Qual é a diferença entre fusão nuclear e fissão?

A fusão nuclear e a fissão são processos físicos naturais que liberam energia como resultado da interação entre os átomos. Essas energias são uma magnitude maior do que as das reações químicas. Embora a fusão e a fissão sejam fenômenos naturais sem os quais a vida na Terra não poderia existir, é a aplicação feita pelo homem dessas forças que mais frequentemente atrai a atenção. O uso ou mau uso da energia nuclear passou a definir muito de nosso mundo moderno, criando promessa e ameaça em igual medida.

O que é fissão nuclear

Simplificando, a fissão nuclear é a divisão de um átomo em dois ou mais átomos de menor peso atômico. Quando a massa total dos átomos menores é menor que a do átomo original, a diferença de massa é convertida em energia. Como Einstein nos ensinou com sua famosa equação E = mc2, uma pequena quantidade de massa se converterá em uma grande quantidade de energia. Isso ocorre por causa do enorme potencial de energia que está contido em um núcleo atômico.

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Fissão Nuclear na Natureza

A fissão nuclear ocorre naturalmente o tempo todo. Elementos pesados ​​como o urânio e o tório sofrem continuamente uma fissão lenta e espontânea que gera radioatividade e calor. Este calor aquece a crosta e o núcleo derretido do planeta. O núcleo giratório gera o campo magnético que protege toda a vida da radiação cósmica e solar mortal. Acredita-se que o calor da decomposição radioativa também impulsione as placas tectônicas.

Física Atômica Primitiva

Em 1913, o cientista dinamarquês Niels Bohr conceituou o átomo como uma espécie de sistema solar em miniatura, com elétrons orbitando um núcleo em locais definidos que ele descreveu como conchas. Quando um elétron se movia entre camadas, a radiação era emitida ou absorvida. Muitos experimentos foram realizados nas décadas de 1920 e 1930 para explorar e refinar ainda mais o modelo atômico.

Projeto Manhattan

Com a constatação de que bombardear o núcleo de um átomo pesado com partículas energéticas poderia iniciar uma reação em cadeia, a possibilidade de uma bomba tornou-se real. Os Estados Unidos iniciaram o Projeto Manhattan, culminando com o lançamento da bomba atômica nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki.

Usando a fissão nuclear para gerar energia

Embora o potencial destrutivo de uma reação de fissão fosse claro, havia aplicações mais promissoras para o futuro. Como fonte de energia, a energia nuclear era milhões de vezes mais densa do que os combustíveis convencionais. A atenção voltou-se para o projeto de reatores de fissão em escala comercial. O primeiro a ficar online foi em Shippingport, Pensilvânia, em 1957, e poderia gerar 60 MWe.

Gestão de Resíduos Nucleares

O entusiasmo pela energia nuclear viu o comissionamento de dezenas de reatores nas décadas seguintes, chegando a 107 reatores nos Estados Unidos em 1990. Embora tivesse muitas vantagens, a experiência prática na operação dessas instalações também destacou problemas sérios. Os subprodutos da fissão, particularmente os resíduos radioativos de alto nível, podem permanecer perigosos por muitos anos. Acidentes nucleares como os de Three Mile Island em 1979 e Chernobyl em 1986 demonstraram que mesmo a engenharia avançada não poderia mitigar todos os riscos envolvidos na geração de energia nuclear a partir de fontes de fissão.

Uma possível resposta para esse problema era a fusão nuclear. Em teoria, a fusão poderia gerar quantidades ainda maiores de energia do que a fissão, sem criar resíduos perigosos.

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O que é fusão nuclear?

A fusão nuclear é o oposto da fissão, pois envolve a fusão de dois ou mais átomos para formar um elemento novo e mais pesado. O átomo recém-formado conterá um pouco menos massa do que a soma dos átomos que foram usados ​​para criá-lo. A massa que falta é convertida em energia. A produção de energia da fusão é várias vezes maior do que a obtida no processo de fissão. Embora a fusão produza alguns subprodutos radioativos, eles têm vida extremamente curta em comparação com a fissão.

Fusão nuclear na natureza

O exemplo natural mais óbvio de fusão nuclear é o nosso sol. O tremendo calor e a gravidade no centro do Sol fazem com que os elementos do hidrogênio se fundam em uma série de interações complexas para formar o hélio, produzindo enormes quantidades de energia no processo. O Sol está passando por essa fusão hidrogênio-hélio há cerca de 4,5 bilhões de anos e espera-se que continue por pelo menos mais 5 bilhões antes de ficar sem hidrogênio combustível.

Esforços para alcançar a fusão nuclear

Alcançar uma reação de fusão sustentável tem sido um caminho muito mais difícil do que os esforços de fissão da década de 1940. Isso se deve a uma barreira fundamental que os engenheiros enfrentam, que é como superar a repulsão eletrostática entre os átomos e forçá-los a se fundir sem gastar mais energia do que o ganho. Na natureza, isso é conseguido em regime de temperaturas extremamente altas, da ordem de milhões de graus. Muitas décadas e bilhões de dólares foram gastos em todo o mundo, e ainda não está claro quando, se é que alguma vez, uma usina de fusão nuclear em funcionamento se tornará operacional.

O futuro da energia nuclear

Em uma era de fontes de energia neutras em carbono, a energia nuclear poderia ter um papel a desempenhar. Novos projetos de reatores de fissão podem reprocessar com eficiência os resíduos radioativos e usá-los para gerar mais energia. A fusão nuclear, entretanto, continua sendo o Santo Graal da geração de energia. Se isso puder ser alcançado, nossas preocupações com a energia acabarão.