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Física

FÍSICA E ENERGIA NUCLEAR

JUCIMAR PERUZZO

Quantidade limitada no estoque. Envio imediato.

Editora Editora Livraria da Física

Área FÍSICA NUCLEAR

Idioma Português

Número de páginas 376

Edição 1A. ED. 2012

ISBN 9788578611590

EAN 9788578611590

A proposta deste livro é apresentar os principais conceitos referentes a física e a energia nuclear, contribuindo, dessa forma, com a divulgação científica.
O assunto é abordado,em sua maior parte, de maneira conceitual, deixando de lado a matemática sofisticada que o acompanha quando estudado na universidade. O objetivo dessa escolha é fazer com que a pessoa leiga no assunto consiga compreender as principais ideias dessa área científica tão importante na atualidade, a qual muitas vezes é mal vista por não ser compreendida adequadamente.
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Sumário
Capítulo 1 - Átomos, Núcleos e Radioatividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 - A Ideia do Átomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 - Modelo Atômico de Dalton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 - Modelo Atômico de Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 - O Átomo Nuclear de Rutherford . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 - Modelo Atômico Quântico de Bohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 - Raios X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.7 - Número Atômico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.8 - Becquerel e a Radioatividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.9 - Os Trabalhos do Casal Curie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.10 - Tipos de Radiações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.11 - Uso Indiscriminado da Radioatividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Capítulo 2 - Estrutura e Propriedades do Núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1 - Composição do Núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 - Estrutura e Formato do Núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 - Estabilidade Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 - Energia de Ligação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5 - Instabilidade Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.6 - Modelos Nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Capítulo 3 - Emissões Radioativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1 - Tempo de Meia-Vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2 - Radiação Alfa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3 - Radiação Beta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 - Radiação Gama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.5 - Séries Radioativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Capítulo 4 - Estrutura Interna dos Núcleons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.1 - Interações Fundamentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 - Hádrons e Léptons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3 - Mésons e Bósons Vetoriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4 - Modelo dos Quarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.5 - Teoria Eletrofraca e Cromodinâmica Quântica . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6 - O Modelo Padrão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.7 - Teoria das Cordas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Capítulo 5 - Reações Nucleares e Aceleradores de Partículas . . . . . . . . . . . 77
5.1 - Reações Nucleares Artificiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.2 - Descoberta do Nêutron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.3 - Elementos Artificiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.4 - Aceleradores de Partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.5 - Detectores de Radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Capítulo 6 - Fissão e Fusão Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.1 - Evidências da Fissão Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.2 - Fissão Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.3 - A Fonte Energética do Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.4 - Fusão Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Capítulo 7 - Separação de Isótopos e Combustível Nuclear . . . . . . . . . . . 119
7.1 - Materiais Físseis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.2 - Teor de 235U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.3 - Enriquecimento de Urânio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.4 - Preparo do Combustível Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Capítulo 8 - Reação em Cadeia e Reatores Nucleares de Fissão . . . . . . . . 135
8.1 - Seção de Choque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
8.2 - Reação em Cadeia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
8.3 - Criticalidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
8.4 - Moderação de Nêutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.5 - Estrutura de um Reator Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.6 - Funcionamento de um Reator Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.7 - Tipos de Reatores Nucleares de Fissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
8.8 - Lixo Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
8.9 - Armazenamento do Lixo Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Capítulo 9 - Energia Nuclear no Brasil e noMundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.1 - O Programa Nuclear Brasileiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.2 - A Energia Nuclear no Mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Capítulo 10 - Acidentes e Segurança Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
10.1 - Acidente de Three Mille Island . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
10.2 - Acidente de Chernobyl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
10.3 - Acidente com o 137Cs em Goiânia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
10.4 - Acidente Nuclear de Fukushima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10.5 - Outros Acidentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
10.6 - Segurança Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Capítulo 11 - O Futuro da Energia Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
11.1 - Perspectivas Futuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
11.2 - Competitividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.3 - Eletricidade e Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
11.4 - Geração de Reatores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
11.5 - Reatores Mais Seguros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
11.6 - Reciclagem de Combustível Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
11.7 - Reator Avançado de Metal Líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
11.8 - Reator Nuclear a Leito Fixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Capítulo 12 - Radiações Ionizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.1 - Radiações na Natureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.2 - Grandezas e Unidades das Radiações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
12.3 - Efeitos Biológicos das Radiações Ionizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
12.4 - Radioatividade e Alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Capítulo 13 - Plasmas e Reatores Nucleares de Fusão . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
13.1 - O Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
13.2 - Pesquisas em Física de Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
13.3 - Critérios de Fusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
13.4 - Produzindo e Confinando um Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
13.5 - Reações Nucleares de Fusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
13.6 - Máquinas de Confinamento Magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
13.7 - Geração de Corrente e Aquecimento de Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . 251
13.8 - Confinamento Inercial - Fusão a Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
13.9 - Reator Nuclear de Fusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
13.10 - Grandes Máquinas de Fusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
13.11 - Dificuldades Além da Ignição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
13.12 - Poderio Energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
13.13 - Fusão Nuclear: Fonte Energética do Futuro? . . . . . . . . . . . . . . . . 264
13.14 - Fusão Nuclear a Frio? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Capítulo 14 - Armas Nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
14.1 - Primeiras Ideias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
14.2 - Projeto Manhattan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
14.3 - Bombas no Japão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
14.4 - Bomba Atômica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
14.5 - Bomba Boosted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
14.6 - Bomba de Hidrogênio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
14.7 - Bomba de Nêutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
14.8 - Bomba Suja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
14.9 - Programa Nuclear Alemão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
14.10 - Política e Armas Nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
14.11 - A Bomba Atômica Brasileira? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Capítulo 15 - Algumas Aplicações da Energia Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . 297
15.1 - Imagiologia Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
15.2 - Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
15.3 - Radioterapia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
15.4 - Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
15.5 - Preparo dos Radioisótopos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
15.6 - Traçadores Radioativos em Biologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
15.7 - Controle de Pragas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
15.8 - Indústria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
15.9 - Detecção de Vazamentos em Tubulações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
15.10 - Datação Radioativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
15.11 - Irradiação de Alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Capítulo 16 - Astrofísica Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
16.1 - O Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
16.2 - O Nascimento das Estrelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
16.3 - Evolução e Classificação Estelar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
16.4 - Instabilidade e Destino Estelar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
16.5 - Síntese dos Elementos Químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
16.6 - Supernovas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
16.7 - Neutrinos Estelares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
16.8 - Buracos Negros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Referências Bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
Lista de Figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
Lista de Tabelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Índice Remissivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

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