Física e Química A - 11.º ano
Interação nuclear forte e nuclear fraca
Benedita Nunes, n.º 5, 11.º A Francisca Santos, n.º 8, 11.º ARodrigo Silva, n.º 18, 11,º A Tiago Francisco, n.º 19, 11.º A
Lamego, dezembro 2023
Introdução
A dinâmica é parte da mecânica (área da física reponsável por estudar os movimentos) que estuda a relação entra forças que atuam num corpo e as características do seu movimento, caracterizado pela mudança de posição em relação a um referencial.
Uma força resulta da interação entre dois corpos, podendo ser exercida à distância ou por contacto. Esta é descrita por um ponto de aplicação (ponto onde a força está a ser aplicada), pela sua direção (corresponde à direção da reta segundo a qual a força está a atuar), pelo seu sentido (referente à orientação da força numa dada direção) e pela sua intensidade (módulo da força, correspondente à norma do vetor, associada à sua unidade (unidade SI – Newton (N)), que pode ser medida com um dinamómetro.
Interações FundamENtAIS DA NATUREZA
Na natureza, existem quatro tipos de interações fundamentais: Interação Gravítica, Interação Eletromagnética, Interação Nuclear forte e Interação Nuclear fraca, que, juntamente com os fenómenos associados à sua formação, permitiram a existência do Universo que hoje conhecemos.
NUCLEAR FORTE
eLETROMAGNÉTICA
NUCLEAR FRACA
gRAVÍTICA
Interação nuclear forte e nuclear fraca
Tal como a Força Nuclear forte, a Força Nuclear fraca também só atua à escala do núcleo, mas esta é apenas responsável pelas transformações de um núcleo atómico noutro, em processos ditos radiativos, nos quais um neutrão se transforma em protão ou vice-versa. Esta tem um alcance e intensidade menor comparativamente com a força nuclear forte e por isso, o nome desta é “fraca”.
A Força Nuclear forte, cujo alcance é bastante curto, atua apenas a nível das partículas do núcleo de um átomo (protões e neutrões) mantendo-os fortemente unidos. É a interação com maior intensidade, o que justifica o seu nome, e o que permite que o seu efeito se oponha largamente ao da repulsão elétrica entre protões e neutrões, permitindo assim a estabilidade do núcleo onde estes se encontram.
Devido às interações das forças nucleares fortes e fracas, podem ocorrer decaimentos radioativos. Estes envolvem a transformação de núcleos atómicos instáveis em núcleos mais estáveis, muitas vezes acompanhado pela emissão de partículas subatómicas e/ou radiação eletromagnética.
Fusão nuclear
A fusão nuclear é um processo que une dois átomos para formar um terceiro, que é mais pesado. Este processo liberta uma enorme quantidade de energia. Importa destacar que o processo de fusão é diferente do de fissão nuclear. Este último consiste na divisão de núcleos atómicos, que dá origem a núcleos mais leves. Este processo liberta, igualmente, quantidades exorbitantes de energia.
Figura 3 - Energia Elétrica
Figura 1 - Usina Nuclear
Figura 2 - Sol
Fusão nuclear
| aplicações
Ao contrário da fissão nuclear, a fusão nuclear não gera lixo radioativo, um dos principais problemas associados à energia nuclear. Para que a fusão nuclear possa ser implementada é necessária a presença de um reator. Este é responsável por produzir e controlar o processo. Para além disso, a energia nuclear também consome menos recursos minerais e fósseis em comparação com outras fontes e gera quantidades muito baixas de resíduos químicos, de dióxido de enxofre e de dióxido de nitrogénio, que podem gerar chuvas ácidas.
Figura 4 - Fissão Nuclear
Fusão nuclear
| Energia elétrica
Link
Sendo assim, a julho de 2022, a Comissão Europeia (CE) classificou a energia nuclear como "verde". Uma vez que a produção de energia a partir desta reação é muito alta e relevante e dado que os materiais utilizados para a obtenção de energia - hidrogénio e lítio - são abundantes na natureza, a energia produzida pelas fusões nucleares é uma grande aposta para um futuro de energias renováveis.
Fusão nuclear
| aplicações
Numa Tomografia por Emissão de Positrões (PET), por exemplo, conseguimos verificar a aplicação da força nuclear fraca na medicina. Esta é uma técnica de imagem médica que utiliza moléculas que incluem um componente radioativo (radionuclídeo), que quando administradas no corpo humano, permitem detetar e localizar reações bioquímicas associadas a determinadas doenças, sobretudo nas áreas da Oncologia, Cardiologia e Neurologia
Figuras 5 e 6 - PET | Processo
Figura 7 - Resultado de PET
Fusão nuclear
| Tomografia por Emissão de Positrões
Após um período de espera, de cerca de 1 hora, para a distribuição e captação do radionuclídeo, o doente é posicionado confortavelmente no equipamento e deve permanecer o mais imóvel possível durante o exame, porque um simples movimento pode distorcer as imagens captadas e originar erros de interpretação. As moléculas marcadas irão funcionar como sinais fluorescentes e, quando o doente é colocado num detetor de radiação, as zonas mais ativas do organismo surgem como pontos luminosos.
