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Trabalho Física Nuclear - UNIP

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TRABALHO SOBRE FÍSICA NUCLEAR
APS
ENGENHARIA ELÉTRICA – UNIP
Introdução
A Física Nuclear estuda a matéria nuclear, as propriedades e o comportamento dos núcleos atômicos e os mecanismos básicos das reações nucleares com nêutrons e outros núcleos, dos quais suas propriedades podem ser classificadas como sendo estáticas (cargas, tamanho, forma, massa, energia de ligação, spin, paridade, momentos eletromagnéticos e etc.) e dinâmicas (radioatividade, estados excitados, reações nucleares e etc.).
Esta área da ciência iniciou a partir da evolução do conceito científico a cerca da estrutura atômica com a descoberta dos raios X, pelo alemão Wihelm Roentgen, em 1895, e foi aprimorada através de Rutherford e James Chadwick, em 1932, pois até meados do século XIX, segundo a teoria atômica de Dalton, acreditava-se que os átomos eram esferas maciças, indestrutíveis e indivisíveis.
Através da Física Nuclear os cientistas descobriram maneiras de dividir o núcleo do átomo para liberar grandes quantidades de energia. Ao se partir um núcleo, ele faz com que muitos outros se dividam numa reação nuclear em cadeia; nas usinas nucleares essas reações são controladas e produzem artificialmente grandes quantidades de energia, como luz e calor para a população.
Para extrair um elétron de um átomo, é necessária certa quantidade de energia. Da mesma forma, cada núcleo (próton ou nêutron) necessita também de grande quantidade de energia, que é da ordem de milhões de vezes. Por esse motivo, a física nuclear é denominada física de alta energia.
Partindo desse princípio, é possível fazer uma classificação básica das forças que existem, sendo elas:
Força gravitacional, que faz uma relação direta de atração mútua entre corpos, sendo responsável pela órbita dos planetas. - Forças eletromagnéticas, que dão origem aos fenômenos elétricos, às reações químicas e aos ímãs. - Força nuclear fraca, que produz o decaimento, no qual um elétron é emitido do núcleo.
Força nuclear forte, que é responsável por manter as partículas do núcleo (prótons e nêutrons) unidas, mesmo contendo cargas elétricas iguais, por isso ela é muito mais intensa que a força elétrica e que a força gravitacional.
Nas reações nucleares, há uma enorme quantidade de energia envolvida, assim é dado o incrível poder destrutivo das bombas nucleares. Estas podem ser de fissão, chamadas bombas atômicas, ou de fusão, chamadas de bomba de hidrogênio. O sol é a maior fonte de energia nuclear e gera energia realizando fusão nuclear. Em seu núcleo, ocorrem milhões de reações nucleares em cadeia, pois o intenso calor do Sol faz com que seus átomos se choquem uns contra os outros, assim cerca de 69 milhões de toneladas de hidrogênio se fundem formando 65 milhões de toneladas de hélio e essas 4 milhões de tonelada hidrogênio que sobram se transformam em energia que sentimos na forma de calor e enxergamos na forma luz.
Podemos destacar várias aplicações para a Física Nuclear, como obtenção de energia elétrica em usinas nucleares, nas reações nucleares de fissão (A quebra de um núcleo atômico resulta em novos núcleos e produz uma grande liberação de energia porque a massa total dos novos elementos é menor que a do núcleo original. A massa que sobra é emitida sob a forma de energia, esta é a fissão), produzindo calor aquecendo a água que movimenta turbina para também produzir eletricidade, na medicina com o desenvolvimento de métodos para produzir materiais radioativos (Raios-X) utilizados em diagnósticos e tratamentos médicos (radiologia – combatendo tumores), e também as bombas atômicas e armas nucleares (fazendo mau uso da ciência, exemplificando: As explosões nucleares que ocorreram em Hiroshima e Nagasaki na I Guerra Mundial depois que os Estados Unidos jogaram duas bombas atômicas sobre as cidades).
Hoje, o alcance da física nuclear se estende desde as partículas mais fundamentais, como os quarks, até gigantescas estruturas do universo, como as supernovas, estudando seu funcionamento e propriedades.
