Questão 2212947

Nas questões com respostas numéricas, considere o módulo da aceleração da gravidade como g = 10,0 m/s², densidade da água = 1,0 g/cm³, o módulo da carga do elétron = 1,6 x 10⁻¹⁹ C, massa do próton = 1,7 x 10⁻²⁷ kg, massa do nêutron = 1,7 x 10⁻²⁷ kg = 1,009 u, massa do elétron = 9,1 x 10⁻³¹ kg, π = 3,14, constante de Planck h = 6,6 x 10⁻³⁴ Js ou 4,14 x 10⁻¹⁵ eVs, energia de Rydberg = 13,6 eV, constante de Boltzmann k_B = 1,4 x 10⁻²³ m²kgs⁻²K⁻¹ = 8.6 x 10⁻⁵ eVK⁻¹, constante eletrostática = 9 x 10⁹ kg m³s⁻²C⁻², velocidade da luz no vácuo c = 3 x 10⁸ m/s, constante da gravitação universal G = 6,67 x 10⁻¹¹ Nm²/kg², 1 u = 931,5 MeV, energia de repouso do próton = 938.3 MeV, energia de repouso do nêutron = 939,6 MeV, energia de repouso do elétron = 0,52 MeV, massa do deutério = 2,014u, massa do hélio-3 = 3,016u, massa ⁴⁰K = 39,9640u, massa de ⁴⁰Ar = 39,9624u, constante de Stefan-Boltzmann σ = 5,67 x 10⁻⁸ Wm⁻²K⁻⁴, raio de Bohr para o hidrogênio = 0,5 x 10⁻¹⁰ m.

A fusão nuclear é o processo pelo qual dois núcleos atômicos leves se combinam para formar um único núcleo mais pesado, liberando grandes quantidades de energia. As reações de fusão ocorrem em um estado da matéria chamado plasma – um gás quente e carregado feito de íons positivos e elétrons em movimento livre com propriedades únicas distintas de sólidos, líquidos ou gases. O Sol, juntamente com todas as outras estrelas, é alimentado por esta reação. Para se fundirem no nosso Sol, os núcleos precisam colidir uns com os outros a temperaturas extremamente elevadas, cerca de dez milhões de graus Celsius. A alta temperatura fornece-lhes energia suficiente para superar a repulsão elétrica mútua. Uma vez que os núcleos estejam muito próximos um do outro, a força nuclear atrativa entre eles superará a repulsão elétrica e permitirá que eles se fundam. Para que isso aconteça, os núcleos devem estar confinados em um pequeno espaço para aumentar as chances de colisão. No Sol, a extrema pressão produzida pela sua imensa gravidade cria as condições para a fusão.

Fonte: https://www.iaea.org/newscenter/news/what-is-nuclear-fusion, traduzido. Acesso em 04 de dezembro de 2024.

Em um reator de fusão experimental, dois núcleos de deutério ²H são acelerados em alta velocidade para colidir e fundir, formando um núcleo de hélio-3 ³He e liberando um nêutron. Estime a energia liberada em uma reação de fusão entre dois núcleos de deutério, assumindo que toda a diferença de massa se converte em energia.