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Início/Astronomia e o céu/Curva de energia de ligação nuclear

Curva de energia de ligação nuclear

Dependência qualitativa de B/A com o número de massa A: pico do ferro, fusão de núcleos leves e fissão dos pesados.

Número de massa

56

Núcleos pesados podem liberar energia por fissão (em direção ao pico da curva); os muito leves, por fusão — os dois processos levam a B/A maior (a curva é só qualitativa).

Grandezas medidas

B/A (modelo)8.21 MeV

Sobre o modelo

A curva de energia de ligação nuclear dá a energia média de ligação por núcleon B/A em função do número de massa A. A energia de ligação é a energia necessária para separar o núcleo em prótons e nêutrons; calcula-se pelo defeito de massa e por E = mc². O gráfico de B/A tem um pico perto do ferro-56 (⁵⁶Fe). Núcleos mais leves que o ferro podem liberar energia na fusão, ao se aproximar do pico; mais pesados que o ferro, na fissão. Efeitos de camada e a estrutura fina dos dados reais ficam de fora: pela forma da curva vê-se se o processo será exotérmico ou endotérmico.

Para quem: Ensino médio e início da graduação em física nuclear; astronomia — nucleossíntese estelar.

Conceitos-chave

  • curva de energia de ligação nuclear
  • defeito de massa
  • fusão nuclear
  • fissão nuclear
  • pico do ferro
  • nucleossíntese estelar
  • estabilidade nuclear

Como funciona

No eixo das abscissas está o número de massa A; no das ordenadas, a energia de ligação por núcleon B/A (curva esquemática no espírito da fórmula de Bethe–Weizsäcker, não uma tabela de massas). O controle marca o A escolhido. À esquerda do pico do ferro convém a fusão; à direita, a fissão: os dois processos levam a B/A maior. Os efeitos de camada ficam de fora.

Perguntas frequentes

Por que a curva tem um pico no ferro?
O ferro-56 e o níquel-62 têm a maior energia de ligação por núcleon — são os núcleos mais estáveis. Nas estrelas a fusão segue até o ferro, porque isso libera energia. Elementos mais pesados que o ferro pedem fornecimento de energia e se formam em supernovas e em outros processos extremos.
Se a fusão de núcleos leves libera energia, por que é tão difícil na Terra?
É preciso aproximar núcleos de mesma carga, vencendo a barreira de Coulomb. Para isso são necessárias temperaturas e pressões como as do núcleo de uma estrela — o objetivo de instalações de fusão controlada, por exemplo o ITER.
Qualquer fissão libera energia?
Não. A fissão é exotérmica para núcleos muito pesados à direita do pico (urânio, plutônio). Fissionar o ferro exigiria energia. Mesmo nos núcleos pesados em geral é preciso um nêutron para vencer a barreira de ativação.
O que é o defeito de massa?
É a diferença entre a soma das massas dos prótons e nêutrons livres e a massa medida do núcleo. A massa «que falta» é a energia de ligação segundo E = mc²; na fusão ou na fissão a variação dessa energia aparece como liberação ou absorção de energia.