado um aumento progressivo do consumo de electricidade nos últimos 30 anos, sendo que, por sua vez, o consumo do sector industrial e da siderurgia tem-se mantido relativamente constante, tendo mesmo baixado 0,78 e 16,6% em 2005 comparado com 2004 (MATOS, 2009). 
Por um lado, a ciência atómica não se resume à fabricação de bombas destrutivas, e, apesar da grande disparidade entre os benefícios e os malefícios, reveste-se de uma altíssima importância no campo da investigação científica e ainda no das realizações utilitárias imediatas, quer nos domínios da Medicina, quer nos domínios das outras ciências biológicas, da Física, das indústrias e da agricultura.. (CARVALHO, 2004 )
Os isótopos radioativos ou radioisótopos, devido à propriedade de emitirem radiações, têm vários usos. As radiações podem até atravessar a matéria ou serem absorvidas por ela, o que possibilita múltiplas aplicações. Mesmo em quantidades cuja massa não pode ser determinada pelos métodos químicos, a radiação por eles emitida pode ser detectada. Pela absorção da energia das radiações (em forma de calor) células ou pequenos organismos podem ser destruídos. Essa propriedade, que normalmente é altamente inconveniente para os seres vivos, pode ser usada em seu benefício, quando empregada para destruir células ou microorganismos nocivos.A propriedade de penetração das radiações possibilita identificar a presença de um radioisótopo em determinado local.
As radiações emitidas por radioisótopos podem atravessar a matéria e, dependendo da energia que possuam, são detectadas (percebidas) onde estiverem, através de aparelhos apropriados, denominados detectores de radiação. Dessa forma, o deslocamento de um radioisótopo pode ser acompanhado e seu percurso ou caminho ser traçado num mapa do local Por esse motivo, recebe o nome de traçador radioativo (CARDOSO, (S.D)).
É possível acompanhar, com o uso de traçadores radioativos, o metabolismo das plantas, verificando o que elas precisam para crescer, o que é absorvido pelas raízes e pelas folhas e onde um determinado elemento químico fica retido. Uma planta que absorveu um traçador radioativo pode, também, ser radiografada, permitindo localizar o radioisótopo. Para isso, basta colocar um filme, semelhante ao usado em radiografias e abreugrafias, sobre a região da planta durante alguns dias e revelá-lo. Obtém-se o que se chama de auto-radiografia da planta (CARDOSO, (S.D)).
Ainda no campo dos alimentos, uma aplicação importante é a irradiação para a conservação de produtos agrícolas, como batata, cebola, alho e feijão. Batatas irradiadas podem ser armazenadas por mais de um ano sem murcharem ou brotarem.
3 (CARDOSO, (S.D))
Em Entomologia Agrícola
A técnica do uso de traçadores radioativos também possibilita o estudo do comportamento de insetos, como abelhas e formigas. Ao ingerirem radioisótopos, os insetos ficam marcados, porque passam a emitir radiação, e seu raio de ação pode ser acompanhado. No caso de formigas, descobre-se onde fica o formigueiro e, no caso de abelhas, até as flores de sua preferência.
A marcação de insetos com radioisótopos também é muito útil para eliminação de pragas, identificando qual predador se alimenta de determinado inseto indesejável. Neste caso o predador é usado em vez de inseticidas nocivos à saúde.
Outra forma de eliminar pragas é esterilizar os respectivos machos por radiação gama e depois soltá-los no ambiente para competirem com os normais, reduzindo sua reprodu- ção sucessivamente, até a eliminação da praga, sem qualquer poluição com produtos químicos.
 
Realidade Angolana
“Quando um país começa a desenvolver programas que envolva o uso de energia atómica gera uma certa desconfiança em alguns circulos internacionais”, afirmou João Baptista, garantindo não existir nenhum propósito do estado Angolano usar estes materiais com fins militares (Angop, 2007).
O ministro falou numa conferência sobre a aprovação da lei relacionada a criação do programa nuclear sobre aplicações não bélicas. Angola é membro da Agencia Internacional de Energia Atómica desde 1999. 
“Em nome do meu País gostaria de manifestar o apreço pelo contínuo, valioso e imprescindível contributo que a Agência, através do Departamento de Cooperação Técnica, tem vindo a prestar no desenvolvimento e fortalecimento multifacético da aplicação das tecnologias nucleares (59a. Sessão Regular da Conferência Geral, 2015). 
O Estado angolano agradece a Agência pela assistência técnica que lhe tem sido prestada no campo da agricultura, veterinária e, particularmente, saúde-terapia do cancro que permitiu a redução de custos com a evacuação de pacientes para o estrangeiro e a redução de óbitos, constituindo esta assistência muito importante para a minimização das carências que o País vem enfrentando nestas áreas”.
O meu País, está engajado no sentido de proceder a ratificação de outros instrumentos legais ligados ao uso da energia nuclear, tão rápido quanto possível, a Convenção sobre a Protecção Física de Materiais Nucleares-CPPNM, a Convenção sobre a Indeminização Complementar em Caso de Danos Nucleares e a Convenção sobre Protecção em Caso de Acidente Nuclear, assim como as respectivas emendas (59a. Sessão Regular da Conferência Geral, 2015).
Conclusão 
Conclui-se então que realmente há aplicabilidade da Fisica Nuclear no ramo da Agricultura contudo o nosso país ainda é pobre e recursos para uso dos meios úteis que os materiais rasioactvos oferecem. No entanto, há poucos investigadores para os assuntos industriais no domínio e diante da pobreza de meios das instituições da área. Daí o fraco desenvolvimento nos estudos e da pouca notoriedade da aplicação da Fisica nuclear. Facto que ainda requer tempo para surtir melhorias sendo que o país enferenta uma crise económica.
Recomendações 
· Para a Agricultura, se propunha .um investigador, que além de fazer investigação, servirá de elemento de ligação com os Centros de Agricultura interessados.
· Que as instituições ligadas recebam todo o apoio necessário para que realmente as tendencias para o uso da energia atómica seja virada para o desenvolvimento industrial e não para fins militares.
Referências
59a. Sessão Regular da Conferência Geral. BORGES, JOÃO BAPTISTA. 2015. VIENA-ÁUSTRIA : (S.E), 2015.
Angop. 2007. ANGOLA REAFIRMA INTENÇÃO DE USAR ENERGIA ATÓMICA PARA FINS PACÍFICOS. ANGONOTÍCIAS. (S.N), 2007.
CARDOSO, ELIEZER DE MOURA. (S.D). Aplicações da Energia Nuclear. Botafogo - Rio de Janeiro : CNEN, (S.D).
CARVALHO, FREDERICO JOSÉ DA SILVA DA GAMA. 2004 . Engenharia Nucleares. Portugal : (S.N), 2004 .
MATOS, FILIPE ANDRÉ MENDONÇA DE. 2009. O Futuro da Energia Nuclear na Europa.. O Exemplo Francês. Lisboa : IST, 2009.
Pedro, Miguel Atónio de Morais. 2012. VIABILIDADE ECONÓMICA DA IMPLEMENTAÇÃO DE UM REACTOR NUCLEAR PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA EM PORTUGAL. Lisboa : ISEL, 2012.
Präss, Alberto Ricardo. 2007. A ENERGIA NUCLEAR HOJE:UMA ANÁLISE EXPLORATÓRIA. Porto Alegre : UFRGS, 2007.