Fissão e Fusão Nuclear - Introdução

Fissão Nuclear

O processo de fissão nuclear ocorre quando um núcleo radioativo é atingido por um nêutron livre e, devido a esse choque, ele se divide em dois núcleos de elementos diferentes. O processo resulta ainda em uma emissão de radiação e de mais nêutrons, em geral. Muito se estudou acerca dos processos de fissão nuclear, principalmente no sentido de explicar-se de onde vem a energia liberada em forma de radiação eletromagnética. Além disso, vários cientistas como Lise Meitner, Otho Hahn e o casal Pierre e Marie Curie notaram em seus experimentos que o balanço de massa não fechava nas desintegrações nucleares.

No entanto, eles ainda não podiam explicar o que haviam observado.

Em 1905, Einstein divulgou uma hipótese importante para a sua teoria da relatividade que acabou resolvendo o problema. Em seu artigo, ele afirmava que massa e energia são duas coisas intimamente relacionadas. Mais tarde, utilizou-se uma equação deduzida por Poincaré para se descrever matematicamente a equivalência entre massa e energia como sendo:

E = m · c²

na qual E é a energia envolvida no processo, m é a massa, e c é a velocidade da luz. Essa famosa relação indica que, sempre que houver alteração de massa em um processo, a massa faltante será convertida em grandes valores de energia. Sendo assim, o mistério do “sumiço”de massa ficou esclarecido, assim como a emissão de radiação dos processos de decaimento nuclear. Isso porque toda a massa “faltante” se converte em energia, que é emitida na forma de radiação. É baseada nessa conversão entre massa e energia que funcionam as usinas nucleares e as bombas atômicas, como a de Hiroshima e a de Nagasaki.

Mais tarde, percebeu-se que ficaria mais fácil descrever o problema da seguinte forma: qualquer variação de massa que ocorra em processos nucleares resultará em uma variação da energia (em energia fornecida ou consumida) dada pela relação:

ΔE = Δm · c²

De acordo com essa relação, se uma moedade massa m = 4 g pudesse ser convertida totalmente em energia, geraria cerca de 360 · 10¹² J (trezentos e sessenta mil giga-joules) de energia!

Fusão Nuclear

Nos processos de fusão nuclear, núcleos de átomos pequenos são unificados, gerando um terceiro átomo, diferente dos geradores.

A maior quantidade da emissão de energia por parte das estrelas ocorre baseada em um processo de fusão nuclear, uma vez que esses processos costumam emitir muito mais energia que a fissão nuclear.

Para citar um exemplo, a reação de fusão que acontece no Sol e em outras estrelas parecidas pode ser esquematizada da seguinte forma:

4H → He⁴ + 2e⁺ + 2ν_e+γ,

em que quatro átomos de hidrogênio são transformados em um átomo de hélio, dois pósitrons (antipartícula do elétron), dois neutrinos e radiação eletromagnética. Dentro da energia liberada pelo Sol em forma de radiação eletromagnética, estão a luz visível, o infravermelho, o ultravioleta e outras formas de radiação eletromagnética.

As mesmas leis sobre a relação entre massa e energia que valem para a fissão também valem para a fusão nuclear. Existem projetos no mundo todo que visam a usar a grande quantidade de energia proveniente da fusão entre dois núcleos (principalmente Deutério e Trítio, ambos isótopos do Hidrogênio) para geração de energia elétrica. Ela teria uma série de vantagens, como o baixo número de resíduos radioativos e a eficiência do processo. No entanto, ainda não existem usinas que funcionam baseadas na fusão nuclear.