Fissão nuclear é a divisão de um núcleo atômico
pesado e instável através do seu bombardeamento com nêutrons
- obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a liberação
de uma quantidade enorme de energia.
Em 1934, Enrico Fermi, bombardeando átomos de urânio com nêutrons,
observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons,
originando um material radioativo. Em 1938, Hahn e Strassmann, repetindo a
mesma experiência, constataram a existência do bário entre
os produtos obtidos. Equacionando:
U235 + 0n1 = 56Ba142 + 36Kr91 + 3 0 n1 + 4,6 . 109kcal
Os nêutrons liberados na reação, irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia:
Essa reação é responsável pelo funcionamento de reatores nucleares e pela desintegração da bomba atômica.
É a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.)proveniente da reação de fusão nuclear:
(Condições de temperatura e pressão: 106 ºC , 104 atm)
Ou:
Fonte: www.feiradeciencias.com.br
Em 1939 dois cientistas alemães, Otto Hahn e Fritz Strassmann, fizeram uma descoberta acidental que viria a mudar a face do mundo. Enquanto estavam bombardeando uma amostra de urânio com neutrons, na espectativa de que o urânio iria absorver os neutrons e assim formar isótopos mais pesados, eles ficaram atônitos ao perceber que obtinham das experiências provas químicas objetivas da produção não de algo mais pesado, mas sim de algo mais leve que o urânio - eles tinham evidência positiva da produção do bário. É claro que eles ficaram atônitos, e não acreditaram muito no que haviam feito, mas de qualquer forma a sua descoberta vazou - o tempo era de pré Segunda Grande Guerra - , e de alguma forma não sei lá se muito explícita, a notícia chegou a duas cientistas, Lise Meitner e Otta Frisch, que haviam obtido refúgio político (contra o nazismo) na Suissa. Lisa entrou numas que o núcleo de urânio, ativado pelo bombardeamento de neutrons, teria sido partido ao meio. Assim sendo, em comparação aos processos biológicos de divizão celular, ela chamou o resultado do bombardeamento do urânio de "fissão". Estava cunhada uma palavra que iria se tornar histórica.
A fissão nuclear envolve uma delicado balanço dentro do núcleo do átomo entre a reação nuclear (um neutron em alta velocidade "ataca" o núcleo de um átomo de urânio) e a repulsão elétrica entre as cargas existentes no núcleo atômico. Nos núcleos dos átomos não radiativos, as forças fortes dominam a estabilidade nuclear. No isótopo 235 do urânio (e por consequência nos isótopos transurânicos), entretanto, essas forças são tênues: se o núcleo é esticado para além de seu volume, por absorver um novo neutron, as forças elétricas das partículas do próprio núcleo atômico podem fazê-lo "esticar" ainda mais, até que as forças nucleares não podem mais segurar o conjunto coeso, e as forças elétricas causam a partição do núcleo original; isso é fissão nuclear. Numa visão quantum-mecânica, existe aí um efeito de tunelamento, mas isso é outra história.
Aparentemente, a absorção de um neutron por um núcleo de urânio pode causar tar alongamento do volume nuclear, e a fissão resultante pode produzir uma quantidade enorme de núcleos de átomos mais leves. A reação química envolve ainda a evolução de uma tremenda quantidade de energia, algo como duzentos MILHÕES de eV (uma molécula de dinamite emite na explosão 30 eV). A massa total dos fragmentos e dos neutrons produzidos na fissão são menores do que a massa do átomo de urânio inicial, pois que a pequeniníssima massa que falta se transformou na imenssissíma quantidade de energia, de acordo com a equação de Einstein, E = MC2. A energia da fissão acontece, na sua forma mais aparente, como energia cinética dos neutrons e outros produtos de fissão ejetados, e na radiação gama que acompanha o processo.
É claro que a comunidade científica ficou extasiada com as notícias da possibilidade de se obter uma fissão nuclear, não só pela enorme quantidade de energia liberada, mas também pela possibilidade de ser estabelecida, pela primeira vez, uma reação em cadeia: se um núcleo de um átomo de urânio em processo de fissão libera dois ou três neutrons (tipicamente), cada neutron livre pode ter energia suficiente para arrebentar outros núcleos de átomos de urânio, e assim por diante, de formas a que toda uma cadeia de reações de destruição de núcleos atômicos irá acontecer, de etapa a etapa, de uma forma mais e mais veloz. E a liberação de energia de cada etapa da reação se torna mais e mais "energética".
