Para podermos entender os processos de fissão e fusão nucleares precisamos antes ver o conceito de Energia de Ligação por Nucleon (ELN). Que consiste na energia de ligação do núcleo atômico dividida pelo número de nucleons (nêutrons + prótons).

Vejamos um exemplo: O próton isoladamente (e em repouso) possui uma massa de 1,672.10 -27 kg enquanto que o nêutron possui 1,674.10 -27 kg. O núcleo do deutério (isótopo do hidrogênio formado por um próton e um nêutron), contudo, possui 3,342.10 -27 kg que é ligeiramente menor do que a soma das massas do próton e nêutron! Essa diferença de massa
(m = M D – M P – M N) convertida em energia (E = m.c 2 ) é justamente a energia que liga o próton ao nêutron para formar o deutério, e essa quantidade dividida por 2 (1 próton + 1 nêutron) é justamente o que havíamos definido anteriormente pela ELN.

O que ocorre, portanto, se um próton inicialmente isolado se juntar com um nêutron para formar o deutério? Ocorre uma liberação de energia, uma vez que a energia do deutério (M D .c 2 ) é menor do que a soma das energias do próton + nêutron! Esse é um exemplo de fusão nuclear.

O gráfico acima mostra a ELN em função da massa nuclear. O aspecto mais importante desse gráfico é que até um certo ponto (Fe com massa 56) a curva tem um caráter predominantemente crescente, enquanto que para massas maiores do que 56 ela é uma curva decrescente. Em outras palavras: Para elementos mais leves do que o Ferro a ELN cresce a medida que o número atômico cresce, isso indica que o processo de fusão nuclear (juntar dois núcleos para formar um terceiro) libera energia, enquanto que para elementos mais pesados do que o Ferro o processo que libera energia é justamente o oposto. O Urânio, por exemplo, sofre fissão nuclear se transformando em dois núcleos mais leves e liberando energia.

Em resumo: Os núcleos atômicos tendem a situação mais estável, isto é, a situação onde eles estão mais fortemente ligados. Isso indica que átomos mais leves do que o Ferro em condições apropriadas devem sofrer processos de fusão nuclear, liberando energia e ficando “mais próximo” do ferro, enquanto que elementos pesados devem liberar energia através do processo de fissão nuclear.

O maior exemplo de fusão nuclear é o que ocorre em estrelas como o Sol, onde dois prótons se fundem dando origem a um núcleo de deutério + um pósitron (antipartícula do elétron) e um neutrino do elétron, liberando imensa quantidade de energia.

Um exemplo de fissão nuclear é o que ocorre nas bombas atômicas, onde um núcleo de urânio ( 235 U), ao ser estimulado por um nêutron, sofre processo de fissão dando origem a um núcleo de 93 Rb e outro de 140 Cs, liberando mais 2 nêutrons além de muita energia!