Tecnologias nucleares e a Fissão Nuclear

A Energia Nuclear

Vamos começar explicando o conceito de energia. Na física, energia é a capacidade que um objeto, uma substância ou um sistema físico possui para realizar trabalho. De maneira mais simples, é o potencial que algo tem para realizar ações ou causar transformações. Podemos imaginar como a força que impulsiona o movimento de uma bola, permite que um carro se desloque ou faz com que uma luz se acenda. 

Uma variedade de formas de energia está presente na natureza, incluindo energia elétrica, energia química, energia mecânica, energia solar e muitas outras. No contexto deste texto, nosso foco será direcionado especificamente para a energia nuclear. Essa forma de energia é liberada durante processos nucleares, como a fissão nuclear (que envolve a divisão de núcleos atômicos) e a fusão nuclear (a união de núcleos atômicos).

O que é Fusão e Fissão Nuclear

Como dito anteriormente, existem dois processos que liberam energia nuclear, a fusão e a fissão nuclear. A fusão nuclear é o processo no qual dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, porém, também libera muito mais energia do que consome. Ainda não foi encontrada uma forma de controlar comercialmente a fusão nuclear, embora existam laboratórios de pesquisas que utilizam reatores de fusão nuclear em pesquisas científicas. Um projeto que caminha para a demonstração da viabilidade comercial do uso da fusão nuclear controlada é o ITER (Reator Internacional Experimental Termonuclear).

            Agora vamos aprofundar nossa exploração nos processos subjacentes à fissão nuclear. Com a identificação do nêutron (uma partícula presente no núcleo do átomo, crucial para a estabilidade nuclear) em 1932, as abordagens empregadas no estudo das propriedades do núcleo atômico passaram por transformações fundamentais. Entre os anos de 1938 e 1939, a fissão nuclear propriamente dita foi descoberta pelos físicos alemães Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassman. Eles demonstraram que ao bombardear átomos de urânio com nêutrons, o núcleo desses átomos libera energia ao se dividir em dois núcleos menores.

            Com o avanço das pesquisas sobre a fissão nuclear, os cientistas perceberam que a energia liberada nesse processo poderia ser aproveitada em usinas para a geração de energia elétrica. No entanto, também notaram que essa mesma energia poderia ser usada em armas nucleares. Isso ocorre porque, se a fissão ocorrer de maneira descontrolada, pode gerar quantidades enormes de energia em questão de segundos.

Como funciona a Fissão Nuclear

De forma geral, a maneira como se inicia a fissão nuclear é sempre a   mesma, independente da aplicação. 

  • Iniciação: Geralmente, é necessário um nêutron de alta energia para iniciar a fissão nuclear. Quando um nêutron colide com o núcleo de um átomo pesado, como o urânio-235, o núcleo absorve o nêutron, tornando-se instável.
  • Divisão: O núcleo instável do átomo pesado divide-se em dois fragmentos menores, liberando uma quantidade significativa de energia na forma de radiação gama. Além dos fragmentos, vários nêutrons também são liberados no processo.
  • Liberação de Energia e Nêutrons: A energia liberada na forma de radiação é o que chamamos de energia nuclear. Além disso, os nêutrons liberados na fissão podem colidir com outros átomos de urânio-235, causando mais fissões em uma reação em cadeia.

Após essas três fases, surgem diferenciações conforme a aplicação, seja em uma usina nuclear ou em uma bomba atômica.

Fissão nuclear em Usinas Nucleares

O processo de fissão nuclear já é utilizado de maneira comercial em vários países e o processo de produção de energia é basicamente o mesmo em todas as usinas. Além das três etapas já citadas anteriormente há outras duas etapas:

  • Controle: Em reatores nucleares, é fundamental controlar a taxa de fissão para evitar que a reação se torne descontrolada e cause uma explosão. Isso é geralmente feito controlando a quantidade de nêutrons presentes na reação, usando materiais chamados de moderadores e barras de controle.
  • Geração de Calor: A energia liberada durante a fissão é transferida para o sistema de refrigeração como calor. O calor é usado para aquecer a água, convertendo-a em vapor e esse vapor é utilizado para girar as turbinas e gerar energia elétrica.

Fissão nuclear em Bombas Atômicas

Durante a Segunda Guerra Mundial, após o ataque de Peal Harbor os Estados Unidos da América entraram na guerra e iniciaram pesquisas para desenvolvimento da bomba atômica. Explicando de uma maneira resumida como funciona o processo de fissão nuclear nas bombas atômicas, além das três primeiras etapas de iniciação, divisão e liberação de energia e neutros, há outras duas etapas:

  • Reação em Cadeia Descontrolada: O material iniciador comprimido atinge densidades e temperaturas extremas, facilitando a rápida liberação de nêutrons. Esses nêutrons colidem com os núcleos dos átomos de urânio-235 ou plutônio-239, iniciando uma reação em cadeia descontrolada de fissão nuclear.
  • Liberação de Energia: A reação em cadeia libera uma enorme quantidade de energia na forma de radiação, calor e pressão. A rápida liberação de energia gera uma explosão extremamente poderosa, característica das armas nucleares.

Perigos da fissão nuclear

A produção de energia e de armas a partir da fissão nuclear foi um grande marco do avanço tecnológico, visto que o ser humano seria capaz de produzir quantidade gigantescas de energia com uma quantia mínima de material, por exemplo, a fissão de uma libra (aprox. 453g) de urânio em uma moderna usina nuclear produz cerca de 3 milhões de Kwh de energia elétrica. Porém é necessário ter muito cuidado com essas tecnologias, visto que possuem um poder destrutivo gigantesco caso ocorra alguma falha. 

Podemos citar alguns exemplos famosos de acidentes nucleares que já ocorreram em usinas nucleares, um dos mais conhecidos é o desastre de Chernobyl, em que um dos reatores da usina explodiu e lançou material radioativo na atmosfera, além de contaminar toda a região da cidade de Pripyat com radiação, estando contaminada até os dias de hoje. Também tem o caso da usina de Fukushima, no Japão, em que três reatores derreteram devido a falhas causadas por um tsunami que atingiu a usina.

A produção de armas nucleares também deve ser uma preocupação, tendo em vista o poder destrutivo que elas possuem, não sendo algo só no momento da explosão, mas também deixando um rastro radioativo nas regiões próximas à explosão, causando doenças nas pessoas que entram em contato com essa radiação e nas futuras gerações que irão habitar naquela região. Um exemplo disso é o caso de Hiroshima, no Japão, onde os Estados Unidos da América, em agosto de 1945, lançou uma bomba atômica na cidade japonesa, causando uma destruição em massa na cidade, diversos incêndios em regiões próximas e incontáveis mortes causadas pela explosão e pela radiação espalhada pela bomba.