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Energia nuclear

Fissão nuclear, o que é, como funciona e exemplos

Fissão nuclear, o que é, como funciona e exemplos

A fissão nuclear é a reação físico-química pela qual o núcleo de um átomo é dividido. Através desta operação uma grande quantidade de energia é obtida.

O núcleo dos átomos é formado por outras subpartículas menores: prótons e nêutrons. Dependendo do elemento da tabela periódica, a composição dessas subpartículas varia. Os prótons têm carga positiva e, portanto, tendem a se repelir. Por outro lado, os nêutrons são neutros, ou seja, não têm carga.

As subpartículas do átomo são mantidas juntas graças a uma força nuclear que as mantém unidas. A força nuclear é cem vezes mais forte do que a força eletromagnética.

O propósito de um processo de fissão nuclear é alterar esse equilíbrio de forças, quebrar essa força nuclear e permitir que os núcleos se separem.

Após a fissão do núcleo atômico obtemos diversos fragmentos, dois ou três nêutrons e a emissão de grande quantidade de energia. Esses fragmentos são conhecidos como produtos da fissão que, tendo mudado sua composição de prótons, são diferentes elementos químicos.

A fissão não deve ser confundida com a fusão nuclear, que é uma forma de obter energia a partir da fusão de dois átomos leves. As reações que ocorrem no Sol são de fusão nuclear

De onde vem a energia para as reações de fissão?

Em cada processo de fissão há uma perda de massa: a soma das massas dos produtos da fissão é menor que a massa original do átomo. A massa que falta é convertida em energia de acordo com a equação de Einstein:

E = mc2 

Onde:

  • E é a energia obtida.

  • m é a massa "perdida"

  • c é uma constante: a velocidade da luz que é 299.792.458 m / s2.

A energia resultante de uma reação de fissão está na forma de calor.

A fissão nuclear pode ocorrer quando um núcleo de um átomo pesado captura um nêutron ou espontaneamente devido à instabilidade do isótopo.

Qual é o elemento químico usado em uma reação de fissão nuclear?

O material usado como combustível nuclear tem uma estrutura atômica muito instável. Isótopos de urânio e plutônio são geralmente usados. As características desses átomos são que eles são muito pesados, com um grande número de prótons carregados positivamente no núcleo.

Isótopos são átomos do mesmo elemento, mas com diferentes números de nêutrons. Por exemplo, o isótopo do urânio-235 é mais instável do que o urânio natural.

Tendo tantos prótons carregados positivamente, o núcleo tem dificuldade em manter as ligações de força para mantê-los juntos. Por isso, a colisão com um único nêutron é suficiente para desestabilizar toda a estrutura e quebrá-la.

Reações em cadeia de fissão nuclear

Uma reação em cadeia é um processo pelo qual nêutrons que foram liberados em uma primeira fissão nuclear produzem uma fissão adicional em pelo menos mais um núcleo. Este núcleo atômico fissão e por sua vez libera nêutrons mais rápidos dando a oportunidade de repetir o processo.

Fissão nuclear, o que é, como funciona e exemplosOs nêutrons são bons projéteis para atingir o núcleo porque não têm carga elétrica e o núcleo atômico não os rejeita. Nêutrons rápidos podem se tornar nêutrons lentos quando colidem com partículas em um moderador. Nêutrons lentos têm maior probabilidade de atingir o núcleo de outro átomo de combustível.

Essas reações em cadeia podem ser controladas ou não.

Qual é a massa crítica?

A massa crítica é a quantidade mínima de material físsil para que ocorra uma reação nuclear em cadeia.

Embora dois a três nêutrons sejam produzidos em cada fissão nuclear, nem todos os nêutrons estão disponíveis para continuar a reação de fissão; alguns estão perdidos. Se os nêutrons liberados por cada reação nuclear forem perdidos a uma taxa mais rápida do que são formados pela fissão, a reação em cadeia não será autossustentável e irá parar.

A quantidade de massa crítica de um material físsil depende de vários fatores: propriedades físicas, propriedades nucleares, sua geometria e sua pureza.

Como as reações em cadeia de fissão são controladas?

Fissão nuclear, o que é, como funciona e exemplos

Os elementos de absorção de nêutrons são usados ​​para controlar a quantidade de nêutrons livres no espaço de reação. A maioria dos reatores de energia nuclear é controlada por meio de hastes de controle feitas de um material que tem a propriedade de absorver nêutrons livres, por exemplo, boro ou cádmio.

Além da necessidade de capturar nêutrons, os nêutrons geralmente têm muita energia cinética. A velocidade desses nêutrons rápidos é reduzida com o uso de um moderador de nêutrons, como água pesada e água corrente.

Alguns reatores nucleares usam grafite como moderador, mas este projeto tem vários problemas. Depois que os nêutrons rápidos diminuem a velocidade, é mais provável que produzam mais fissões nucleares ou sejam absorvidos pelas hastes de controle.

Fissão nuclear espontânea

Em reações de fissão nuclear espontânea, a absorção de um nêutron não é necessária.

A taxa de fissão nuclear espontânea é a probabilidade por segundo de um dado átomo fissão espontaneamente. Ou seja, sem qualquer intervenção externa. O plutônio 239 tem uma taxa de fissão espontânea muito alta em comparação com a taxa de fissão espontânea do urânio 235.

Exemplos de fissão nuclear

Aqui estão alguns exemplos de reações de fissão nuclear:

Autor:

Data de publicação: 18 de dezembro de 2009
Última revisão: 20 de outubro de 2021