E. Schrödinger (1887 - 1961)
Para a utilização prática da energia nuclear, recorre-se a uma reação chamada fissão nuclear. A palavra fissão significa separação, cisão, quebra. A energia nuclear é a energia que mantém unidas as partículas constituintes do núcleo atômico. Assim, a energia nuclear pode ser liberada, quebrando-se o núcleo de um átomo. Ela é provocada por um nêutron, quando este é capturado por um núcleo de grande massa atômica, como o do isótopo 235 do urânio. Depois da captura do nêutron, o núcleo se divide em dois outros, cada um com cerca da metade da massa original, com emissão de dois ou três nêutrons e liberação de uma grande quantidade de energia. São esses nêutrons que, capturados por outros núcleos, produzem a reação em cadeia, que, uma vez iniciada, se mantém no interior de um reator nuclear a fissão.
Nas usinas termonucleares, a energia térmica que vaporiza a água da caldeira é conseguida através da fissão controlada do urânio 238 e do urânio 235, dependendo do tipo de reator da usina.
Na fissão nuclear, a reação em cadeia é um processo extremamente rápido, quando não controlado. As explosões de bombas atômicas acontecem por fissão nuclear não controlada.
Fonte: br.geocities.com
A palavra fissão significa partição, quebra, divisão. Fissão nuclear é a quebra de um núcleo atômico pesado e instável através de bombardeamento desse núcleo com nêutrons moderados, originando dois núcleos atômicos médios, mais 2 ou 3 nêutrons e uma quantidade de energia enQrme. Enrico Fermi, em 1934, bombardeando núcleos com nêutrons de velocidade moderada, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons. Pouco tempo depois, após o bombardeamento de urânio com nêutrons moderados, a equipe do cientista alemão OttO Hahn constatou a presença de átomos de bário, vindo a concluir que, após o bombardeio, núcleos instáveis de urânio, partiam-se praticamente ao meio.
Como os nêutrons não possuem carga elétrica, n~o sofrem desvio de sua trajetória, devido ao campo elétromagnético do átomo.
Estando muito acelerado, atravessariam completamente o átomo; estando a uma velocidade muito lenta, seriam rebatidos; mas com velocidade moderada, ficam retidos, e o novo núcleo formado, instável, sofre desintegração posterior com emissão de partículas beta. Somente alguns átomos são capazes de sofrer fissão, entre eles o urânio-235 e o plutônio.
A enorme quantidade de energia produzida numa fissão nuclear provém da transformação da matéria em energia. Na fissão nuclear há uma significativa perda de massa, isto é, a massa dos produtos é menor que a massa dos reagentes. Tal possibilidade está expressa na famosa equação de Einsten: E=cm², onde E é energia, m massa e c a velocidade da luz no vácuo. No processo de fissão, cerca de 87,5% da energia liberada aparece na forma de energia cinética dos produtos da fissão e cerca de 12,5% como energia eletromagnética. Reação em cadeia e massa crítica. Esse bombardeamento do núcleo de um átomo com um nêutron causa a fissão do núcleo desse átomo e a liberação de 2 ou 3 novos nêutrons. A reação em cadeia só ocorre acima de determinada massa de urânio.
A mesma ocorre com velocidade máxima quando a amostra do material físsil é grande suficiente para a maioria dos dos nêutrons emitidos ser capturados por outros núcleos. Portanto, a ração em cadeia se mantém, se a massa do material é superior a um certo valor característico chamado massa crítica. Para o urânio-235 a massa crítica é de aproximadamnete 3,25 Kg.Alguns elementos químicos, como o boro, na forma de ácido bórico ou de metal, e o cadmio, em barras metálicas, têm a propiedade de absorver nêutrons, porque seus núcleos podem conter ainda um número de nêutrons superior ao existente em seu estado natural, resultando na formação de isótopos de boro e de cádmio.
A grande aplicação do controle da reação de fissão nuclear em cadeia é nos Reatores Nucleares. para geração de energia elétrica.
A grande vantagem de uma Central Térmica Nuclear é a enorme quantidade de energia que pode ser gerada. ou seja. a potência gerada. para pouco material usado (o urânio).
Fonte: br.geocities.com
Na fissão nuclear, a energia é liberada pela divisão do núcleo normalmente em dois pedaços menores e de massas comparáveis - para núcleos pesados, existe a fissão em mais de dois pedaços, mas é muito rara, uma em 1 milhão para urânio. Pela lei de conservação de energia, a soma das energias dos novos núcleos mais a energia liberada para o ambiente em forma de energia cinética dos produtos de fissão e dos nêutrons liberados deve ser igual à energia total do núcleo original.
A fissão do núcleo raramente ocorre de forma espontânea na natureza, mas pode ser induzida se bombardearmos núcleos pesados com um nêutron, que, ao ser absorvido, torna o núcleo instável.
O 235U, por exemplo, ao ser bombardeado com um nêutron, fissiona em dois pedaços menores, emitindo normalmente dois ou três nêutrons (figura 1). Se houver outros núcleos de 235U próximos, eles têm uma certa chance de ser atingidos pelos nêutrons produzidos na fissão. Se houver um grande número disponível de núcleos de urânio-235, a probabilidade de ocorrerem novas fissões será alta, gerando novos nêutrons, que irão gerar novas fissões.
