Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura, implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma partícula.
A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a ENERGIA NUCLEAR.
Utilização da Energia Nuclear
Uma vez constatada a existência da energia nuclear, restava descobrir como utilizá-la.
A forma imaginada para liberar a energia nuclear baseou-se na possibilidade de partir-se ou dividir-se o núcleo de um átomo "pesado" , isto é, com muitos prótons e nêutrons, em dois núcleos menores, através do impacto de um nêutron. A energia que mantinha juntos esses núcleos menores, antes constituindo um só núcleo maior, seria liberada, na maior parte, em forma de calor (energia térmica).
Fissão Nuclear
A divisão do núcleo de um átomo pesado, por exemplo, do urânio-235, em dois menores, quando atingido por um nêutron, é denominada fissão nuclear. Seria como jogar uma bolinha de vidro (um nêutron) contra várias outras agrupadas (o núcleo).
Reação em Cadeia
Na realidade, em cada reação de fissão nuclear resultam, além dos núcleos menores, dois a três nêutrons, como conseqüência da absorção do nêutron que causou a fissão. Torna-se, então, possível que esses nêutrons atinjam outros núcleos de urânio-235, sucessivamente, liberando muito calor. Tal processo é denominado reação de fissão nuclear em cadeia ou, simplesmente, reação em cadeia.
Urânio-235 e Urânio-238
O urânio-235 é um elemento químico que possui 92 prótons e 143 nêutrons no núcleo. Sua massa é, portanto, 92 + 143 = 235.
Além do urânio-235, existem na natureza, em maior quantidade, átomos com 92 prótons e 146 nêutrons (massa igual a 238). São também átomos do elemento urânio, porque têm 92 prótons, ou seja, número atômico 92. Trata-se do urânio-238, que só tem possibilidade de sofrer fissão por nêutrons de elevada energia cinética (os nêutrons "rápidos").
Já o urânio-235 pode ser fissionado por nêutrons de qualquer energia cinética, preferencialmente os de baixa energia, denominados nêutrons térmicos ("lentos").
Isótopos
São átomos de um mesmo elemento químico que possuem massas diferentes.
Urânio-235 e urânio-238 são isótopos de urânio.
Muitos outros elementos apresentam essa característica, como, por exemplo, o Hidrogênio, que tem três isótopos: Hidrogênio, Deutério e Trítio.
(Hidrogênio = 1 Próton; Deutério = 1 Próton + 1 Nêutron; Trítio = 1 Próton + 2 Nêutrons)
Urânio Enriquecido
A quantidade de urânio-235 na natureza é muito pequena: para cada 1.000 átomos de urânio, 7 são de urânio-235 e 993 são de urânio-238 (a quantidade dos demais isótopos é desprezível).
Para ser possível a ocorrência de uma reação de fissão nuclear em cadeia, é necessário haver quantidade suficiente de urânio-235, que é fissionado por nêutrons de qualquer energia, como já foi dito.
Nos Reatores Nucleares do tipo PWR, é necessário haver a proporção de 32 átomos de urânio-235 para 968 átomos de urânio-238, em cada grupo de 1.000 átomos de urânio, ou seja, 3,2% de urânio-235.
O urânio encontrado na natureza precisa ser tratado industrialmente, com o objetivo de elevar a proporção (ou concentração) de urânio-235 para urânio-238, de 0,7% para 3,2%.
Para isso deve, primeiramente, ser purificado e convertido em gás.
Enriquecimento de Urânio
O processo físico de retirada de urânio-238 do urânio natural, aumentando, em conseqüência, a concentração de urânio-235, é conhecido como Enriquecimento de Urânio.
Se o grau de enriquecimento for muito alto (acima de 90%), isto é, se houver quase só urânio-235, pode ocorrer uma reação em cadeia muito rápida, de difícil controle, mesmo para uma quantidade relativamente pequena de urânio, passando a constituir-se em uma explosão: é a "bomba atômica".
Foram desenvolvidos vários processos de enriquecimento de urânio, entre eles o da Difusão Gasosa e da Ultracentrifugação (em escala industrial), o do Jato Centrífugo (em escala de demonstração industrial) e um processo a Laser (em fase de pesquisa).
Por se tratarem de tecnologias sofisticadas, os países que as detêm oferecem empecilhos para que outras nações tenham acesso a elas.
Controle da Reação de Fissão Nuclear em Cadeia
Descoberta a grande fonte de energia no núcleo dos átomos e a forma de aproveitá-la, restava saber como controlar a reação em cadeia, que normalmente não pararia, até consumir quase todo o material físsil (= que sofre fissão nuclear), no caso o urânio-235.
Como já foi visto, a fissão de cada átomo de urânio-235 resulta em 2 átomos menores e 2 a 3 nêutrons, que irão fissionar outros tantos núcleos de urânio-235. A forma de controlar a reação em cadeia consiste na eliminação do agente causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não pode haver reação de fissão em cadeia.
Alguns elementos químicos, como o boro, na forma de ácido bórico ou de metal, e o cádmio, em barras metálicas, têm a propriedade 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.
Energia Nuclear
Por: ELIEZER DE MOURA CARDOSO
Colaboradores: Ismar Pinto Alves; José Mendonça de Lima; Pedro Paulo de Lima e Silva; Cláudio Braz; Sonia Pestana
Comissão Nacional de Energia Nuclear
Rua General Severiano, 90 - Botafogo - Rio de Janeiro - RJ - CEP 22294-900
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