Massa crítica

Simulação de uma esfera de plutónio rodeada por blocos reflectores de carbeto de tungsténio, reflectores de neutrões. Uma recriação de um acidente de criticidade, em 1945, com o objectivo de medir a radiação produzida quando um bloco reflector suplementar foi adicionado sobre a esfera de maneira descuidada, reflectindo mais neutrões de volta à massa, tornando-a supercrítica.

A massa crítica de um material fissionável é a quantidade necessária para manter uma reacção nuclear em cadeia autosustentada. A massa crítica de um material fissionável depende das suas propriedades nucleares, das suas propriedades físicas (a densidade, em particular), a sua forma, e a sua pureza. Rodear material fissionável com um reflector de neutrões reduz a massa necessária, enquanto que a atenuação da fissão com um absorvedor irá requerer mais massa.

Uma configuração na qual uma reacção em cadeia é alcançada no limite é denominada de crítica, e diz-se, nesse caso, ter-se obtido criticidade. Numa tal configuração, sem introdução de novos neutrões (por fissão nuclear espontânea, por exemplo), a reacção aumentará linearmente. Uma montagem situada para além do ponto de criticidade é denominada de supercrítica. Uma reacção capaz de suster uma reacção em cadeia sem necessitar da contribuição de um neutrão estimulado é chamada de crítica estimulada sendo, portanto, também supercrítica. Grandes massas recebem também a designação de críticas superestimuladas.

Se uma configuração é menos do que crítica então um fornecimento estável de novos neutrões livres permitirá à reacção de fissão atingir um estado estável. Neste caso, a configuração recebe a denominação de subcrítica.

Um reflector de neutrões é qualquer material que reflicta neutrões por difusão elástica, distinta da mais comum reflexão especular. O material pode ser grafite, berílio, chumbo, aço, carbeto de tungsténio, ou outros materiais. Um reflector de neutrões pode tornar crítica uma massa de material físsil que, doutra forma, seria subcrítica; reciprocamente, aumentará a extensão de fissão nuclear que uma massa crítica ou supercrítica sofrerá.

Três fases da reação de fusão nuclear:1 - o deutério e o trítio são acelerados até uma velocidade que permita o início da reação.2 - é criado um núcleo instável de He-5.3 - a ejeção de um nêutron e a expulsão de um núcleo de He-4.

Fusão Nuclear - é o processo no qual dois ou mais núcleos atómicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, e geralmente liberta muito mais energia que consome. Quando ocorre com elementos mais leves que o ferro e o níquel (que possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo, portanto mais estáveis) ela geralmente liberta energia, e com elementos mais pesados ela consome. Até hoje início do século XXI, o ser humano ainda não conseguiu encontrar uma forma de controlar a fusão nuclear como acontece com a fissão.

O principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas é o de Hidrogênio em Hélio, onde dois prótons se fundem em uma partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois pósitrons, dois neutrinos e energia. Mas dentro desse processo ocorrem várias reações individuais, que variam de acordo com a massa da estrela. Para estrelas do tamanho do nosso Sol ou menores, a cadeia próton-próton é a reacção dominante. Em estrelas mais pesadas, predomina o ciclo CNO.

Vale ressaltar que há conservação da energia, e, portanto, pode-se calcular a massa dos quatro prótons e o núcleo de hélio, e subtrair a soma das massas das partículas iniciais daquela do produto desta reação nuclear para calcular a massa/energia emitida.

Bomba nuclear

Teste nuclear realizado em 18 de abril de 1953 na Área de Testes de Nevada.

A nuvem de cogumelo resultante da explosão nuclear da Fat Man sobre Nagasaki, 18 km acima do solo, a partir do hipocentro.

Uma bomba atômica ou com maior rigor bomba nuclear é uma arma explosiva cuja energia deriva de uma reação nuclear e tem um poder destrutivo imenso — dependendo da potência uma única bomba é capaz de destruir uma grande cidade inteira. Bombas atômicas só foram usadas duas vezes em guerra, ambas pelos Estados Unidos contra o Japão, nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial (consistindo em um dos maiores ataques a uma população civil, quase 200 mil mortos, já ocorridos na história). No entanto, elas já foram usadas centenas de vezes em testes nucleares por vários países.

As potências nucleares declaradas são os EUA, a Rússia, o Reino Unido, a França, a República Popular da China, a Índia, o Paquistão e Israel. Estes países já possuem o material para fins ofensivos. Outra nação que já testou armamento nuclear foi a Coreia do Norte, porém assinou um acordo com a ONU para se desarmar, devido a embargos econômicos e a forte pressão norte americana.

Fissão Nuclear é a quebra do núcleo de um átomo instável em dois menores e mais leves, como por exemplo, após a colisão da partícula nêutron no mesmo. Esse processo pode ser rotineiramente observado em usinas nucleares e/ou em bombas atômicas.

Diagrama representativo da fissão nuclear do átomo de urânio: o nêutron se colide com o núcleo que fica instável e se divide em dois novos menores e mais leves (bário e criptônio), que por sua vez se desintegram em energia, radiação gama e alguns nêutrons.