Fisica nuclear

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  • Publicado : 14 de junho de 2012
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1. Introdução
Física nuclear é o estudo do núcleo atômico. Esse estudo começou em 1896 quando Becquerel descobriu a radioatividade. Intensa atividade seguiu-se a essa descoberta, por Becquerel, Pierre e Marie Curie e outros. Um marco de fundamental importância foi a descoberta do núcleo atômico em 1911 por Ernest Rutherford ao bombardear uma fina folha de ouro com partículas alfa. Ele criou aimagem atraente do átomo como um sistema solar em miniatura com elétrons planetários orbitando em torno de um núcleo pequeno que contém praticamente toda a massa do sistema.
Os núcleos atômicos são o cerne de toda matéria e comportam mais de 99% de toda a massa diretamente observada no universo. No entanto os núcleos ocupam apenas um milhão milionésimo (10-12) do volume da matéria normal, o que nosmostra que eles têm uma densidade muito superior a qualquer densidade encontrada na vida cotidiana. A compreensão do universo depende claramente do estudo do núcleo atômico e de suas propriedades. No entanto devemos lembrar que a matéria diretamente observada constitui apenas uma fração na composição do universo, sendo que a matéria não observada diretamente, também chamada de matéria escura, e aenergia escura estão em preponderância.
Para situarmos a direção em que caminha a física nuclear hoje é importante nos colocar na perspectiva da ciência do século passado. Podemos afirmar sem exagero que a física nuclear foi o campo dominante da ciência em boa parte do século XX. No fim do século XIX, quando muitos pensavam que na física tudo havia sido descoberto e explicado, os cientistasforam sacudidos pela descoberta da radioatividade e pouco tempo depois do núcleo atômico. A física que denominamos "moderna" nasceu do desejo de compreender e explicar esses novos fenômenos, "exceções" não explicadas pelas leis físicas bem estabelecidas do século XIX. A teoria quântica surgiu para descrever a física dos átomos e de seus núcleos. Na primeira metade do século XX o núcleo atômico era oveículo mais importante na elaboração das idéias da mecânica quântica.
Nas décadas que se seguiram descobriu-se que o núcleo era formado por outras partículas ainda menores, chamadas de núcleons, que são os prótons e os nêutrons. Os prótons têm carga elétrica positiva enquanto os nêutrons não possuem carga. O próton foi identificado como sendo o núcleo do átomo de hidrogênio, e o nêutron veio aser descoberto somente em 1932 por Chadwick, Curie e Joliot. Cada próton carrega uma carga elétrica positiva, igual à carga de um elétron, apenas de sinal contrário. Como no núcleo só existem cargas positivas, a força eletromagnética existente no núcleo é repulsiva e causaria a ruptura do núcleo se não existisse uma outra força atrativa e mais intensa que a repulsiva. Essa força atrativa que mantémo núcleo atômico ligado é chamada de interação forte.
Essa interação forte não pode ter um longo alcance, senão o núcleo de um átomo sentiria a atração de um núcleo do átomo vizinho e os núcleos se agrupariam, quebrando a estrutura atômica tão familiar que explica todas as propriedades químicas dos elementos. Na realidade, a força nuclear tem alcance muito curto, quase não passando além dopróprio raio do núcleo, em flagrante contraste com as outras forças fundamentais da natureza até então conhecidas: a gravitacional e a eletromagnética.
O estudo das propriedades dos núcleos atômicos mostrou um ordenamento seguindo números mágicos, semelhante ao ordenamento dos átomos verificado na tabela periódica. Esse ordenamento foi explicado pelo modelo de camadas, proposto por Maria Goeppert-Mayer,em que os núcleons se movimentam como partículas quase independentes num poço de potencial criado pelo conjunto de núcleons, e seu movimento é descrito pelas leis da mecânica quântica. Nos anos de 1970, depois do trabalho importante de Aage Bohr a Ben Mottelson, unificando os modelos nucleares existentes, acreditou-se que as propriedades globais e a estrutura dos núcleos podiam ser totalmente...
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