O processo inicia-se por injetar no doente uma pequena concentração de glicose (um dos combustíveis usados pela célula na obtenção de energia) radioativa numa veia periférica, que será proporcional ao peso do doente e que se irá concentrar nas zonas do corpo com maior consumo energético (por exemplo, as células cancerosas são grandes consumidoras de energia).
Fusão nuclear
| Tomografia por Emissão de Positrões
Os exames de PET permitem a obtenção de imagens tridimensionais da distribuição das moléculas marcadas no corpo humano. Por outro lado, a maioria dos equipamentos de PET vêm acoplados a um sistema de Tomografia Computorizada (vulgarmente conhecida como TAC) que permite aliar a informação funcional com a sua localização anatómica.
Figura 8 - Resultado de PET
Fusão nuclear
| radioterapia
Outro exemplo é a radioterapia, no qual a força Nuclear forte desempenha um papel importante. Neste tipo de tratamento de cancro, feixes de partículas carregadas, como protões e iões, são direcionados para o tecido canceroso, e a partir de forças nucleares fortes, que vão interagir com os núcleos dos átomos das células cancerígenas - será possível destruí-las.
Figura 9 - Radioterapia
curiosidade
Os físicos só conseguiram medir pela primeira vez a força nuclear fraca em 2018.
2018
Link
A fusão nuclear é considerada por muitos como a solução futura definitiva para a geração de energia elétrica, mas recriá-la com sucesso na Terra requer tecnologia ainda não existente.
O uso da fusão nuclear para a produção de energia é uma tecnologia que a humanidade ainda não conseguiu dominar. Este processo consiste em fundir núcleos de átomos uns com os outros, para a produção da energia, algo que é feito através da aceleração dos átomos, que acontece com aumentos de temperatura e pressão.
Esta reação é semelhante à que ocorre em estrelas, como o Sol, responsável pelo seu calor e sua luz. Nesta estrela, a cada segundo, mil milhões de toneladas de átomos de hidrogénio colidem uns com os outros em condições de temperatura e pressão extremas. Isso força-os a quebrar as suas ligações químicas e a fundirem-se, formando um elemento mais pesado, o hélio. A fusão solar gera quantidades enormes de calor e luz.
Interação Nuclear Forte e Fraca | Física e Química A - 11.º ano
Benedita Nunes
Created on December 12, 2023
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Física e Química A - 11.º ano
Interação nuclear forte e nuclear fraca
Benedita Nunes, n.º 5, 11.º A Francisca Santos, n.º 8, 11.º ARodrigo Silva, n.º 18, 11,º A Tiago Francisco, n.º 19, 11.º A
Lamego, dezembro 2023
Introdução
A dinâmica é parte da mecânica (área da física reponsável por estudar os movimentos) que estuda a relação entra forças que atuam num corpo e as características do seu movimento, caracterizado pela mudança de posição em relação a um referencial.
Uma força resulta da interação entre dois corpos, podendo ser exercida à distância ou por contacto. Esta é descrita por um ponto de aplicação (ponto onde a força está a ser aplicada), pela sua direção (corresponde à direção da reta segundo a qual a força está a atuar), pelo seu sentido (referente à orientação da força numa dada direção) e pela sua intensidade (módulo da força, correspondente à norma do vetor, associada à sua unidade (unidade SI – Newton (N)), que pode ser medida com um dinamómetro.
Interações FundamENtAIS DA NATUREZA
Na natureza, existem quatro tipos de interações fundamentais: Interação Gravítica, Interação Eletromagnética, Interação Nuclear forte e Interação Nuclear fraca, que, juntamente com os fenómenos associados à sua formação, permitiram a existência do Universo que hoje conhecemos.
NUCLEAR FORTE
eLETROMAGNÉTICA
NUCLEAR FRACA
gRAVÍTICA
Interação nuclear forte e nuclear fraca
Tal como a Força Nuclear forte, a Força Nuclear fraca também só atua à escala do núcleo, mas esta é apenas responsável pelas transformações de um núcleo atómico noutro, em processos ditos radiativos, nos quais um neutrão se transforma em protão ou vice-versa. Esta tem um alcance e intensidade menor comparativamente com a força nuclear forte e por isso, o nome desta é “fraca”.
A Força Nuclear forte, cujo alcance é bastante curto, atua apenas a nível das partículas do núcleo de um átomo (protões e neutrões) mantendo-os fortemente unidos. É a interação com maior intensidade, o que justifica o seu nome, e o que permite que o seu efeito se oponha largamente ao da repulsão elétrica entre protões e neutrões, permitindo assim a estabilidade do núcleo onde estes se encontram.