Nos depósitos naturais do urânio, o U-235 é encontrado em menos de 1 %. O barato é que os ~ 99 % do U-238 absorve neutrons, mas seu núcleo não é instável a ponto de tal reação resultar em fissão. Resultado: amostras naturais de urânio são tão impuras, que o isótopo 238 absorve os neutrons do 235 e assim, previne uma reação em cadeia expontânea. De uma certa forma, essa propriedade do próprio mineral radiativo deu aos cientistas uma dica para a sua aplicação (para o bem e para o mal - os cientistas sabiam das propriedades, os tecnólogos, das aplicações do saber científico: quem era esperto e quem era ingênuo? P.S. : existe esperteza na aplicação da ciência e da tecnologia?).
Veja só o problema envolvido no desenvolvimento da tecnologia: se você tem uma amostra muito pura de U-235, o número de neutrons que vão escapar pela superfície dela naturalmente (sem ser absorvidos pelo resto dos átomos de U-235 da sua amostra) vai ser tão grande, que o número resultante de neutrons que vão ser absorvidos, e assim tentar começar uma reação em cadeia, serão tão poucos, que a reação em cadeia terá uma duração muito curta, ou então não ocorrerá de forma nenhuma, por causa da "falta de combustível".
Nesse ponto é muito importante estressar (palavra muito em moda, atualmente) que quanto mais pequenos os objetos (portanto menor volume tridimensional), quanto mais desproporcional será a sua área superficial (toda aquela região que envolve toda a superfície o objeto) em relação ao seu volume. Atente bem: algo grande, área superficial grande. Um dividido pelo outro, quase nada. Algo menor, com grande área superficial, dá zebra.
Seguindo o raciocínio da área superficial: coloque uma amostra de material fissionável de formas a que a área superficial da sua amostra seja menor (proporcionalmente) do que o tamanho da sua amostra: o resultado será uma explosão monumental. Muitos (no caso neutrons) estarão atingindo átomos do seu material fissionável! Daí que o tamanho mínimo mínimo do material que vai garantir uma reação em cadeia é chamado de "tamanho crítico", e a massa de material que irá ter aquele tamanho, de massa crítica. Se a massa for maior do que a crítica, uma explosão de enorme magnitude pode vir a ocorrer.
Agora considere uma quantidade suficiente de U-235, em duas unidades separadas, cada qual menor do que a do tamanho crítico. Por causa da relativamente larga área superficial, os neutrons vão embora, e a reação em cadeia não pode começar. MASSSSS, se os dois pedaços forem combinados no tempo certo, a área superficial será menor, e a massa será maior do que a massa crítica. Resultado: uma explosão violenta vai ocorrer. Isso é uma bomba "atômica".
Fonte: inorgan221.iq.unesp.br
Outra grande forma de energia é a nuclear - energia presa dentro do núcleo de cada átomo. Uma das leis da natureza é que a energia não pode ser criada nem destruída, mas apenas mudar a forma. A massa dos corpos pode ser transformada em energia.
O famoso cientista Albert Einstein criou a seguinte fórmula matemática: E=mc2, significa que a energia (E) é igual á massa (m) vezes a velocidade da luz (c) ao quadrado.
Os cientistas usaram a fórmula de Einstein para descobrir a energia nuclear e construir bombas atómicas.
Segundo os antepassados gregos a partícula mais da natureza era o átomo. Eles não chegaram a conhecer a natureza das partículas que constituem o átomo. Tal como aprendemos no capítulo 2, os átomos são constituídos por um núcleo (que contém neutrões e protões) cercado de electrões que giram à volta deste tal como a terra gira à volta do sol.
O núcleo de um átomo pode ser separado. A fissão nuclear significa separar o núcleo dos átomos. Quando isto acontece dá-se uma tremenda reacção química libertando grande quantidade de energia luminosa e calorífica. Quando o núcleo do átomo é separado lentamente, a energia gerada pode ser transformada em energia eléctrica. Se a fissão nuclear for brusca dá-se uma explosão criando-se assim a bomba atómica.
Numa central nuclear os átomos do urânio são separados. Este metal raro é extraído do subsolo através de minas. O urânio é trabalhado e repartido por pequenas balas colocadas num longo varão. O varão está dentro de um reactor que controla a separação atómica e sua reacção.
As partículas separadas de um átomo vão ao encontro de outros átomos separando-os; gera-se assim um processo de separação nuclear corrente. Os varões servem para controlar a quantidade de urânio emitida para o reactor, de forma a que a separação dos núcleos não atinja grande velocidade.
Se a reacção não fosse controlada poderia dar-se uma explosão atómica. No entanto, isto é difícil de acontecer porque numa bomba atómica é necessário juntar durante muito tempo elementos de urânio - 235 ou plutónio em quantidade e forma precisa. Estas condições não estão presentes num reactor nuclear.
A reacção também gera radiação nuclear sendo mortal para a vida humana. Por este motivo, o reactor é isolado com uma espessa camada de betão.
A energia calorífica resultante da separação nuclear pose ser usada para aquecer água e produzir electricidade. Assim, a energia nuclear é transformada em energia eléctrica.
