Tempo de Meia-Vida, Fissão Nuclear e Fusão Nuclear


Nenhum outro fenômeno natural produz tanta ener­gia quanto os fenômenos nucleares. Por isso, é impor­tante usar critérios adequados de utilização para evitar problemas.

Tempo de meia-vida ou semi-desintegração – P

Chama-se tempo de meia-vida ou semi-desintegra­ção – P o tempo gasto para que 50% da quanti­dade de uma amostra apresente decaimento radioativo. Esse tempo depende do tipo do isótopo radioativo. Matemati­camente, o tempo de meia-vida é uma progressão geométrica de razão decrescente igualmente.
em que:

Fissão Nuclear e Fusão Nuclear

mo = massa inicial
P = tempo de meia-vida
n = quantidade de meia-vida

Pode-se calcular a massa do material radioativo (m), em qualquer tempo, aplicando a seguinte relação:
em que:
m = massa no tempo t
mo = massa inicial
t = tempo
P = tempo de meia-vida

Observe o gráfico característico do tempo de meia-vida.

I.    Exercício resolvido

Preparam-se 8 mg do radiosótopo 84Po218, cuja meia-vida é 3,1 minutos. Determine o tempo que levará para ter-se somente l mg desse radioisótopo.
Resolução algébrica:
P = 3,lmin
m = l mg             m =
m = 8 mg t = ?
Resolução aritmética: 3,1
3,1 • 3 = 9,3min

II.  Exercício resolvido

Tem-se uma amostra de 24 g de 90Th234, que leva 49 dias para se transformar em 6 g de tório. Determine o período de semidesintegração desse radioisótopo. Resolução algébrica:
mo = 24 g  mo            24
P = 24,5
m = —-   6 = —35-
m = 6 g      2 p            2~
t = 49 dias
P = ?
Resolução aritmética:
2P = 49
P = 24,5 dias

Constante radioativa – C

A constante radioativa indica a fração de átomos que se desintegra na unidade de tempo e é determinada pela razão entre a variação do número de átomos (An) e o número de átomos inicial da amostra radioativa (n).
em que:
C = A£ n
C = Constante radioativa A n = variação de átomos n = número de átomos inicial

Vida-média – VM

A vida-média é calculada pela média aritmética sim­ples entre todos os tempos de vida dos átomos radioativos de uma amostra. Matematicamente, é o inverso da constante radioativa.
em que:
Vm–g-
Vm = vida-média
C = constante radioativa

Observação
Tanto a constante radioativa quanto a vida-média dependem da natureza do radioisótopo.

Fissão nuclear

Trata-se de um processo nuclear no qual ocorre a colisão entre uma partícula atômica, em geral menor que o átomo, e um núcleo grande, produzindo dois nú­cleos menores, várias partículas subatômicas e des­prendendo enorme quantidade de energia.
U235 + 56Ba142 + 36Kr91 + 3Qn’ + 4,6 • IO9 kcal

fornecendo energia para os sistemas planetários próxi­mos. A fusão nuclear pode ser reproduzida artificialmen­te. Caso o processo se realize de modo descontrolado, fornece bombas, como a de hidrogênio (H). Um detalhe muito importante é que para se iniciar o processo de fu­são é necessária uma temperatura de alguns milhões de graus Celsius. Por isso, a obtenção de energia por fusão nuclear ainda não é viável economicamente.

Essa reação representa a fissão do átomo de urânio pelo bombardeamento com um nêutron. Nesse caso, ocor­re a produção de três nêutrons, que bombardeiam outros núcleos de urânio. Esse processo denomina-se reação em cadeia.

A reação em cadeia é usada para gerar energia nas usinas nucleares (fissão controlada) e para causar des­truição em grande escala com a explosão de bombas atô­micas (fissão descontrolada).

Observações
Ambos os processos -fusão e fissão nuclear -produzem muito mais energia que os fenômenos químicos e físicos.

Em nenhum dos dois processos há conserva­ção da massa, pois ocorre conversão de massa em energia. A relação é E = m • c2, em que c é igual à velocidade da luz no vácuo (c = 300 000 km/s). Ambos os processos produzem lixo atômico. Em termos de produção de energia, só a fissão nuclear é viável economicamente.

Fusão nuclear

Fusão nuclear é o processo de união de núcleos pro­duzindo núcleos maiores, em quantidade de prótons e (ou) nêutrons, e liberando grande quantidade de energia. Os processos representados ocorrem nas estrelas para produção de energia que é irradiada pelo espaço sideral,