A fissão nuclear é um fenômeno poderoso e versátil que deixou uma marca indelével na ciência e tecnologia modernas. Da geração de energia à medicina e exploração espacial, a fissão nuclear provou ser um importante impulsionador da inovação.
Abaixo mostro diferentes aplicações que utilizam a fissão nuclear com alguns exemplos de cada uma:
Exemplo 1: Geração de energia elétrica
Um dos exemplos mais notáveis de fissão nuclear é seu uso na geração de energia elétrica em usinas nucleares. Essas instalações aproveitam a imensa quantidade de energia liberada durante a fissão para produzir eletricidade de forma eficiente e contínua.
Em uma usina nuclear, um combustível nuclear, como urânio-235 ou plutônio-239, é usado como material físsil. Quando esses núcleos capturam nêutrons, eles se tornam instáveis e se dividem em dois ou mais fragmentos menores.
Esse processo libera uma grande quantidade de energia na forma de calor. Esse calor é usado para aquecer água e produzir vapor, que por sua vez aciona turbinas conectadas a geradores elétricos. O resultado é a produção de eletricidade em larga escala.
Exemplo
A usina nuclear de Fukushima Daiichi, no Japão, gerava cerca de 30% da eletricidade da região de Tohoku antes de seu trágico acidente em 2011. Este exemplo ilustra a importância crítica da fissão nuclear na geração de energia em larga escala.
Exemplo 2: Propulsão espacial
A fissão nuclear também tem sido explorada como uma opção promissora para propulsão de espaçonaves. A alta energia liberada pela fissão poderia permitir que naves espaciais viajassem em velocidades muito mais altas e explorassem destinos distantes no espaço.
A propulsão nuclear no espaço se baseia na ideia de usar um reator nuclear a bordo de uma nave espacial para aquecer e expelir propelente, como hidrogênio, por meio de um motor de propulsão. A energia liberada pela fissão é usada para aquecer esse propelente a temperaturas extremamente altas, criando um jato de exaustão de alta velocidade que impulsiona a nave para frente.
Exemplo
O projeto Orion da NASA é um exemplo importante de um sistema de propulsão nuclear que poderia reduzir significativamente os tempos de viagem interplanetária. Essa tecnologia pode abrir caminho para missões tripuladas a Marte e além.
Exemplo 3: Produção de radioisótopos
A fissão nuclear é usada para produzir radioisótopos, que têm uma variedade de aplicações médicas, industriais e científicas. Por exemplo, o radioisótopo tecnécio-99m é usado em medicina nuclear para diagnóstico por imagem.
Radioisótopos são átomos instáveis que emitem radiação ionizante. Essa radiação é usada em aplicações médicas para diagnosticar doenças e em terapias para tratar certos tipos de câncer. A produção controlada de radioisótopos em reatores nucleares é essencial para garantir um fornecimento constante e confiável desses materiais vitais.
Exemplo
O tecnécio-99m é essencial para procedimentos médicos, como cintilografias ósseas, que ajudam os médicos a diagnosticar doenças ósseas e avaliar a função da glândula tireoide.
Exemplo 4: Armas nucleares
Embora este seja um exemplo controverso, a fissão nuclear também tem sido usada na fabricação de armas nucleares. Essas armas aproveitam a liberação extremamente poderosa de energia que ocorre durante a fissão para causar explosões devastadoras.
As armas nucleares baseadas em fissão funcionam criando uma reação em cadeia incontrolável na qual uma série de núcleos de urânio-235 ou plutônio-239 se dividem e liberam uma enorme quantidade de energia na forma de uma explosão nuclear. Esse tipo de arma tem um poder destrutivo devastador e levou a esforços internacionais para limitar sua proliferação.
Exemplo
O desenvolvimento da bomba atômica dentro do Projeto Manhattan liderado pelo físico Robert Oppenheimer foi o primeiro exemplo em que a fissão nuclear foi usada para criar uma bomba. O bombardeio atômico de Hiroshima e Nagasaki durante a Segunda Guerra Mundial ilustra tragicamente o impacto destrutivo das armas nucleares baseadas em fissão.
Detonação de uma bomba atômica
As bombas atômicas usam a fissão nuclear para liberar uma enorme quantidade de energia em um curto período de tempo. O urânio-235 ou o plutônio-239 sofrem fissões, liberando nêutrons que, por sua vez, induzem mais fissões, criando uma reação em cadeia descontrolada e liberando uma explosão devastadora.
Exemplo 5: Reações nucleares naturais na Terra
Em certos lugares da Terra, como o depósito de Oklo, no Gabão, foi descoberta uma reação nuclear espontânea natural que ocorreu há aproximadamente 2 bilhões de anos.
Esse tipo de fissão natural ocorre quando as condições geológicas permitem que um reator nuclear permaneça autossustentável por um longo tempo.
Exemplo 6: Pesquisa nuclear
A fissão nuclear também desempenha um papel crucial na pesquisa científica. Aceleradores de partículas e reatores de pesquisa usam a fissão para estudar a estrutura da matéria e realizar experimentos nucleares controlados.
Reatores de pesquisa são instalações projetadas especificamente para realizar experimentos nucleares controlados. Esses reatores são usados em uma ampla variedade de campos, desde física de partículas até pesquisa médica e geração de isótopos para aplicações industriais e médicas.
Exemplo
O Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN usa aceleradores que aproveitam os princípios da fissão nuclear para colidir partículas subatômicas e estudar física fundamental.
Exemplo 7: Obtenção de plutônio a partir de urânio
Em um reator nuclear, o urânio-238 (U-238), que compõe a maior parte do urânio natural, não é físsil por si só. Entretanto, quando o urânio-238 captura um nêutron durante o processo de fissão nuclear, ele se transforma em urânio-239. Este isótopo é instável e, por meio de uma série de decaimentos beta, torna-se neptúnio-239 e depois plutônio-239 (Pu-239), um isótopo físsil.
Esse processo ocorre continuamente no reator, e o plutônio-239 gerado pode participar de reações de fissão, liberando uma grande quantidade de energia.
O plutônio-239 obtido dessa maneira é crucial tanto para reatores nucleares quanto para a produção de armas nucleares. Em reatores, o plutônio-239 pode ser usado como combustível nuclear, pois também é físsil, permitindo que mais energia seja gerada. No campo militar, esse isótopo é valioso porque é usado na fabricação de armas nucleares devido à sua capacidade de liberar energia em uma reação nuclear em cadeia.