A água quente é canalizada para outra secção onde vai aquecer tubos cheios de água de forma a produzir vapor. O vapor dá potência á turbina que ligada ao gerador cria energia eléctrica.
Outra forma de energia nuclear é a fusão. A fusão significa juntar pequenos núcleos de forma a constituir um núcleo maior. O sol usa a fusão de átomos de hidrogénio para obter outro composto químico: o hélio. A fusão nuclear liberta luz, calor e radiação. Na figura vêm-se os dois tipos de átomos do hidrogénio: o deutério e o trítio que em combinação formam o hélio e um neutrão extra.
Os cientistas ao longo dos anos tentam controlar a fusão nuclear de forma a produzir energia eléctrica. No entanto, é muito difícil restringi-la num espaço específico.
O melhor da fusão nuclear é que a radiação nuclear não é tão mortal como a libertada na separação nuclear.
- General Dynamics Fusion Education Program
- Joint European Torus Project - Inctroduction to Fusion
- University of California, Berkeley
1. A fissão nuclear consiste em separar o núcleo de um átomo.
2. A separação do núcleo gera energia luminosa e calorífica.
3. Numa central nuclear controla-se a reacção nuclear para produzir calor e aquecer a água. A água fervida dentro dos tubos transforma-se em vapor que faz girar a turbina e produzir electricidade.
4. A fusão nuclear significa juntar vários núcleos para formar um só.
5. O sol usa a fusão nuclear do hidrogénio para obter o hélio; neste processo liberta-se luz e calor.
6. Por todo o mundo, cientistas têm tentado controlar a fusão nuclear de forma a que esta constitua uma fonte de energia menos dispendiosa
Fonte: www.abcdaenergia.com
Para compreender a produção de energia nuclear e o seu processo, há primeiro que conhecer e perceber dois processos: a fissão e a fusão nucleares.
Na fissão (ou cisão) nuclear, um átomo de um qualquer elemento é dividido, produzindo dois átomos de menores dimensões de elementos diferentes.
A fissão de urânio235, por exemplo, liberta uma média de 2,5 neutrões por cada núcleo dividido. Por sua vez, estes neutrões vão rapidamente causar a fissão de mais átomos, que irão libertar mais neutrões e assim sucessivamente, iniciando uma auto-sustentada série de fissões nucleares, à qual que se dá o nome de reacção em cadeia, a qual resulta na libertação contínua de energia.
Curiosamente, quando a massa total dos produtos da cisão nuclear é calculada, verifica-se que é menor do que a massa original do átomo antes da cisão. A teoria da relatividade de Albert Einstein dá a explicação para esta massa que se perde durante o processo em cadeia: Einstein demonstrou que massa e energia são as duas equivalentes. Portanto, a massa perdida durante a cisão reaparece sob a forma de energia. Einstein resumia esta equivalência na famosa equação
Nesta equação, E é a energia, m a massa e c a velocidade da luz. Uma vez que c é muito grande (300 mil quilómetros por segundo), E será realmente muito grande, mesmo quando se perde apenas uma pequena porção de massa.
Na Fusão Nuclear o processo é precisamente inverso. Dois ou mais núcleos atómicos juntam-se e formam um outro núcleo de maior número atómico. A fusão nuclear requer muita energia, mas geralmente liberta muito mais energia que a que consome. Quando ocorre com elementos mais leves que o ferro e o níquel (que possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo portanto mais estáveis) geralmente libera energia, e com elementos mais pesados consome.
No Sol é um reactor de fusão natural. O principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas, como o próprio Sol, é do de Hidrogénio em Hélio, onde quatro protões fundem-se numa partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois positrões, dois neutrinos e energia. Mas dentro desse processo ocorrem várias reacções individuais, que variam de acordo com a massa da estrela. Para estrelas do tamanho do sol ou menores, a cadeia protão-protão é a reação dominante
É de notar que há conservação de energia e, portanto, se pode calcular a massa dos quatro protões e o núcleo de hélio, e subtrair a soma das massas das partículas iniciais daquela do produto desta reacção nuclear para calcular a massa/energia emitida.
Utilizando a equação E=mc2, pode calcular-se a energia liberada, oriunda da diferença de massa. Uma vez que o valor do "c" é muito grande (aprox. 3 . 108 m/s ), mesmo uma massa muito pequena corresponde a uma enorme quantidade de energia. Foi este fato que levou muitos engenheiros e cientistas a iniciar projectos para o desenvolvimento de reactores de fusão para gerar electricidade. (por exemplo, a fusão com poucos cm3 de deutério e um isótopo de hidrogénio, produziria uma energia equivalente àquela produzida pela queima de 20 toneladas de carvão, o que pode significar uma grande vantagem para este tipo de produção de energia).
Fonte: energianuclear.discutforum.com
