Teoria da Relatividade e as Reações Nucleares

A Teoria da Relatividade foi proposta pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955).

Ela representa a conjugação de duas teorias: a teoria da relatividade restrita (especial) e a teoria da relatividade geral.

A teoria da relatividade especial foi publicada em 1905 no artigo "A Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento".

Já a teoria da relatividade geral foi apresentada em novembro de 1915 à Academia Prussiana de Ciências, sendo publicada oficialmente poucos meses depois.

Na conjugação dessas duas teorias, Einstein explica as situações em que a física de Isaac Newton falhou.

Assim, ele desenvolveu mudanças que revolucionaram as propostas para os conceitos de espaço, tempo e gravidade.

Teoria da Relatividade Restrita

A teoria da relatividade restrita tem como base dois postulados:

1. Todas as leis da natureza são as mesmas em todos os sistemas de referência inerciais (sistemas de referência não-acelerados).

2. A velocidade de propagação da luz no vácuo é a mesma em todos os sistemas de referência inerciais (sistemas de referência não-acelerados).

Fórmula

A teoria da relatividade restrita também modificou a noção de energia.

A energia pode ser convertida em massa e esta passou a ser considerada uma forma de energia.

Este princípio é chamado de equivalência massa-energia e pode ser expresso pela fórmula:

E = m.c²

Sendo,

E: energia de repouso

m: massa

c: velocidade da luz

Essa relação é facilmente verificada nas reações nucleares, onde partículas e núcleos interagem convertendo massa em energia e vice-versa.

REAÇÕES NUCLEARES: FISSÃO E FUSÃO NUCLEAR

A fissão e a fusão nuclear são fenômenos que, como os nomes já dizem, acontecem nos núcleos dos átomos. Porém, para entendê-los como processos físicos e as diferenças entre eles, precisamos entender um pouco mais sobre o foco das reações nucleares: os próprios átomos.

Deste modo, é preciso saber que os átomos possuem um núcleo e uma eletrosfera; no núcleo, estão os prótons, partículas de carga positiva, e os nêutrons, que não possuem carga. Na eletrosfera, em orbitais atômicos, estão os elétrons, que têm carga negativa.

As fissões e fusões nucleares acontecem somente no núcleo dos átomos, diferente das reações químicas normais. Justamente por acontecerem no núcleo, as fissões e fusões nucleares vão alterar as propriedades intrínsecas do átomo: alterando seu número de prótons.

Além disso, as reações de fissão e fusão são altamente energéticas, por mexerem justamente com o núcleo dos átomos. Por isso, podem ser utilizadas em processos de obtenção e conversão de energia, como em usinas de energia elétrica.

Deste modo, podemos entender as diferenças entre fissão e fusão! Sendo a fissão, a quebra de um núcleo atômico originando núcleos diferentes de menor número de prótons, e a fusão, o processo contrário: dois núcleos distintos se fundem, formando um único núcleo de maior número prótons.

Fissão Nuclear

Como já vimos, a fissão nuclear é a quebra de um único núcleo atômico em outros. Isso acontece pelo bombardeamento de nêutrons em um núcleo, que possui tamanho e propriedades adequadas para passar por esse tipo de reação.

Assim, esses núcleos físseis podem se quebrar, originando 2 outros núcleos atômicos, alguns nêutrons, e uma quantidade colossal de energia!

O melhor exemplo disso é a fissão do urânio-235, utilizada nas usinas nucleares. Nela, um nêutron é bombardeado em um núcleo físsil de urânio, que se divide em um núcleo de Criptônio-92 e um de Bário-141. Além disso, são produzidos também três nêutrons.

Por isso, quantidades colossais de energia são liberadas nas fissões nucleares – o que pode ser ótimo! Desta maneira, as fissões são muito úteis nos processos de geração de energia, quando os nêutrons originados da primeira fissão encontram os núcleos seguintes de Urânio, permitindo que a fusão continue até que o Urânio acabe.

Fusão Nuclear

A fusão nuclear é a junção de núcleos atômicos, produzindo um núcleo de maior número atômico que os originais. Esse processo também libera muita energia: toda a energia do Sol é proveniente de reações de fusão nuclear. Não somente no Sol, mas em todas as estrelas do universo. A fusão nuclear acontece nas estrelas, na qual está incluso o Sol, pois nestas estrelas possuem grande pressão devido a sua enorme gravidade por causa do tamanho gigantescos de cada estrela.

No Sol e demais estrelas, o átomo de Hidrogênio é fundido, dando origem a núcleos atômicos maiores, como o átomo de Hélio. É por esse processo de fusão nuclear que, nas estrelas, foram originados todos os elementos químicos do universo, como os átomos de hélio, carbono, oxigênio, enxofre, ferro e outros.

Aplicações das Reações Nucleares

As reações de fissão e fusão nuclear têm aplicações muito importantes. As fissões, como já sabemos, são utilizadas nas Usinas Nucleares para geração de energia, também para produzir a bomba nuclear. Já as fusões nucleares podem ser utilizadas nas bombas de hidrogênio, artefatos bélicos de destruição em massa.

As reações de fissão utilizadas nos reatores nucleares. Usualmente, são utilizados átomos de Urânio-235. Como a reação começa com um nêutron, e produz vários nêutrons, ela se retroalimenta quando os nêutrons colidem com outros átomos de Urânio – e se torna uma reação em cadeia.

Assim, essa reação em cadeia é controlada pelas Hastes de Controle. Toda energia liberada é utilizada para aquecer água pressurizada, que se torna vapor e pode girar uma turbina, gerando energia por indução eletromagnética.

Já as reações de fusão são utilizadas nas Bombas de Hidrogênio. Nessas bombas, compostos de Deutério, 2H, e Trítio, 3H, são fundidos em 4He, assim como nas estrelas. Além disso, a bomba é envolvida também em Urânio, potencializando seu poder destrutivo.