Capitulo 26

Radioatividade

Bomba Atômica:

É uma arma à base de energia nuclear, que possui grande capacidade de destruição, pela força e pela área de ação. Seu uso foi iniciado na época da Segunda Guerra Mundial, quando foi necessário criar armas mais potentes de ataque, que pudesse ter um raio maior de ação. Para tal, certos cientistas e estudiosos se basearam em estudos prévios do grande físico Albert Einstein, para manipular a física do átomo.

Para melhor compreender todo o funcionamento da bomba atômica, em nível químico, será necessário que se obtenha algumas informações sobre o elemento “detonador” da explosão: o Urânio. Sua característica principal é a isótopos, ou, em outras palavras, se compararmos mais de uma forma de Urânio, temos, como resultado, um mesmo número de átomos, mas terão massas distintas.

Uma bomba atômica também pode ser detonada mediante um processo de fusão nuclear. Com a combinação entre Helio e Hidrogênio há uma boa combinação e seus núcleos se fundem, o que os deixa extremamente poderosos e liberam muita energia, que vai para o ambiente, na explosão.

Reator Nuclear – Usina:

Um reator nuclear é um dispositivo usado em usinas para controlar a reação de fissão nuclear. Essa reação ocorre de forma descontrolada, por exemplo, na explosão de bombas atômicas; mas os reatores possuem mecanismos que impedem isso, fazendo com que a reação seja controlada e reaproveitada para gerar energia elétrica.

Isso é conseguido porque o reator é montado de uma forma que intercala barras do combustível físsil – que normalmente é o urânio enriquecido (urânio com grande quantidade de urânio 235) ou o plutônio 239 –; com barras de moderador de nêutrons. Esses moderadores podem ser barras de carbono na forma de grafite, de cádmio, ou água pesada (D2O), que é usada nos reatores mais modernos. A água pesada ou água deuterada é diferente da água normal porque, em sua constituição, no lugar de átomos de hidrogênio comuns, ela possui átomos do deutério, que é um isótopo mais pesado que o hidrogênio.

Partes dos nêutrons liberados na fissão nuclear colidem com os núcleos dos moderadores, que absorvem os nêutrons sem sofrer fissão. O resultado é que a reação de fissão em cadeia fica controlada, pois somente um dos nêutrons liberados em cada fissão pode reagir novamente.

Fusão Nuclear:

Os fenômenos envolvidos na fusão nuclear constituem o fundamento das reações termonucleares que ocorrem no interior das estrelas.

Fusão nuclear é a união dos prótons e nêutrons de dois átomos para formar um único núcleo atômico, de peso superior àqueles que lhe deram origem. Nesse processo, é liberada uma quantidade de energia equivalente à diferença entre a energia de ligação do novo átomo e a soma das energias dos átomos iniciais. São as reações de fusão nuclear que fornecem a energia irradiada pelo Sol, pela fusão de quatro átomos de hidrogênio para formar um átomo de hélio.

Para que ocorra o processo de fusão, é necessário superar a força de repulsão elétrica entre os dois núcleos, que cresce na razão direta da distância entre eles. Como isso só se consegue mediante temperaturas extremamente elevadas, essas reações também se denominam reações termonucleares. Durante muito tempo, a única reação de fusão nuclear realizada na Terra era a utilizada na bomba de hidrogênio, em que a explosão atômica fornece a temperatura necessária (cerca de quarenta milhões de graus Celsius) para que a fusão tenha início.

A fusão nuclear controlada proporcionaria uma fonte de energia alternativa relativamente barata para a produção de eletricidade e contribuiria para poupar as reservas de combustíveis fósseis como o petróleo, o gás natural e o carvão, que decrescem rapidamente. As reações controladas podem ser obtidas com o aquecimento de plasma (gás rarefeito com elétrons e íons positivos livres), mas se torna difícil conter os plasmas nos altos níveis de temperatura requeridos para as reações de fusão auto-sustentadas, pois os gases aquecidos tendem a expandir-se e escapar da estrutura circundante.

Fissão Nuclear:

É uma reação que ocorre no núcleo de um átomo. Geralmente o núcleo pesado é atingido por um nêutron, que, após a colisão, libera uma imensa quantidade de energia. No processo de fissão de um átomo, a cada colisão são liberados novos nêutrons. Os novos nêutrons irão colidir com novos núcleos, provocando a fissão sucessiva de outros núcleos e estabelecendo, então, uma reação que denominamos reação em cadeia.

Um parâmetro importante para analisar a estabilidade de um núcleo é a razão entre o número de prótons e o número de nêutrons. Por um lado, a falta de nêutrons pode tornar a distância entre prótons tão pequena que a repulsão se torna inevitável, resultando na fissão do núcleo. Por outro lado, como a força nuclear é de curto alcance, o excesso de nêutrons pode acarretar uma superfície de repulsão eletromagnética insustentável, que também resultaria na fissão do núcleo. Assim, um dos principais fatores para a estabilidade do núcleo é que tenhamos N = Z.

Quando o isótopo urânio-235 (235U) recebe um nêutron, ele passa para um estado excitado que corresponde ao urânio-236 (236U). Pouco tempo depois esse novo núcleo excitado se rompe em dois novos elementos. Esse rompimento, além de liberar novos nêutrons, libera uma grande quantidade de energia.

Os nêutrons provenientes do rompimento do núcleo excitado vão encontrar novos núcleos, gerando, portanto, uma reação em cadeia. A fim de que os novos nêutrons liberados encontrem novos núcleos, para assim manter a reação em cadeia, após a fissão do núcleo de urânio, deve-se ter uma grande quantidade de urânio-235. Como a concentração de urânio-235 no mineral urânio é pouca, obtém-se o urânio 235 em grande escala através do processo de enriquecimento do urânio.

A fissão nuclear de um átomo de urânio