Fissão e Fusão Nuclear
Introdução: A Energia Escondida no Núcleo
Beleza, capítulo mais importante do assunto agora!
Até agora, vimos como os núcleos instáveis decaem lentamente, emitindo partículas e se transformando ao longo de milhares ou até bilhões de anos.
Mas e se a gente pudesse pegar um núcleo e, em vez de esperar, forçá-lo a liberar sua energia de uma vez só?
Existem duas maneiras de fazer isso, e elas representam as duas formas mais poderosas de liberar energia nuclear que conhecemos.
Uma envolve quebrar um núcleo pesado em pedaços menores. A outra envolve unir núcleos leves para formar um maior.
Bem-vindo ao mundo da fissão e da fusão nuclear, as reações que alimentam estrelas, movem usinas e, infelizmente, também criaram as armas mais destrutivas da história.
1. Fissão Nuclear: Quebrando o átomo
A palavra fissão significa "divisão" ou "quebra".
Fissão Nuclear é a reação em que um núcleo atômico pesado e instável é bombardeado por um nêutron e se quebra em núcleos menores, liberando uma quantidade colossal de energia e mais nêutrons.
O protagonista dessa história é geralmente o Urânio-235 ($^{235}$U), um isótopo do urânio que é "físsil", ou seja, que pode ser quebrado.
Reação em Cadeia: O Efeito Dominó Nuclear
O que torna a fissão tão poderosa não é a quebra de um único átomo, mas a possibilidade de criar uma reação em cadeia.
Funciona assim:
Um nêutron solitário atinge um núcleo de Urânio-235.
O núcleo de urânio absorve o nêutron, fica extremamente instável e se parte em dois núcleos menores (por exemplo, Bário e Criptônio).
Essa quebra libera uma quantidade enorme de energia e, o mais importante, libera mais 2 ou 3 nêutrons.
Esses novos nêutrons saem em alta velocidade e atingem outros núcleos de Urânio-235 por perto, causando novas fissões.
Cada uma dessas novas fissões libera mais energia e mais nêutrons, que causam ainda mais fissões...
É um efeito dominó que cresce exponencialmente.
Em uma fração de segundo, trilhões de átomos podem ser quebrados, liberando uma energia inimaginável.
2. Aplicações de Fissão Nuclear
A diferença entre usar essa energia para o bem ou para o mal está em uma única palavra: controle.
Usinas Nucleares (Uso Controlado)
Em uma usina nuclear, a reação em cadeia é controlada.
Como? Usando barras de controle (feitas de materiais como boro ou cádmio) que são inseridas no reator.
Essas barras absorvem o excesso de nêutrons, garantindo que, em média, apenas um nêutron de cada fissão cause uma nova fissão.
Isso mantém a reação estável, liberando energia a uma taxa constante.
Essa energia (na forma de calor) é usada para ferver água, criar vapor, girar uma turbina e gerar eletricidade.
É uma máquina a vapor movida a energia nuclear.
Bomba Atômica (Uso Não Controlado)
Em uma bomba atômica, o objetivo é o oposto: deixar a reação em cadeia acontecer da forma mais rápida e violenta possível.
Para que isso ocorra, é preciso ter uma quantidade mínima de material físsil, chamada de massa crítica.
Abaixo dessa massa, muitos nêutrons escapam sem atingir outros núcleos e a reação para.
Acima da massa crítica, a reação em cadeia se autossustenta e cresce exponencialmente, liberando toda a sua energia em uma explosão devastadora.
3. Fusão Nuclear: Unindo átomos
Se a fissão é sobre quebrar, a fusão é sobre construir.
Fusão Nuclear é a reação em que dois ou mais núcleos atômicos leves se unem (se fundem) em altíssimas temperaturas e pressões para formar um núcleo maior, liberando uma quantidade de energia ainda maior que a da fissão.
A Energia das Estrelas Este é o processo que alimenta o nosso Sol e todas as estrelas do universo.
No núcleo do Sol, a imensa gravidade cria a pressão e a temperatura necessárias (cerca de 15 milhões de graus Celsius!) para forçar os núcleos de hidrogênio a se fundirem, formando hélio.
Uma das reações de fusão mais estudadas envolve dois isótopos do hidrogênio, o Deutério ($^{2}H$) e o Trítio ($^{3}H$):
$^{2}_^{1}H + ^{3}_^{1}H \rightarrow ^{4}_^{2}He + ^{1}_^{0}n + ENERGIA$
4. Aplicações: O Poder do Sol na Terra
Bomba de Hidrogênio (Bomba H)
A aplicação bélica da fusão é a bomba de hidrogênio, a arma mais poderosa já criada.
Ela é tão difícil de iniciar que, para atingir as temperaturas necessárias, uma bomba de fissão (uma bomba atômica comum) é usada como "estopim" para detonar a fusão.
Conclusão
O futuro da energia?
O grande sonho da ciência é conseguir controlar a fusão nuclear em um reator aqui na Terra.
Se conseguirmos, teríamos uma fonte de energia praticamente ilimitada e muito mais limpa que a fissão (o combustível, hidrogênio, pode ser extraído da água do mar, e o processo gera muito menos lixo radioativo).
O desafio é gigantesco: como criar e conter um material a mais de 100 milhões de graus Celsius aqui na Terra?
Projetos internacionais como o ITER estão trabalhando nisso, mas ainda é uma tecnologia para o futuro.
No nosso último capítulo, vamos ver como podemos "brincar" com os núcleos de forma mais sutil, transformando um elemento em outro, e explorar as diversas aplicações da radioatividade na nossa sociedade.
