Curiosidades: Radioatividade e Bombas Nucleares

Boa noite, leitores! Hoje daremos continuidade sobre radioatividade, falando sobre um dos fenômenos mais destrutivos do último século: as bombas nucleares, um dos grandes motivos para associar a radiação como algo totalmente nocivo à saúde humana. Entretanto, em outra matéria, iremos ver também que a radioatividade trouxe muitos benefícios. A postagem de hoje tem como objetivo falar dos diferentes tipos de radiações provenientes do núcleo de um átomo e também mostrar o mecanismo das bombas.

Após a descoberta da radioatividade, muitos cientistas começaram a estudar o fenômeno até então desconhecido. Um dos primeiros desafios que surgiram foi o fato de explicar a radiação, uma vez que o modelo atômico de John Dalton (1803) - o átomo como uma esfera maciça e indivisível - não sustentava a ideia da radioatividade ser uma propriedade atômica. Com os avanços das pesquisas, Ernest Rutherford se destacou ao descobrir diferentes tipos de radiação. Em seu experimento, Rutherford isolou uma fonte radioativa em uma caixa de chumbo com uma abertura para a radiação passar e irradiar uma chapa fotográfica. Além disso, colocou duas chapas em cada lado, uma eletrizada com cargas positivas e outra com cargas negativas. O resultado foi uma imagem com dois pontos distintos: um totalmente atraído para o lado da chapa positiva e outro levemente atraído para o lado da chapa negativa, concluindo que as radiações emitidas possuíam cargas negativas (radiação beta) e positivas (radiação alfa), respectivamente. Posteriormente, outro cientista, Paul Villard, encontrou outro tipo de radiação, muito mais penetrante, nomeada de radiação gama. 

Imagem 1: Representação do experimento realizado para caracterizar os diferentes tipos de radiação.

Depois de estudar a natureza dos diferentes tipos de radiação emitidas, Rutherford descobriu que as radiações alfa e beta tratavam-se de partículas emitidas naturalmente de uma substância radioativa e realizou um experimento com partículas alfa: isolou a fonte da radiação em uma caixa de chumbo com uma abertura e colocou uma folha de ouro para ser irradiada. Ao passar pela folha, a maioria das partículas atravessaram sem nenhum desvio, enquanto outras eram desviadas ou refletidas. Após o experimento, Rutherford concluiu que o átomo era constituído por um núcleo denso, com carga positiva, o que explicaria as partículas desviadas e refletidas, e uma grande área vazia, onde os elétrons encontram-se rodeando o núcleo, explicando o porquê das partículas passarem sem desvio. Com esse experimento, em 1911, surgiu um novo modelo atômico.

Imagem 2: Representação do experimento com partículas alfas em uma folha de ouro.

Para uma melhor definição de cada tipo de radiação:

• Radiação alfa: são partículas positivas fragmentadas do núcleo de um átomo instável procurando uma estabilidade. É o tipo de radiação menos penetrante e é constituída por duas partículas positivas (próton) e duas neutras (nêutrons), semelhante ao núcleo do átomo de Hélio.
• Radiação beta: são partículas emitidas do núcleo de um átomo instável, semelhantes aos elétrons. É outra maneira do átomo se estabilizar. Ocorre da quebra de uma partícula neutra (nêutron), resultando em um próton e em uma partícula negativa, que é emitida para fora do átomo. Possui maior potencial de penetração que as partículas alfas.
• Radiação gama: é uma radiação eletromagnética, não tendo massa ou carga (como podemos ver na Imagem 1). Ela é muito mais penetrante e energética, por não se tratar de uma partícula, e sim uma onda. Além disso, é liberada em forma de energia após a emissão de partículas alfa e beta do núcleo.

Alguns anos depois, com a descoberta dos nêutrons, o físico italiano Enrico Fermi descobriu as transformações nucleares a partir do bombardeamento de nêutrons desacelerados em um átomo de urânio, resultando em outras espécies atômicas. Esta descoberta levou à fissão nuclear, explicada pelos cientistas Lise Meitner e Frisk como um processo de quebra do núcleo de um átomo pesado (por exemplo o urânio), fragmentando-se em átomos menores e nêutrons, liberando uma enorme quantidade de energia.

A ideia de reator nuclear surgiu a partir da fissão nuclear. A proposta era um processo de fissões sucessivas, onde o primeiro átomo pesado bombardeado gerava uma grande quantidade de energia e liberava nêutrons, que bombardeavam os átomos pesados vizinhos, repetindo o processo continuamente, produzindo energia em larga escala.

Imagem 3: Representação de uma fissão nuclear de um átomo de urânio radioativo.

Anos depois, em 1942, o primeiro reator nuclear com urânio radioativo começou a ser construído. Entretanto, o processo de fissão nuclear também foi introduzido na construção das bombas atômicas utilizadas durante a Segunda Guerra Mundial. Em 6 de agosto de 1945, Hiroshima foi bombardeada durante um ataque dos EUA. Nomeada "Little boy", a bomba liberou uma enorme quantidade de energia, matando, aproximadamente, 80 mil pessoas, enquanto milhares de sobreviventes morreram dias depois após a exposição à radiação. No dia 10 de agosto de 1945, Nagasaki foi bombardeada com a "Fat man", que possuía uma potência duas vezes maior que a "Little boy", causando 40 mil mortes, devido às condições climáticas de Nagasaki, desfavorecendo a precisão no lançamento. Também houve milhares de mortes dias depois por conta da radiação liberada.

Imagem 4: "Nuvem de cogumelo", resultado de uma bomba nuclear.

Um outro processo que produz uma enorme quantidade de energia (maior que o processo de fissão nuclear), é a fusão nuclear.  Dois núcleos de hidrogênio se fundem, resultando em um átomo de hélio e transformando parte da matéria em energia. Na década de 50, uma bomba de fusão nuclear foi desenvolvida, possuindo um potencial energético de, no mínimo, 1000 vezes maior que as bombas de fissão nuclear.

Imagem 5: Ilustração do processo de fusão nuclear de dois isótopos de hidrogênio (Trítio e Deutério).

Os avanços tecnológicos com a radioatividade são muitos, mas sempre é associado às  bombas nucleares. Como foi visto brevemente, a ideia de usina nuclear para a geração de energia limpa em larga escala é um dos pontos positivos dos estudos com radiação. Em algum momento, o blog será atualizado para falar sobre mais benefícios das pesquisas com radioatividade.

Curiosidade: O processo de fusão nuclear é a fonte de energia das estrelas, mantendo-as vivas. O núcleo das estrelas sofre fusões consecutivas entre seus átomos, gerando outros átomos maiores.

Referências:

• http://www.portalseer.ufba.br/
• http://web.unipar.br/
• http://radiacaoalfa.blogspot.com.br/
• http://www.cbpf.br/