Devido às interações das forças nucleares fortes e fracas, podem ocorrer decaimentos radioativos. Estes envolvem a transformação de núcleos atómicos instáveis em núcleos mais estáveis, muitas vezes acompanhado pela emissão de partículas subatómicas e/ou radiação eletromagnética.
Fusão nuclear
A fusão nuclear é um processo que une dois átomos para formar um terceiro, que é mais pesado. Este processo liberta uma enorme quantidade de energia. Importa destacar que o processo de fusão é diferente do de fissão nuclear. Este último consiste na divisão de núcleos atómicos, que dá origem a núcleos mais leves. Este processo liberta, igualmente, quantidades exorbitantes de energia.
Figura 3 - Energia Elétrica
Figura 1 - Usina Nuclear
Figura 2 - Sol
Fusão nuclear
| aplicações
Ao contrário da fissão nuclear, a fusão nuclear não gera lixo radioativo, um dos principais problemas associados à energia nuclear. Para que a fusão nuclear possa ser implementada é necessária a presença de um reator. Este é responsável por produzir e controlar o processo. Para além disso, a energia nuclear também consome menos recursos minerais e fósseis em comparação com outras fontes e gera quantidades muito baixas de resíduos químicos, de dióxido de enxofre e de dióxido de nitrogénio, que podem gerar chuvas ácidas.
Figura 4 - Fissão Nuclear
Fusão nuclear
| Energia elétrica
Link
Sendo assim, a julho de 2022, a Comissão Europeia (CE) classificou a energia nuclear como "verde". Uma vez que a produção de energia a partir desta reação é muito alta e relevante e dado que os materiais utilizados para a obtenção de energia - hidrogénio e lítio - são abundantes na natureza, a energia produzida pelas fusões nucleares é uma grande aposta para um futuro de energias renováveis.
Fusão nuclear
| aplicações
Numa Tomografia por Emissão de Positrões (PET), por exemplo, conseguimos verificar a aplicação da força nuclear fraca na medicina. Esta é uma técnica de imagem médica que utiliza moléculas que incluem um componente radioativo (radionuclídeo), que quando administradas no corpo humano, permitem detetar e localizar reações bioquímicas associadas a determinadas doenças, sobretudo nas áreas da Oncologia, Cardiologia e Neurologia
Figuras 5 e 6 - PET | Processo
Figura 7 - Resultado de PET
Fusão nuclear
| Tomografia por Emissão de Positrões
Após um período de espera, de cerca de 1 hora, para a distribuição e captação do radionuclídeo, o doente é posicionado confortavelmente no equipamento e deve permanecer o mais imóvel possível durante o exame, porque um simples movimento pode distorcer as imagens captadas e originar erros de interpretação. As moléculas marcadas irão funcionar como sinais fluorescentes e, quando o doente é colocado num detetor de radiação, as zonas mais ativas do organismo surgem como pontos luminosos.
O processo inicia-se por injetar no doente uma pequena concentração de glicose (um dos combustíveis usados pela célula na obtenção de energia) radioativa numa veia periférica, que será proporcional ao peso do doente e que se irá concentrar nas zonas do corpo com maior consumo energético (por exemplo, as células cancerosas são grandes consumidoras de energia).
Fusão nuclear
| Tomografia por Emissão de Positrões
Os exames de PET permitem a obtenção de imagens tridimensionais da distribuição das moléculas marcadas no corpo humano. Por outro lado, a maioria dos equipamentos de PET vêm acoplados a um sistema de Tomografia Computorizada (vulgarmente conhecida como TAC) que permite aliar a informação funcional com a sua localização anatómica.
Figura 8 - Resultado de PET
Fusão nuclear
| radioterapia
Outro exemplo é a radioterapia, no qual a força Nuclear forte desempenha um papel importante. Neste tipo de tratamento de cancro, feixes de partículas carregadas, como protões e iões, são direcionados para o tecido canceroso, e a partir de forças nucleares fortes, que vão interagir com os núcleos dos átomos das células cancerígenas - será possível destruí-las.
Figura 9 - Radioterapia
curiosidade
Os físicos só conseguiram medir pela primeira vez a força nuclear fraca em 2018.
2018
Link
A fusão nuclear é considerada por muitos como a solução futura definitiva para a geração de energia elétrica, mas recriá-la com sucesso na Terra requer tecnologia ainda não existente.
O uso da fusão nuclear para a produção de energia é uma tecnologia que a humanidade ainda não conseguiu dominar. Este processo consiste em fundir núcleos de átomos uns com os outros, para a produção da energia, algo que é feito através da aceleração dos átomos, que acontece com aumentos de temperatura e pressão.
Esta reação é semelhante à que ocorre em estrelas, como o Sol, responsável pelo seu calor e sua luz. Nesta estrela, a cada segundo, mil milhões de toneladas de átomos de hidrogénio colidem uns com os outros em condições de temperatura e pressão extremas. Isso força-os a quebrar as suas ligações químicas e a fundirem-se, formando um elemento mais pesado, o hélio. A fusão solar gera quantidades enormes de calor e luz.