Processos de Reacção no Núcleo

Pode ser libertada energia durante uma reacção ou pode ser utilizada para outra reacção em cadeia. Pegando no exemplo do Lítio e do Deutério, de acordo com as tabelas de referência, o núcleo 63Li tem um peso atómico de 6.015 unidades de massa atómica, o deutério é 2.014 u.m.a. e o núcleo de hélio é 4.0026 u.m.a. Assim:
* Massa total no lado esquerdo = 6.015 + 2.014 = 8.029
* Massa total no lado direito = 2 × 4.0026 = 8.0052
* Massa perdida = 8.029 - 8.0052 = 0.0238 unidades de massa atómica.
A "massa perdida" vem da energia libertada da reacção; a sua fonte é a energia da ligação nuclear. Usando o "E=mc² " de Einstein, podemos deduzir quanta energia foi libertada. Na realidade, uma unidade de massa atómica é equivalente a 931 MeV, assim a energia libertada é 0.0238 × 931 MeV = 22.4 MeV. Expresso de outra forma: a massa foi reduzida 0.3%, ou 90 PJ/kg é 300 TJ/kg.

Esta é uma quantia grande de energia para uma reacção nuclear; e é tão alta porque a energia que liga o núcleo-núcleo do Hélio-4 é extraordinariamente alta, porque o núcleo do He-4 é duplamente “rijo”. O núcleo do He-4 é extraordinariamente estável pela mesma razão que o átomo de Hélio é inerte: cada par de protões e neutrões em He-4 ocupa uma orbital 1s nuclear da mesma maneira o par de electrões de Hélio ocupa a orbital 1s completa, o que dá estabilidade ao átomo.
A energia libertada numa reacção nuclear pode aparecer principalmente num dos seguintes três modos:
* energia cinética das partículas de produto
* emissão de fotões de energia muito elevada, chamados raios gama.
* um pouco de energia pode permanecer no núcleo, como um nível de energia instável.

A taxa à qual as reacções acontecem depende do fluxo de partículas, das reacções ocorridas e das interacções entre partículas (Cross section). Em física de partículas ”Cross section”, é um conceito usado para expressar a probabilidade de interacção entre partículas. Na colisão inicial, que começa a reacção em cadeia, as partículas têm que se aproximar o suficiente de forma a que possa afectar força nuclear forte. Como a maioria das partículas nucleares são carregadas positivamente, isto significa que elas têm que superar a repulsão electrostática considerável antes da reacção começar. Até mesmo se o núcleo fizer parte de um átomo neutro, a outra partícula tem que penetrar bem além na nuvem de electrónica e chegar no núcleo que é carregado positivamente. Assim, as partículas arremessadas contra os núcleos atómicos devem ser muito aceleradas de forma a vencer as forças de repulsão que tenderão a desvia-las de sua trajectória.

Os métodos são:

* aceleradores de partículas
* decaimento nuclear (partículas alfas são o principal interesse, porque que as partículas beta e os raios gama são raramente envolvidos em reacções nucleares)
temperaturas muito altas, na ordem de milhões de graus, que produzem reacções termonucleares
* raios cósmicos.

[Texto redigido por Raquel Sofia]