Tecnologia Nuclear: Ciência e Tecnologia

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O mesmo Rutherford propôs um modelo do átomo em 1911 de acordo com sua experiência: o átomo, na verdade, consistia de um núcleo de carga positiva no centro com elétrons ao redor. Ele suspeitava de que o núcleo era composto de carga positiva (prótons) e partículas neutras (o que mais tarde se denominou nêutrons). O tamanho do núcleo em relação ao átomo era como uma bola de futebol no meio de um estádio, isto é, o átomo era quase oco, por isso as partículas alfas passavam por ele.

Esse modelo foi contemplado de forma imediata por outro dos maiores cientistas do século XX, o dinamarquês Niels Bohr, jovem discípulo de Rutherford, que aos 26 anos introduziu um modelo mais sólido, que levava em conta a física quântica para explicar os movimentos dos elétrons ao redor do núcleo, e os organizava em diferentes camadas.

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Figura 1. Esquema do átomo segundo modelo de Rutherford.

Anos mais tarde, em 1932, verifica-se a existência dessa partícula denominada nêutron, mediante uma série de experimentos realizados pelo inglês James Chadwick.

Hoje se sabe que um átomo consta de um núcleo, que porta quase toda a totalidade da massa do átomo, e uns elétrons dispostos em torno do núcleo, de acordo com as distribuições de probabilidade que determina a física quântica. O núcleo do átomo não é uma parte fundamental, sendo que pode ser dividido em partes menores. É formado por Nêutron (sem carga elétrica) e prótons (com carga elétrica positiva), e se sabe que essas duas partículas, tão pouco são indivisíveis, mas estão compostas de outras menores denominadas quarks.

Depois do descobrimento do nêutron, cientistas famosos realizaram experimentos nos materiais mais pesados da natureza (urânio) com nêutrons. O primeiro a fazer experimentos mediante bombardeiro de núcleos de urânio com nêutrons foi o italiano Enrico Fermi; seus trabalhos lhe renderam o Prêmio Nobel de física em 1938. Suas investigações encorajaram a Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann, que em 1939 demonstraram que depois de bombardear urânio com nêutrons, apareciam núcleos de bário, que tinha massa aproximadamente em metade do urânio. Esses resultados criaram uma grande controvérsia na comunidade científica, mas foram rapidamente confirmados por novos experimentos que dissiparam todas as dúvidas a respeito: havia sido descoberta a fissão nuclear. Esses trabalhos renderam a Otto Hahn o Prêmio Nobel de Química em 1944.

Grande parte dos cientistas envolvidos nessas investigações era de origem judia, e acabaram imigrando aos Estados Unidos, a medida que os regimes totalitários tomavam conta de seus respectivos países. Foi o caso de Enrico Fermi, que aproveitou a cerimônia da entrega do prémio Nobel, e escapou com toda sua família da Itália. Este físico distinto, um dos maiores da história, conduziu sua equipe de investigação, uma das maiores realizações na história da ciência, a primeira reação nuclear em cadeia autossustentável, que teve seu marco as 15:20h do dia 2 de dezembro de 1942. Esse dia se conseguiu iniciar uma reação em cadeia e depois parar, conseguindo a libertação controlada de energia nuclear.

Poucos anos depois, impulsionado por interesses bélicos, foi possível lançar o primeiro reator operando continuamente em 1944, em Hanford, e em 1951 o primeiro reator de eletricidade produzindo, EBR -1 no laboratório nacional de Alamos.

Em 1953 o então presidente dos Estados Unidos, Dwight D. Eisenhower, pronunciou seu famoso discurso de Atoms for Peace (Átomos para a Paz), em que o EEUU abriu a tecnologia nuclear ao mundo para seu uso civil, em produção de eletricidade. Em 1956, se pôs em operação o primeiro reator de produção da Europa, Calder Hall (Reino Unido). Nos anos seguintes, começaram a construção o das centrais nucleares no mundo. Até os aproximadamente 400 reatores em operação.

Tecnologia Nuclear

Os países que desenvolveram conhecimento científico e tecnológico da energia nuclear avançaram em todos os demais setores. Apesar do mundo conhecer apenas a parte destrutiva da tecnologia nuclear, por meio da explosão da bomba atômica na 2ª Guerra Mundial em Hiroshima e Nagasaki, ela tem trazido benefícios enormes para a humanidade com contribuições na área da indústria, agricultura, meio ambiente e principalmente na saúde.

A tecnologia nuclear tem como uma das principais finalidades gerar energia elétrica. Nas centrais nucleares se aproveita o calor gerado mediante a fissão de átomos, habitualmente de urânio, para gerar o vapor que moverá a turbina. A reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina nuclear ou descontroladamente em uma atômica, causando uma reação chamada reação em cadeia). Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.

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Figura 2. Esquema de uma central de ciclo combinado

A diferença fundamental entre uma central nuclear e outras centrais elétricas, é a fonte para geração de calor. Diferente das centrais térmicas que usam combustíveis fósseis (carbono, gás natura, petróleo), nas centrais nucleares se aproveita a imensa energia existente nos átomos. Na grande maioria das centrais nucleares se usa urânio como fonte de calor. Mas como se obtém esta energia calorífera dos átomos de urânio? No núcleo dos átomos é onde se contra armazenada uma grande quantidade de energia (dali vem o nome: energia nuclear).

Para liberar e dispor dessa energia é preciso fragmentar (fissionar) o núcleo. Para isso é necessário chocar um nêutron (a uma velocidade específica) contra um núcleo de um átomo (geralmente de urânio), de maneira que o impacto provoque uma fissão do átomo produzindo os seguintes elementos:

- Dois novos núcleos de átomos menores, os produtos da fissão;

- Dois ou três novos nêutrons, que saem projetados e que ao chocar com outros núcleos de urânio, os fissionam provocando o que se denomina uma reação em cadeia;

- Liberação de energia, e grande parte dela, em forma de calor.

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Figura 3. Esquema da reação de fissão nuclear

Tecnologia Nuclear usada para produção de Energia

Energia nuclear é a energia liberada em uma reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos. Alguns isótopos de