DECAIMENTO RADIOATIVO E REAÇÕES NUCLEARES
A força nuclear forte é a força responsável pela coesão do núcleo atómico, mantendo a união entre os protões e os neutrões, visto que compensa a força de repulsão eletrostática que se verifica entre os protões. No entanto, existem isótopos cuja união entre os nucleões (neutrões e protões) é instável, o que desencadeia fenómenos radioativos que prevalecem, por exemplo, no ciclo de vida estelar.
A estabilidade de um determinado isótopo está diretamente relacionada com a energia de ligação do seu núcleo. Verifica-se, então, que, no geral, a massa de um núcleo atómico é inferior à soma das massas dos seus nucleões separados. A relação de equivalência massa-energia de Albert Einstein ajuda-nos a interpretar esta situação.
De acordo com esta, podemos estabelecer a relação ∆E = ∆mc^2. Assim, verifica-se que da energia libertada na formação de um núcleo a partir de nucleões inicialmente separados (∆E) resulta uma diminuição da massa do conjunto, tendo em conta que c (velocidade da luz) se mantém constante. Nesse caso, a variação da massa (∆m) designa-se defeito de massa e quanto maior o seu valor, maior será a energia de ligação do núcleo (∆E), que corresponde à energia necessária para desagregar o núcleo, equivalente em módulo, à energia libertada na união dos seus nucleões.
Deste modo, para comparar a estabilidade de núcleos utiliza-se a energia de ligação por nucleão - ∆E/A (representando A o número de massa) - sendo que, quanto mais baixa esta for, menos energia será necessária para desagregar um núcleo e menos estável este será. Para números de massa superiores, a energia de ligação por nucleão decresce, porque a repulsão eletrostática entre os protões aumenta. Assim, para valores de números de massa muito altos, os núcleos são bastante instáveis.
Decaimento Radioativo
Acontece que é comum que um núcleo instável se transforme noutro mais estável, emitindo partículas e/ou radiação eletromagnética. O conjunto de processos de estabilização dos núcleos designa-se por decaimento radioativo. Este fenómeno de radioatividade pode desencadear-se de várias maneiras.
Decaimento Alfa
O decaimento alfa é caracterizado pela emissão de núcleos de Hélio-4, designados por partículas ⍺. Neste caso, quando um núcleo emite uma partícula ⍺, perde dois protões e dois neutrões. Por esta razão, o núcleo que se forma tem o número atómico (Z) e o número de massa (A), respetivamente, duas e quatro unidades inferiores aos valores iniciais.
Decaimento Beta
Existem dois tipos de decaimento beta: decaimento β+ e decaimento β-.
No decaimento β-, um núcleo com excesso de neutrões transforma-se num núcleo mais estável através da desintegração de um neutrão num protão, com libertação de um eletrão e de um antineutrino. Desta forma, o número de massa mantém-se e o número atómico do núcleo resultante aumenta uma unidade.
No decaimento β+, um núcleo instável com défice de neutrões transforma-se num núcleo mais estável através da desintegração de um protão num neutrão, com emissão de um positrão e de um neutrino. Neste caso, o número de massa também se mantém, mas o número atómico diminui uma unidade.
Decaimento Gama
No decaimento γ, um núcleo radioativo num estado excitado passa para um estado de energia inferior, emitindo um ou mais fotões (radiação γ). Nesta situação, não se verifica alteração nem do número atómico nem do número de massa.
As situações referidas anteriormente levam à libertação de energia quer sob a forma de energia cinética das partículas resultantes quer sob a forma de radiação eletromagnética, particularmente, radiação γ.
Reações Nucleares
Como o nome indica, as reações nucleares são aquelas que ocorrem a nível dos núcleos, sendo que, ao longo do tempo, foram estudadas principalmente através do bombardeamento de núcleos atómicos com diferentes tipos de partículas. Nesta secção, iremos abordar as reações de cisão nuclear e as reações de fusão nuclear.
Cisão Nuclear
Também designadas por reações de fissão, são caracterizadas pela divisão de um núcleo de maior massa em dois núcleos mais leves, com libertação de grande quantidade de energia. Estas reações podem ser espontâneas ou resultar do bombardeamento de um núcleo com neutrões, originando então cadeias de reação de fissão. Como exemplo, podemos destacar o caso do Urânio-235, que, absorvendo um neutrão, se transforma num isótopo excitado e instável, que, por sua vez, se decompõe noutros isótopos, emitindo neutrões. Os neutrões emitidos causam a cisão de outros núcleos e origina-se uma sequência de reações de fissão.
Fusão Nuclear
Na fusão nuclear, dois núcleos leves colidem e formam um novo núcleo mais pesado, libertando também uma grande quantidade e energia. Estas reações têm elevada relevância no contexto estelar, pois permitem a produção de energia partindo de isótopos de hidrogénio que se transformam em hélio.
Fusão nas Estrelas
Nalgumas estrelas, particularmente aquelas que têm massa inferior a 1,5 Msol, a reações de fusão são do tipo protão-protão. Nestas, primeiramente, dá-se a fusão de dois protões, que passam a formar o isótopo deutério, havendo libertação de um positrão e de um neutrino. Posteriormente, o deutério reage com um protão, originando hélio-3 e libertando radiação gama. Quando dois núcleos de hélio-3 se fundem, originam hélio-4 e dois protões.
