Fissão Nuclear: como tudo começou?


Para falar de fissão, é preciso antes definir a radioatividade. Esse fenômeno, que é natural e totalmente espontâneo, faz com que elementos químicos sejam responsáveis por emissões de partículas alfa e beta, além de ondas eletromagnéticas gama. Ela se manifesta através de elementos radioativos e isótopos altamente poluentes encontrados na natureza. Existe ainda a radioatividade artificial ou induzida, que é provocada por reações nucleares artificiais.

Fissão nuclear

Os primeiros estudos sobre radioatividade são do final do século XIX. Eles deram origem a estudos posteriores, que tiveram descobertas que possibilitaram a criação de reatores nucleares, bombas de hidrogênio e atômicas. Os processos de radioatividade se desenvolveram aos estudos de fissões e fusões nucleares.

O fenômeno da fissão nuclear acontece quando átomos de núcleos instáveis são bombardeados por nêutrons. O isótopo gerador não é do mesmo elemento que os fragmentos gerados. Isso é chamado de transmutação nuclear. Os isótopos formados possuem uma massa relativamente parecida, cuja proporção é de 3 para 2.

Ao se chocarem, são expelidos átomos de núcleos radioativos, altamente energizados. Esse processo, no qual a liberação de energia é muito violenta, pode ser chamado de reação exotérmica. Esse fenômeno pode ser observado em usinas nucleares bem como na fabricação das bombas citadas acima.

Como tudo começou

Um exemplo bastante conhecido de fissão nuclear é a experiência realizada com urânio, a qual gerou uma grande quantia de energia. Em 1934, os italianos Erico Fermi (1901 – 1954) e Emílio Segrè (1905 – 1989) bombardearam átomos de urânio (Z = 92) utilizando nêutrons em uma velocidade moderada. O núcleo do átomo acaba capturando o nêutron por causa de tal velocidade, e posteriormente acaba emitindo radiação gama (y). Após isso, o núcleo se desintegra e libera partículas radioativas.

A experiência de bombardeamento de urânio foi repetida em 1938 pelo químico alemão Otto Hahn (1879 – 1968), e mais tarde a física austríaca Lise Meitner (1878 – 1968) sintetizou o fenômeno ao explicar que existe instabilidade no núcleo do átomo antes de ele receber o bombardeamento de nêutrons moderados, o que faz que ele parta praticamente ao meio, de onde sai dois núcleos médios e dois ou três nêutrons. Além disso, uma grande quantidade de energia é liberada. Na sua explicação dos experimentos do Otto Hahn, Lise Meitner usou a expressão “fissão nuclear”, termo que acabou sendo adotado para definir o fenômeno.

Reação em cadeia

Existe ainda um processo denominado “reação em cadeia”. Ele acontece quando os nêutrons emitidos após a colisão são usados para atingir outros átomos. Isso faz com que surjam novas emissões de nêutrons, que por sua vez ocasionarão outras fissões. Todo o processo se caracteriza por uma continuidade de reações de fissões nucleares originárias de um único nêutron.

A reação em cadeia não ocorre quando a massa do urânio é pequena. Quando acontece a fissão nesse caso, a maioria dos nêutrons se dispersará sem atingir nenhum outro núcleo. Por causa disso, quando é pequena a massa do urânio é chamada de “subcrítica”.

Mas se acontece da massa ter um tamanho suficiente para que a reação em cadeia ocorra, dizemos que ela é uma “massa crítica”. Ou seja, possui a quantidade mínima de material fissionável. Mais divisões acontecerão quanto maior for o número do urânio-235. Então novos nêutrons surgirão, dando início à reação em cadeia.

A reação originada pela fissão nuclear faz com que surja uma energia extremamente superior às que emergem em outras reações químicas. Para se ter uma ideia, uma fissão do urânio-235 libera uma energia que é um trilhão de vezes maior do que a energia emergida de uma reação em combustão de etanol.

O potencial destruidor dessa descoberta é demonstrado por uma trágica passagem da história do século XX. Em 1945, no auge da Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos utilizaram a imensa energia das reações em cadeia de urânio e plutônio para desenvolver uma bomba atômica. Os EUA as explodiram nas cidades japonesas Hiroshima e Nagasaki, com o intuito de dar fim à guerra.

Nos nossos dias, as discussões sobre o uso o urânio são acaloradas, pois muitas nações temem que outras passem a usar o elemento em bombas e derivados. A quantia de energia obtida do urânio pode ser um risco quando nações hostis e com inimigos históricos passam a utilizá-la.

Outro exemplo de uso da fissão são os reatores nucleares, que são bombas atômicas controladas. Por meio da introdução e retirada de barras de cádmio é possível controlar a aceleração da bomba e cessar o seu funcionamento. O processo é possível porque o cádmio é um elemento que absorve os nêutrons.

Outro fenômeno ligado à radioatividade é a fusão nuclear. Acontece quando dois átomos se colidem propositalmente para criar um terceiro, que é mais pesado. A colisão libera energia e um nêutron, dependendo de quais são os reagentes. A energia gerada é utilizada em bombas de hidrogênio, que é outro tipo de bomba nuclear. Estima-se que no futuro ela seja usada para a produção de energia mais limpa e eficiente, em substituição às obtidas em fissões nucleares.