Aula 4 (Radioatividade)

Por Alexandre Lima

Até este ponto, o curso Noic de Radioatividade tem tratado apenas de decaimentos radioativos nos quais um único nuclídeo dá origem a outro nuclídeo e determinadas partículas de nosso interesse. É o caso, por exemplo, do decaimento alfa.

$X^a_b$ $\longrightarrow$ $Y^{a-4}_{b-2}$ + $\alpha^4_2$

Também cabe mencionar, porém, outra possibilidade interessante: um nuclídeo pode reagir de modo a produzir mais de um nuclídeo, assim como, por extensão, alguns nuclídeos podem reagir de modo a produzir um número de nuclídeos superior ao inicial. Reações nucleares que se dão dessa forma são denominadas reações de fissão nuclear e podem ocorrer com diversos elementos químicos.

Ademais, existem reações nucleares nas quais alguns nuclídeos dão origem a apenas um nuclídeo, ou, analogamente, uma grande quantidade de nuclídeos produz uma quantidade menor. Tais fenômenos são denominados reações de fusão nuclear e são um significativo objeto de estudo da Química Nuclear.

No âmbito de reações nucleares de fissão e fusão, seguem informações relevantes:

• As reações de fissão são exotérmicas e as de fusão são ainda mais exotérmicas.
  Os valores de entalpia envolvidos nesses processos são, em módulo, muito elevados, e essa é a razão pela qual reações de fissão e fusão têm grande potencial para a indústria de geração de energia.
• Em relação a reações químicas ordinárias, as reações nucleares de fissão e fusão possuem elevados valores de energia de ativação. A energia de ativação das reações de fusão é a maior dentro desses dois grupos de reações nucleares.

Curiosidades

1. Em um dos momentos mais infames do século XX, os Estados Unidos da América, então chefiados por Harry Truman, atingiram Hiroshima e Nagasaki com ogivas nucleares, as quais revelaram ter um poder de destruição esplêndido em relação às demais armas de destruição em massa da época.
   As bombas nucleares empregadas na Segunda Guerra Mundial eram bombas de fissão. No contexto de Guerra Fria, a América e a União Soviética desenvolveram uma nova modalidade de bomba baseada no fenômeno de fusão nuclear: as bombas de hidrogênio. De fato, bombas de hidrogênio têm poder de destruição muito superior - em virtude do maior montante de energia térmica liberado -, mas precisam que bombas de fissão sejam ativadas para fornecer-lhes a energia de ativação necessária para a fusão nuclear.Em outras palavras, as bombas empregadas contra o Japão na Segunda Guerra Mundial seriam meramente o ponto de ignição para a explosão de uma bomba H.
2. Reações de fissão nuclear possuem extensa aplicabilidade em usinas termonucleares, mas, até o presente momento, o fenômeno de fusão nuclear não tem sido aproveitado pela indústria de geração de energia
   Esse fato se deve à dificuldade inerente ao controle de reações nucleares de fusão, que as torna uma má escolha para o funcionamento de usinas nucleares.Note que dois fatores tornariam reações de fusão controláveis interessantes para o processo de geração de energia: o seu caráter fortemente exotérmico e a inexistência de produtos laterais. Um grande problema das reações de fissão nuclear em processos de geração de energia é a produção de diversos nuclídeos radioativos, os quais precisam ser devidamente tratados.
3. Embora sejam relativamente comuns na natureza, reações de fissão nuclear são extremamente lentas. Por isso, é necessário bombardar os isótopos radioativos de interesse com nêutrons suficientemente acelerados para provocar reações de fusão em laboratório.
   Isótopos passíveis de fissão nuclear mediante colisão com nêutrons acelerados são chamados "isótopos fissionáveis".

 

Nota: enriquecimento do Urânio

O Urânio está presente na Terra principalmente como $U^238$ - que é o isótopo mais abundante - e $U^235$. Desses, apenas o último é fissionável, sendo, por isso, relevante para as usinas termonucleares e para a produção de armamento nuclear.
Separar o Urânio-235 de uma amostra de Urânio é uma tarefa meticulosa e extremamente valorizada demonimada enriquecimento de Urânio. O complexo processo de enriquecimento de Urânio envolve a separação do $UF_6$ dos dois isótopos a partir da diferença de velocidade de difusão dos dois gases - que têm, perceba, massas molares diversas.

Bons estudos.