Estuda o núcleo atômico e suas propriedades
A Física Nuclear é parte da física dedicada às propriedades dos núcleos atômicos e também às suas interações e reações.
As aplicações desse estudo têm ajudado a diversas áreas a partir da geração da energia nuclear, a produção de energia elétrica através das Usinas Nucleares, a criação de materiais bélicos como a bomba atômica, mas também tem ajudado a medicina nuclear com a ressonância magnética, a engenharia de materiais com implantação de íon, astronomia e cosmologia.
Conceito da Física Nuclear
O objetivo da Física Nuclear é saber mais sobre o núcleo atômico e sobre suas propriedades. Podemos classificar as propriedades dos núcleos de duas formas:
• Estática: tamanho, forma, massa, energia de ligação, carga, spin, momentos eletromagnéticos, paridade, etc.
• Dinâmica: radiatividade, reações nucleares, estados excitados, etc.
As propriedades são analisadas por meio de modelos nucleares, baseados na mecânica quântica, relatividade e teoria quântica de campos.
A partir da descoberta que os nucleons, que compõe o núcleo atômico (prótons e nêutrons), são sistemas compostos, mudou o interesse dos físicos nucleares para a pesquisa dos graus de liberdade dos quarks. Atualmente, os estudos da Física Nuclear e da Física de Partículas estão interligados.
O que estuda a Física Nuclear
A Física Nuclear é muito ampla e abrange diversos conhecimentos, que vai desde a composição das partículas fundamentais (elétrons, os prótons e os nêutrons) até o estudo dos corpos celestes. As áreas estudadas pela Física Nuclear são:
• Força Gravitacional: é a força mais fraca das quatro, ela vem sendo investigada desde o tempo das pesquisa de Newton. Entre as partículas fundamentais, antes chamada de elementar, tem a intensidade com cerca de dez elevado a trigésima oitava potência, menor que a nuclear forte, que é a mais intensa. Independente da sua distância, todas as partículas estão sujeitas a força gravitacional.
• Força Eletromagnética: essa força liga o átomo à molécula para formação da matéria. Ela é dez elevado a trigésima sexta potência mais intensa que a gravitacional. Manifesta-se a partir de distâncias do núcleo atômico.
• Força Nuclear Fraca: tem um raio de ação pequeno, participando de processos de decaimento de alguns núcleos instáveis. Essa força é cerca de dez elevado a vigésima quinta potência, mas intensa que a gravitacional, ou cerca de dez elevado a décima terceira potência mais fraca que a nuclear forte.
• Força Nuclear Forte: são forças que não reduzem a qualquer outra e que fiscalizam a forma como a matéria interage entre si, esta relação é representada pelo contato entre os quarks e glúons, sendo consideradas inicialmente como interações entre os prótons e nêutrons, por acreditar que estes últimos eram indivisíveis. Esse teoria só desmoronou a partir da teoria das Partículas Quânticas. Os elétrons não são afetados pela força nuclear forte.
Principais Teorias da Física Nuclear
Antes o átomo era visto como suposição teórica, sem qualquer comprovação material, até que o físico alemão Albert Einstein resolveu incorporar o átomo às suas teorias.
Einstein elaborou se seguinte teoria: a matéria e a energia são equivalentes. Seguindo este princípio:
E = m . c²
Onde:
E = energia
m = massa
c = velocidade da luz
Com esta fórmula é possível calcular quanta energia existe em uma massa.
A partir da equivalência entre massa e energia, o Princípio de Conservação da Massa e o Princípio da Conservação da Energia unem-se.
Com a quebra de núcleo atômico origina-se novos núcleos produzindo uma grande liberação de energia, devido ao tamanho total da massa dos novos elementos serem menores que os dos elementos iniciais. Isso é a Fissão Nuclear, que dá base ao funcionamento das Usinas Nucleares.
Já a Fusão Nuclear acontece quando os átomos de hidrogênio juntam-se para formar um átomo de Hélio, neste processo existe uma grande perda de massa, que passa a se transformar em energia. Esta técnica é utilizada na fabricação da bomba de hidrogênio.
Hoje, pesquisadores já estudam formas de utilizar a Fusão Nuclear para produzir a eletricidade. Este recuso só pode ser utilizado em áreas de alta pressão e temperatura.
A partir do estudo das partículas que originam a matéria, desenvolvido pela Física Nuclear, a Física de Partículas tende a estabelecer uma relação de proximidade com essa, uma vez que a Física de Partículas tem como função analisar a composição e o comportamento das partículas.
História da Física Nuclear
Os estudos da Física Nuclear iniciou-se a partir da descoberta da radioatividade feita pelo físico francês Antoine Henri Becquerel, em 1896. Mas foi após o século XX que a Física Nuclear passou por uma grande evolução, quando construiu a primeiro reator nuclear.
A Física Nuclear parte do princípio de que se quebrássemos um objeto muitas vezes chegaria o momento em que não teríamos mais como quebrá-lo, tornando o átomo indivisível, de acordo com a lei de Lavoisier, e conforme as teorias de John Dalton.
Atribui-se a Rutherford a descoberta do próton.
(Foto: Wikimedia Commons)
A medida em que as pesquisas da Física Nuclear foram avançando, o químico e físico Ernest Rutherford criou um novo modelo de átomo, no qual tornou-se um sistema formado por partículas deferentes, contrariando a lei de Proust.
Neste novo modelo tem-se na parte externa elétrons, que são partículas com cargas negativas e massa menor do que as demais. No núcleo encontram-se prótons, com carga positiva e nêutrons, com carga neutra. Este método foi mais tarde aprimorado pelo físico dinamarquês Niels Bohr.