Fissão e fusão nuclear: o que são, diferenças e aplicações
A fissão e a fusão são fenômenos que acontecem no núcleo dos átomos. Eles têm a mesma natureza, mas funcionam de forma bem diferente! Você sabe quais são essas diferenças?
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Fissão e fusão nuclear são fenômenos que acontecem nos núcleos dos átomos. Porém, para entendê-los como processos físicos e as diferenças entre eles, precisamos entender um pouco mais sobre o foco das reações nucleares: os átomos.
NAVEGUE PELOS CONTEÚDOS
Átomos
É preciso saber que os átomos possuem um núcleo e uma eletrosfera. No núcleo, estão os prótons, partículas de carga positiva, e os nêutrons, que não possuem carga. Já na eletrosfera, estão os elétrons, que têm carga negativa.
As fissões e fusões nucleares acontecem somente no núcleo dos átomos, diferente das reações químicas normais. Assim, justamente por acontecerem no núcleo, as fissões e fusões nucleares vão alterar as propriedades intrínsecas do átomo, pois alteram seu número de prótons.
O número de prótons é o número atômico Z. É ele quem vai determinar as características de um elemento. É pelo número de prótons que identificamos cada elemento químico.
Além disso, as reações de fissão e fusão nuclear são altamente energéticas, por mexerem justamente com o núcleo dos átomos. Por isso, podem estar presentes em processos de obtenção e conversão de energia, como nas usinas de energia elétrica.
Dessa forma, podemos entender as diferenças entre fissão e fusão! A fissão é a quebra de um núcleo atômico originando núcleos diferentes de menor número atômico (Z). Já a fusão é o processo contrário: dois núcleos distintos se fundem, formando um único núcleo de maior número atômico (Z).
Fissão nuclear
Como já vimos, a fissão nuclear é a quebra de um único núcleo atômico em outros. Isso acontece pelo bombardeamento de nêutrons em um núcleo físsil, ou seja, um núcleo que possui tamanho e propriedades adequadas para passar por esse tipo de reação.
Dessa forma, esses núcleos físseis podem se quebrar, originando 2 outros núcleos atômicos, alguns nêutrons, e uma quantidade colossal de energia!
O melhor exemplo disso é a fissão do urânio-235, utilizada nas usinas nucleares. Nela, um nêutron é bombardeado em um núcleo físsil de urânio, que se divide em um núcleo de Criptônio-92 e um de Bário-141. Além disso, são produzidos também três nêutrons.
No entanto, as reações de fissão têm uma peculiaridade muito grande: a massa não é conservada entre produtos e reagentes, contrariando todos os princípios da química que lida com a eletrosfera.
Apesar disso, o número de partículas subatômicas é igual antes e depois da reação: 235 do urânio + 1 nêutron = 92 do Criptônio + 141 do Bário + 3 nêutrons. Então por que a massa é diferente?
É possível explicar essa diferença de massa pela famosa equação de Einstein, E = mc², que relaciona massa e energia. Como há perda de massa dos reagentes para os produtos, essa massa só pode, então, ter sido liberada na forma de energia!
Por isso, libera-se quantidades colossais de energia nas fissões nucleares - o que pode ser ótimo! As fissões são muito úteis nos processos de geração de energia, pois quando os nêutrons originados da primeira fissão encontram os núcleos seguintes de Urânio, permitem que a fusão continue até que o urânio acabe.
Fusão nuclear
A fusão nuclear é a junção de núcleos atômicos, produzindo um núcleo de maior número atômico que os originais. Esse processo também libera muita energia: toda a energia do Sol é proveniente de reações de fusão nuclear. Não somente no Sol, mas em todas as estrelas do universo.
No Sol, o Hidrogênio é fundido, formando deutério (hidrogênio-2) e partículas radioativas. A fusão prossegue, dando origem a núcleos atômicos maiores, como Hélio-3 e Hélio-4. É por esse processo que, nas estrelas, foram originados todos os elementos químicos do universo.
Apesar de também liberar muita, mas muita energia, as fusões nucleares são mais difíceis de controlar e pouco economicamente viáveis. Por exemplo, para que a reação acima aconteça - seja em laboratório ou não -, a temperatura do meio precisa estar entre 107 e 108 K!
Por isso, ainda não é economicamente viável usar fusões nucleares em usinas nucleares. Mas onde utilizar esses processos?
Aplicações das reações nucleares
As reações de fissão e fusão nuclear têm aplicações muito importantes - as fissões nas usinas nucleares para geração de energia; e as fusões nas bombas de hidrogênio, artefatos bélicos de destruição em massa.
Essas aplicações só são possíveis por causa das quantidades de energia que se libera por esses processos. Na fissão do urânio, representada em (a), o núcleo se quebra em outros, de menor massa. Na fusão de H, representada em (b), a massa do átomo de Hélio é menor do que a soma das partículas separadas.
Assim, essa diferença nas massas é o que é responsável pela liberação de energia, E =Δmc², onde c é a velocidade da luz. A energia liberada é proporcional à variação de massa entre produtos e reagentes.
Por isso, são as reações de fissão utilizadas nos reatores nucleares. Usualmente, utilizam-se átomos de Urânio-235, na forma de Óxido de Urânio (U3O8). Como a reação começa com um nêutron, e produz vários nêutrons, ela se retroalimenta quando os nêutrons colidem com outros átomos de Urânio - e se torna uma reação em cadeia.
Essa reação em cadeia é controlada pelas hastes de controle. Toda energia liberada aquece a água pressurizada, que se torna vapor e pode girar uma turbina, gerando energia por indução eletromagnética.
Já as reações de fusão são utilizadas nas bombas de hidrogênio. Nelas, compostos de Deutério, 2H, e Trítio, 3H, são fundidos em 4He, assim como nas estrelas. Além disso, urâneo envolve a bomba, o que potencializa seu poder destrutivo.
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