Bomba Atômica

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história, ciência e sociedade

Fusão Nuclear

A fusão nuclear é um processo em que dois ou mais núcleos atómicos se unem para formar um núcleo mais pesado, de maior número atômico Z . Para tanto ela exige energia para ocorrer, e libera muito mais energia que consome para o caso da fusão nuclear acontecer com átomos mais leves (menor Z) que o ferro Fe. Para os elementos mais pesados o processo não libera energia e sim consome energia.

Na natureza podemos observar a fusão nuclear no interior das estrelas, na figura 1traz uma imagem do Sol, elas liberam energia através deste processo no qual, a maior parte de sua vida, produz Hélio (He) por meio da fusão do Hidrogênio (H) com outras partículas.

Figura 1: O Sol pode ser comparado a uma usina nuclear!

Podemos caracterizar a geração de energia por meio de alguns processos como os ciclos próton-próton e o ciclo CNO.

O ciclo próton-próton inicia com a fusão de dois núcleos de hidrogênio (1H) com o deutério (2H), liberando um pósiron e um neutrino ao transformar um próton em nêutron.

¹H + ¹H → ²H + e+ + ve

O pósitron resultante desta reação se aniquila com um elétron e- e sua massa se converte em energia liberada através dos raios gama γ.

e+ + e− → 2γ + 1.02 MeV

Após esta reação o deutério produzido no inicio pode sofrer fusão com outro hidrogênio (1H) para produzir um isótopo (mesmo número de prótons) leve de hélio (3He):

²H + ¹H → ³He + γ + 5.49 MeV

A partir deste passo a reação pode ocorrer por três diferentes meios que resultarão na geração de um núcleo 4He. Na primeira, pp1, o hélio-4 se produz pela fusão de dois núcleos de hélio-3; os outros dois meios, pp2 e pp3 exige que o hélio-4 produzido na primeira etapa, pp1, que aparece pela formação do Berílio-7.

Em uma estrela como o Sol, a cadeia pp1 se dá com uma frequência de 91%, a pp2 com 9% e a pp3 com apenas 0.1% de ocorrência.

No ciclo CNO (carbono-nitrogênio-oxigênio), quatro protóns sofrem a fusão usando isótopos de carbono C, nitrogênio N e oxigênio O que estarão presentes nas reações e atuarão como catalisadores para produzir uma partícula alfa γ, dois pósitrons e+ e dois neutrinos ve.

12C + ¹H→13N + γ+1,95 MeV

13N→13C + e+ + ve + 1,37 MeV

13C + ¹H→14N + γ+7,54 MeV

14N + ¹H→15O + γ+7,35 MeV

15O→15N + e+ + νe+1,86 MeV

15N + ¹H→12C + 4He+4,96 MeV


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