Certamente você sabe que uma das formas de produzir energia e eletricidade é por meio do uso da energia nuclear. Mas você pode não saber como isso realmente funciona. Existem dois processos de formação de energia nuclear: fissão nuclear e fusão nuclear.
Você quer saber o que é fissão nuclear e tudo relacionado a ela?
Nuclear fision
A fissão nuclear é uma reação química na qual o núcleo mais pesado é bombardeado com nêutrons. Quando isso acontece, torna-se um núcleo mais instável e se decompõe em dois núcleos, cujos tamanhos são semelhantes na mesma ordem de magnitude. Nesse processo grande quantidade de energia é liberada e vários nêutrons são emitidos.
Quando nêutrons são emitidos pela divisão do núcleo, eles são capazes de causar outras fissões ao interagir com outros núcleos próximos. Uma vez que os nêutrons causam outras fissões, os nêutrons que serão liberados deles irão gerar ainda mais fissões. Assim por diante, conforme uma grande quantidade de energia é gerada. Este processo ocorre em uma pequena fração de segundo e é conhecida como reação em cadeia. Os núcleos fissionados liberam um milhão de vezes mais energia do que a obtida pela queima de um bloco de carvão ou pela explosão de um bloco de dinamite da mesma massa. Por esta razão, a energia nuclear é uma fonte de energia muito poderosa e usada para altas necessidades de energia.
Essa liberação de energia ocorre mais rapidamente do que em uma reação química.
Quando ocorrem fissões de nêutrons e apenas um nêutron é liberado, causando a fissão subsequente, o número de fissões que ocorrem por segundo é constante e as reações podem ser bem controladas. Este é o princípio pelo qual trabalham reatores nucleares.
Diferença entre fusão e fissão
Ambas são reações nucleares que liberam a energia contida no núcleo de um átomo. Mas existem grandes diferenças entre os dois. A fissão nuclear, como já foi comentado, é a separação do núcleo mais pesado em núcleos menores, por meio da colisão com nêutrons. No caso da fusão nuclear, é o oposto. Isto é a combinação de núcleo mais leve para criar um maior e mais pesado.
Por exemplo, na fissão nuclear, urânio 235 (é o único isótopo que pode sofrer fissão nuclear e é encontrado na natureza) se combina com um nêutron para formar um átomo mais estável que se divide rapidamente en bário 144 e criptônio 89, mais três nêutrons. Esta é uma das possíveis reações que ocorrem quando o urânio se combina com o nêutron.
Com esta operação, entram em ação os reatores nucleares que hoje se encontram e que são utilizados para a geração de energia elétrica.
Para que a fusão nuclear ocorra, é necessário que os dois núcleos mais leves se unam para formar um mais pesado. Nesse processo, uma grande quantidade de energia é liberada. Por exemplo, no Sol, processos de fusão nuclear ocorrem continuamente, nos quais átomos com massa menor se unem para formar átomos mais pesados. Os dois núcleos mais leves devem ser carregados positivamente e aproximar-se, superando as forças eletrostáticas de repulsão existentes. Isso requer uma grande quantidade de temperatura e pressão. Em nosso planeta, uma vez que não existe pressão no Sol, a energia necessária para que os núcleos reajam e superem essas forças repulsivas eles são alcançados por meio de um acelerador de partículas.
Uma das reações de fusão nuclear mais típicas é aquela que consiste na combinação de dois isótopos de hidrogênio, deutério e trítio, para formar um átomo de hélio mais um nêutron. Quando isso acontece, no Sol existem altas pressões gravitacionais às quais os átomos de hidrogênio estão sujeitos e precisam de temperaturas de 15 milhões de graus Celsius para se fundirem. Cada segundo 600 milhões de toneladas de hidrogênio se fundem para formar o hélio.
Actualmente não há reatores que trabalhem com fusão nuclear, uma vez que é muito complexo recriar essas condições. O máximo que se vê é um reator experimental de fusão nuclear denominado ITER que está sendo construído na França e que tenta determinar se esse processo de produção de energia é viável tecnológica e economicamente, realizando a fusão nuclear por confinamento magnético.
Massa crítica
A massa crítica é a menor quantidade de material físsil isso é necessário para que uma reação em cadeia nuclear possa ser mantida e a energia possa ser gerada de forma constante.
Embora em cada fissão nuclear sejam produzidos entre dois e três nêutrons, nem todos os nêutrons liberados são capazes de continuar com outra reação de fissão, mas alguns deles são perdidos. Se esses nêutrons liberados por cada reação forem perdidos a uma taxa maior do que essa são capazes de ser formados por fissão, a reação em cadeia não será sustentável e isso vai parar.
Portanto, essa massa crítica dependerá de vários fatores como as propriedades físicas e nucleares, a geometria e a pureza de cada átomo.
Para ter um reator em que escape o mínimo de nêutrons, é necessária uma geometria esférica, uma vez que possui a mínima área de superfície possível para que vazamento de nêutrons é reduzido. Se o material que usamos para a fissão fizermos fronteira com um refletor de nêutrons, muito mais nêutrons serão perdidos e a massa crítica necessária será reduzida. Isso economiza matéria-prima.
Fissão nuclear espontânea
Quando isso acontece, não é necessário que um nêutron seja absorvido de fora, mas em certos isótopos de urânio e plutônio, tendo uma estrutura atômica mais instável, eles são capazes de fissão espontânea.
Portanto, em cada reação de fissão nuclear existe a probabilidade por segundo de um átomo ser capaz de fissão espontaneamente, ou seja, sem ninguém intervir. Por exemplo, o plutônio 239 tem maior probabilidade de fissão espontânea do que o urânio 235.
Com essas informações, espero que você saiba um pouco mais sobre como a energia nuclear é criada para a geração de eletricidade nas cidades.