A energia nuclear é uma das fontes de energia mais poderosas do mundo. Geralmente, é usado em grandes usinas nucleares para gerar eletricidade em larga escala. Porém, poucos conhecem os processos que permitem que os núcleos dos átomos sejam transformados em energia prática para a vida diária. Em termos gerais, esta energia é gerada a partir de dois processos distintos: Nuclear fision y fusão nuclear.
Neste artigo, vamos nos aprofundar no processo de Nuclear fision, explicando como esse tipo de energia é gerado, qual é o seu mecanismo e como ela se diferencia da fusão nuclear, entre outros temas importantes.
O que é fissão nuclear?
A fissão nuclear é um tipo de reação nuclear em que o núcleo de um átomo pesado se divide em núcleos mais leves, liberando uma grande quantidade de energia no processo. Essa energia é a que posteriormente é transformada, principalmente, em eletricidade no caso das usinas nucleares.
Neste processo, um nêutron colide com o núcleo de um átomo instável, como urânio-235 ou plutônio-239. Ao capturar o referido nêutron, o núcleo se torna ainda mais instável e se divide, liberando nêutrons e energia adicionais na forma de calor e radiação.
Esses nêutrons extras podem, por sua vez, desencadear mais reações de fissão ao colidir com outros núcleos instáveis, mantendo uma reação em cadeia que, se não for devidamente controlado, pode levar a uma libertação massiva de energia de forma destrutiva. Este é o princípio básico que permite o funcionamento de um reator nuclear.
Um único núcleo fissionado Pode gerar milhões de vezes mais energia do que uma reação química típica, como a queima de carvão ou gás. Este impressionante desempenho energético é a razão pela qual a energia nuclear é uma opção tão atraente para a produção de eletricidade.
Reação em cadeia
Quando ocorre a fissão nuclear, vários nêutrons (geralmente entre dois e três) são liberados. Esses nêutrons podem continuar a interagir com outros núcleos fissionáveis próximos, causando mais fissões e, consequentemente, liberando ainda mais nêutrons e energia. Isso é chamado reação em cadeia.
Para que uma reação em cadeia seja sustentável, é necessário que pelo menos um dos nêutrons liberados pela fissão inicial provoque uma nova fissão. Se esta condição for satisfeita, a reacção pode continuar de forma controlada. Este é o princípio de funcionamento do reatores nucleares.
Um dos grandes desafios das usinas nucleares é conseguir controlar esse processo. Muitas fissões consecutivas podem causar uma liberação repentina de energia, enquanto poucas fissões tornam impossível gerar energia suficiente. Os reatores nucleares são projetados para manter esse equilíbrio usando moderadores e barras de controle Eles absorvem nêutrons quando necessário.
Diferenças entre fissão nuclear e fusão
Tanto a fissão quanto a fusão liberam energia contida no núcleo de um átomo, mas o mecanismo por trás de cada uma é muito diferente.
A Nuclear fision, tem núcleo pesado se divide em núcleos menores, como mencionado anteriormente, enquanto no fusão nuclear, o processo é inverso: núcleos leves, geralmente hidrogênio, eles se fundem para formar um mais pesado, liberando uma quantidade colossal de energia.
Exemplo de fissão:
Quando um nêutron atinge um átomo de urânio-235, o átomo se divide em dois núcleos mais leves, bário-144 e criptônio-89, liberando três novos nêutrons e uma grande quantidade de energia. É um processo altamente controlado em usinas nucleares.
Exemplo de fusão:
No Sol, os núcleos de hidrogénio fundem-se constantemente para formar núcleos de hélio, libertando enormes quantidades de energia sob a forma de luz e calor. No entanto, as condições necessárias para uma reação de fusão na Terra são extremamente difíceis de alcançar devido à necessidade de temperaturas de milhões de graus e altas pressões. Apesar de décadas de pesquisa, a fusão nuclear controlada ainda não foi alcançada de uma forma comercialmente viável.
Massa crítica
La massa crítica É a quantidade mínima de material físsil necessária para que uma reação em cadeia sustentada seja possível. Se a massa utilizada for menor que a crítica, os nêutrons liberados em cada fissão serão perdidos antes de causar novas fissões e a reação irá parar.
A massa crítica depende de vários factores, tais como pureza do material, sua geometria e se está rodeado por materiais refletores de nêutrons, que reduzem as perdas.
Um exemplo disso é que os reatores nucleares são geralmente projetados em formato esférico ou cilíndrico para manter o número de nêutrons dentro do sistema pelo maior tempo possível e garantir que a fissão continue de forma sustentável.
Fissão nuclear espontânea
fissão nuclear espontânea É um fenômeno menos comum, mas importante, em que um núcleo se divide sem a intervenção de um nêutron incidente. Isso ocorre em isótopos muito instáveis, como o plutônio-239.
Embora a probabilidade de ocorrer espontaneamente seja baixa, este fenómeno tem implicações para a gestão de materiais nucleares e para a segurança dos reactores.
Este tipo de fissão pode levar à emissão de radiação e representa um perigo potencial se não for gerida corretamente, pois pode iniciar reações indesejadas se as condições corretas forem alcançadas.
É por isso que a segurança nas centrais nucleares é fundamental para evitar incidentes e catástrofes como os que ocorreram em Chernobyl ou Fukushima.
A fissão nuclear continua a ser uma das principais tecnologias de produção de energia no mundo, especialmente devido à sua capacidade de gerar grandes quantidades de eletricidade com uma pegada de carbono limitada.