Funcionamento
As usinas nucleares utilizam o princípio da fissão nuclear para gerar calor, dentro do Reator Nuclear, centenas de varetas contendo material radioativo são fissionadas, liberando muito calor. Este calor irá aquecer a água (totalmente pura) que fica dentro do reator. Ela pode chegar a incríveis 1500°C a uma pressão de 157atm. Essa água quente irá seguir por tubos, até o vaporizador, depois volta ao reator, completando o circuito primário.
No vaporizador será fervida outra quantidade de água, pelo calor de tubos onde passam a água extremamente quente do reator. O vapor gerado sairá por canos, até onde ficam localizadas as turbinas e o gerador elétrico. O vapor d’água pode girar as pás das turbinas a uma velocidade de 1800rpm. Depois que o vapor executar sua função, ele segue para o condensador, onde vai virar água novamente e retornar ao vaporizador. Este é o chamado circuito secundário.
Para que o condensador transforme o vapor do circuito secundário em água, é necessário que ele seja abastecido de água fria. Essa água fria pode vir de rios e lagos próximos. Ao passar pelo condensador, esta água fica quente, necessitando ser resfriada nas torres de resfriamento (a maior parte de uma usina nuclear). Este é o circuito terciário (ou sistema de água de refrigeração).
Segurança
Uma usina nuclear possui vários sistemas de segurança, que entram em ação automaticamente em casos de emergência. O principal deles é o sistema que neutraliza a fissão nuclear dentro do reator. São centenas de barras, feitas de materiais não fissionáveis (isto é, mesmo absorvendo nêutrons livres, não se dividem), como boro e cádmio, que são injetadas no meio reacionário.
O reator fica envolvido por uma cápsula de 3 cm de espessura, feita de aço.
O edifício é protegido com paredes de 70 cm, feitas de concreto e estrutura de ferro e aço, e podem aguentar ataques terroristas (mísseis, aviões, etc).
Existem também órgãos internacionais, que vistoriam periodicamente as usinas nucleares, em busca de irregularidades e falhas.
Lixo Radioativo
Os principais componentes que compõem o lixo radioativo produzido nas usinas nucleares são os produtos da fissão nuclear que ocorre no reator. Após anos de uso de certa quantidade de Urânio, o combustível inicial vai se transformando em outros produtos químicos, como criptônio, bário, césio, que não tem utilidade na usina. Ferramentas, roupas, sapatilhas, luvas e tudo o que esteve em contato direto com esses produtos, é classificado como lixo radioativo.
Nos Estados Unidos, os restos são colocados em tambores lacrados, e enterrados bem fundo em desertos. O custo para armazenar os tambores são tão grandes quanto à manutenção da usina. Existem projetos para levar o lixo radioativo em cápsulas em direção ao sol, o que poderia ser uma solução definitiva para o problema, já que por 100.0 anos a radiação estará sendo emitida por esses materiais.
Os reatores desativados também são incluídos nessa classificação. Nenhum reator nuclear usado foi aberto no mundo todo. Geralmente são cobertos de concreto e levados para outro lugar.
Para os ambientalistas, o destino do lixo radioativo é o principal motivo deles serem contra a energia nuclear, já que ainda não se tem uma solução definitiva, e pouco se sabe das consequências da radiação para o meio ambiente. Alguns anos após a explosão de Chernobyl, na Ucrânia, milhares de pessoas desenvolveram doenças estranhas, que são atribuídas à radioatividade na região.
Impactos gerados
Os vários desenvolvimentos tecnológicos que têm origem na pesquisa em Física Nuclear desempenham um papel importante em um número imenso de aplicações práticas. A energia nuclear constitui-se numa fundamental componente da política energética, sendo que o desenvolvimento de novos conceitos em reatores de fissão poderá resultar em reatores ainda mais eficientes e seguros.
Técnicas nucleares vêm sendo largamente aplicadas em diagnóstico e tratamento de doenças, por meio da Radiologia Diagnóstica, Radioterapia