Esse processo sucessivo é chamado reação em cadeia (figura 2, abaixo). Controlando-se o número de nêutrons produzidos e a quantidade de 235U, pode-se controlar a taxa de fissão ao longo do tempo. Essa reação em cadeia, denominada controlada, é o processo utilizado em um reator nuclear. Já em uma bomba atômica, as fissões ocorrem todas em um intervalo de tempo muito curto, gerando uma enorme quantidade de energia e provocando a explosão.
O que torna o urânio conveniente para uso como combustível é a grande quantidade de energia liberada por esse elemento ao se fissionar.
Fonte: www.biodiselBR.com
O desenvolvimento das aplicações da fissão e da fusão nucleares, em particular as armas nucleares teve profundo efeito sobre nossas vidas nos últimos 45 anos. As aplicações pacíficas destas reações podem ter maior influência no futuro.
Na natureza observa-se que os núcleos atômicos de elementos muito pesados (número atômico maior que 92) estão sujeitos a fissão espontânea, ou seja, dividem-se em 2 outros núcleos, mesmo quando não estão sujeitos a perturbações externas.
Podemos entender o fenômeno pela consideração de uma analogia entre o núcleo e uma gota líquida carregada eletricamente. Se a gota não for muito grande, a tensão superficial pode superar as forças repulsivas das cargas elétricas existentes na gota e impedir que ela se divida. Há no entanto um tamanho máximo, além do qual a gota será instável e espontaneamente se dividirá. A fissão espontânea estabelece um limite superior para o tamanho de um núcleo e, portanto, para o número de elementos químicos que podem existir na natureza.
Alguns núcleos pesados, Urânio e Plutônio em especial, podem sofrer fissão pela captura de nêutrons. Na fissão do 235U por exemplo, o núcleo fica excitado pela captura de um nêutron e se divide em dois outros núcleos, emitindo diversos nêutrons. A força de repulsão elétrica provoca a separação dos fragmentos de fissão, com energia que acaba se transformando em energia térmica.
A fissão do Urânio foi estudada em 1939 por O. Hahn e F. Strassman, que descobriram, mediante análise química cuidadosa, que no bombardeamento do Urânio por nêutrons se formavam elementos de massa média ( como o bário e o lantânio). A descoberta da emissão de vários nêutrons no processo de fissão levou imediatamente à investigação da possibilidade de estes nêutrons emitidos provocarem outras fissões estabelecendo assim uma reação em cadeia.
O processo de fissão é um tanto semelhante ao da oscilação de uma gota líquida, como mostra a figura abaixo. Se as oscilações forem bastante intensas, a gota se divide em duas.
Quando o 235U captura um nêutron, o 236U resultante sofre fissão em 85% dos casos e desexcitação emitindo um raio gama em 15% dos casos.
Uma reação de fissão típica é:
n + 235U à 141Ba + 92Kr + 3n
A energia média liberada na fissão de 1 grama de 235U é da ordem de 104 kW.h.
( Extraído e Adaptado de: Tipler, P.A.; Ótica e Física Moderna, vol. 4, 1991.)
Fonte: www.consulteme.com.br
É uma forma especial de reação atômica em que os núcleos dos elementos pesados, o urânio ou o plutônio por exemplo, ao absorverem o nêutron passam a um estado de forte excitação. Passado um curto período dividem-se em dois fragmentos, que são os núcleos dos átomos dos elementos, situados a meio da tabela periódica de Mendeleieff, lançando neste caso uma série de partículas em leque: elétrons, fóto ns, raios gama e dois ou três nêutrons rápidos. Também se liberta a energia cinética dos fragmentos que se dispersam e de outras partículas de 200 MeV aproximadamente. Alguns nêutrons livres que ficam em excesso para os núcleos dos novos átomos formados, podem em certas condições, começar cada um a sua cadeia de fissões dos núcleos vizinhos dos átomos de urânio ou plutônio, em conseqüência do que pode surgir na massa destas substâncias uma reação de fissão nuclear em cadeia automultiplicada.
A fissão rios núcleos, dos átomos, dos elementos pesados, tem lugar não apenas pela absorção de nêutrons, mas também devido à radiação de outras partículas aceleradas até energias muito altas: prótons, dêuterons, partículas alfa, quantas-gama, etc. Contudo, só um tipo de fissão teve uma ampla aplicação industrial: fazendo incidir sobre as substâncias cindíveis um fluxo de nêutrons em instalações especiais: em reatores nucleares.
Existe mais um tipo de fissão, a chamada fissão espontânea dos núcleos dos átomos de urânio, descoberta em 1940 pelos físicos soviéticos K. T. Petrzhak e G. N. Flerov, quando alguns dos núcleos de urânio, sem nenhuma influência exterior aparente, se dividem espontaneamente em dois. Isto ocorre com pouca freqüência, nunca mais de 20 fissões, por hora. Contudo, em outras condições favoráveis, que se criam habitualmente nos reatores nucleares, é completamente suficiente para provocar uma reação nuclear em cadeia, sem necessidade de recorrer a qualquer fonte exterior de nêutrons.
Fonte: www.fisica.net
