Fusão nuclear

A fusão nuclear é o fenômeno que ocorre no interior das estrelas, em condições de altas temperaturas e pressão, no qual núcleos atômicos leves se fundem, formando núcleos mais pesados e liberando fótons energéticos. A expectativa é que os reatores do futuro se utilizem dessa reação para fornecer energia elétrica, no lugar da fissão nuclear.

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Resumo sobre a fusão nuclear

• A fusão nuclear é a reação em que os núcleos atômicos se unem, formando núcleos mais pesados.
• Na fusão nuclear, há uma grande liberação de energia por meio de fótons.
• A fusão nuclear ocorre no núcleo de estrelas, como o Sol.
• Na fissão o núcleo atômico é dividido em partes menores. Na fusão os núcleos atômicos se unem, formando núcleos atômicos mais pesados.
• Vantagens: a fusão nuclear poderá ser utilizada para gerar eletricidade em usinas mais eficientes que as de fissão e não deixa resíduos radioativos.
• Desvantagens: a fusão nuclear pode ser usada para a detonação de bombas de hidrogênio.

O que é fusão nuclear?

A fusão nuclear é uma reação em que núcleos atômicos leves reagem entre si (se fundem) para transformar outros núcleos mais pesados, ocorrendo uma grande liberação de energia por meio de fótons.

Qual a diferença entre fusão e fissão nuclear?

Enquanto na fissão nuclear o núcleo atômico pesado é dividido em duas ou mais partes menores, na fusão os núcleos atômicos leves se unem, formando núcleos atômicos mais pesados. Para realizar uma fissão, basta jogar nêutrons em elementos radioativos pesados. Para realizar uma fusão, é necessária uma situação muito mais extrema, como a das altas temperaturas e pressão do interior de uma estrela, para conseguir unir os núcleos atômicos.

Fusão nuclear no Sol

Em 1935, o físico Hans Bethe foi o primeiro a propor a ideia de que a energia liberada pelas estrelas provinha de reações nucleares. Hoje sabemos que essa ideia está correta e que, no Sol, a reação ocorre em várias etapas, nas quais o hidrogênio se transforma em hélio, com liberação de fótons altamente energéticos. Sendo assim, quando aproveitamos a energia advinda do Sol, estamos aproveitando a energia de fusões nucleares de uma distância segura.

Como ocorre a fusão nuclear?

Devido à repulsão eletrostática entre os núcleos de hidrogênio, são necessárias temperaturas da ordem de 100 milhões de kelvin para a aproximação dos núcleos, a fim de que atuem as forças nucleares atrativas iniciadoras da fusão. Esse valor corresponde à temperatura do núcleo das estrelas, onde, devido ao altíssimo grau de agitação, a matéria é um gás de íons positivos e elétrons, chamado de plasma, o quarto estado físico da matéria.

Quando esses núcleos finalmente se unem nessa situação extrema, liberam muito mais energia do que foi usada para realizar a fusão. Para se ter uma ideia, o Sol libera uma energia de 3,9·10²⁶ J por segundo e vem fazendo isso há bilhões de anos.

Vantagens e desvantagens da fusão nuclear

Atualmente existem alguns reatores que conseguem suportar as altas temperaturas necessárias para a fusão nuclear por meio de um delgado filete de plasma, longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo, como no famoso reator de fusão nuclear Tokamak:

A vantagem da fusão nuclear é que os reatores do futuro poderão ser mais eficientes que os de fissão e, além disso, não deixarão a herança dos resíduos radioativos. A desvantagem é que, com a fusão nuclear, também é possível construir bombas de destruição em massa, as chamadas bombas de hidrogênio. Estima-se que a bomba de fusão tenha poder de destruição cerca de 700 vezes maior que a bomba de fissão que foi lançada pelos EUA em Hiroshima, no Japão.

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Exercícios sobre fusão nuclear

Questão 1

(UFRS) Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.

O Sol é a grande fonte de energia para toda a vida na Terra. Durante muito tempo, a origem da energia irradiada pelo Sol foi um mistério para a humanidade. Hoje, as modernas teorias de evolução das estrelas nos dizem que a energia irradiada pelo Sol provém de processos de _______ que ocorrem no seu interior, envolvendo núcleos de elementos leves.

A) espalhamento

B) fusão nuclear

C) fissão nuclear

D) fotossíntese

E) combustão

Resolução:

Alternativa B,

No núcleo das estrelas, ocorre a reação de fusão nuclear, na qual núcleos leves se unem, formando núcleos mais pesados, liberando fótons altamente energéticos.

Questão 2

No interior de uma estrela, um núcleo atômico leve se une a outro núcleo leve, formando um núcleo atômico mais pesado e liberando energia. Indique a reação descrita.

A) Fissão nuclear

B) Fusão nuclear

C) Ionização

D) Sublimação

E) Eletrização

Resolução:

Alternativa B.

O fenômeno em que um núcleo se une a outro núcleo atômico, liberando energia, denomina-se fusão nuclear.

Fontes:

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Óptica e Física Moderna (vol. 4). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Óptica, Relatividade e Física Quântica (vol. 4). 2 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2014.