Como Se Faz Uma Bomba Atômica

Como se faz uma bomba atmica

Existem diversas substncias qumicas que podem sofrer transformaes muito rpidas: ao serem aquecidas, ao sofrerem um choque, ou misturadas com outras, estas substncias "explodem"; o que esta exploso significa que a substncia sofre uma reao qumica incontrolvel que s acaba quando os ingredientes disponveis so totalmente consumidos.A plvora, a dinamite, a trinitroglicerina so exemplos de tais substncias; numa espoleta, a exploso iniciada pela pancada do gatilho sobre ela; j num foguete de So Joo, o calor que inicia a exploso. A grande maioria das reaes qumicas (ou a combusto) se processa lentamente e, apesar de consumir as substncias existentes, no so explosivas; o exemplo mais simples a queima de um palito de fsforo: uma vez iniciada a queima - para o que necessrio um estopim ou fsforo - a madeira toda queima,mas no de forma explosiva. A energia libertada na exploso pode ser muito grande; por exemplo, um quilo de trinitroglicerina, ao explodir, pode destruir completamente uma casa de dois andares. Uma tonelada de trinitrotolueno (TNT) que um outro tipo de explosivo, pode destruir um quarteiro. Estes explosivos tm sido usados extensivamente nas guerras desde o incio do sculo XX.No satisfeitos com isto, os cientistas desenvolveram um outro tipo de explosivo: a bomba atmica. O nome devido ao fato de que, numa bomba atmica, no ocorre uma reao qumica, mas uma reao nuclear.Como as foras nucleares so cerca de 1 milho de vezes mais fortes que as foras qumicas, as energias libertadas podem ser muito maiores, isto , com a exploso de 1 kg de material nuclear pode-se obter uma exploso equivalente a 1.000.000 kg de TNT. O material nuclear com o qual se podem fazer bombas atmicas o urnio; este o elemento mais pesado que se encontra na natureza; todos os elementos mais pesados que ele so chamados transurnicos e so instveis,no existindo na natureza, s podendo ser produzidos artificialmente. Mesmo o urnio no muito estvel; de vez em quando, espontaneamente, emite partculas alfa - isto , o urnio radioativo - o que indica que ele pode ser levado a explodir.Da mesma forma que um rearranjo dos tomos pode libertar energia, como na queima de um combustvel (madeira, gs ou petrleo, que so compostos qumicos), um rearranjo no ncleo dos tomos pode tambm libertar energia,mas em quantidades maiores do que nas reaes qumicas. Por exemplo, se um ncleo de urnio se desintegrar em dois fragmentos (o brio e o criptnio, por exemplo), uma grande quantidade de energia pode ser liberada. Se, entretanto, todos os ncleos de 1 kg de urnio se desintegrassem, a energia liberada seria mais de um milho de vezes maior do que a energia liberada na queima de 1 kg de petrleo ou carvo.O problema fazer o urnio queimar, ou seja, fazer com que todos os tomos presentes numa massa de 1 kg se desintegrem. Isto fcil de fazer com um pedao de madeira: uma vez que comece a queimar sob a ao de um fsforo, por exemplo, a reao qumica se propaga e s cessa quando todo o combustvel acaba.Com o urnio isto muito mais difcil de fazer. E possvel fazer um tomo se desintegrar "incendiando-o", como um fsforo faz com a madeira. Um bom agente para isto so feixes de partculas, que os cientistas aprenderam a fabricar a partir de 1930. Feixes de nutrons so excelentes desintegradores de tomos de urnio, atravs da reao nuclear representada na figura 1.

Fig. 1 - A desintegrao do urnio, bombardeado por nutrons, em dois fragmentos, com a produode vrios outros nutrons. Contudo a probabilidade de que um nutron acerte um ncleo de urnio muito pequena porque eles so muito pequenos. de se notar, contudo, queda desintegrao do urnio na reao acima, resultam trs nutrons. Surgiu da uma idia revolucionria, que a seguinte: se o 1 nutron produz 3 outros e se cada um deles produz outros 3, teremos uma reao em cadeia em que o nmero de desintegraes nucleares segue a sequncia:1, 3, 9, 27, 81, 243, 729, 2187, etc.progresso esta que cresce rapidamente.Na prtica, toda a massa de urnio poderia "se incendiar", como indica a figura 2.

Fig. 2 - Reao Nuclear "em cadeia": em que toda a massa de urnio se "incendeia"Leo Szilard teve, na dcada de 1930, a idia de tentar realizar na prtica uma reaoem cadeia, e isto de fato foi conseguido por Enrico Fermi pela primeira vez,em 1942.O resultado imediato da confirmao da idia de que era possvel fazer uma reao nuclear em cadeia com o urnio levou construo das primeiras bombas atmicas do tipo que foi lanado sobre Hiroshima e Nagasaki. Nestas bombas, bastou "queimar" 4 ou 5 kg de urnio (dos 20 kg que a bomba possua) para obter um efeito explosivo equivalente exploso de 20.000 toneladas de trinitroglicerina.Pela sua prpria natureza de bomba, toda a reao em cadeia ocorre rapidamente um tempo menor do que um milsimo de segundo, da mesma forma que num explosivo comum. Um tanque de gasolina tambm pode explodir, mas em geral ela usada de forma controlada, "queimando-se" a gasolina aos poucos dentro do motor.O mesmo pode ocorrer com o urnio, numa reao em cadeia;ou ele "explode", isto , "queima" rapidamente, ou ento "queima" lentamente. A quantidade total de energia produzida a mesma,mas ela se manifesta de formas diferentes. No primeiro caso a fantstica exploso nuclear, com produo de quantidades assombrosas de luz, calor e outras radiaes capazesde matar centenas de milhares de pessoas.No segundo caso,a "queima" do urnio produz basicamente calor, que aquece as barras nas quais se encontra o urnio.No o urnio que se encontra na natureza que pode explodir da maneira descrita acima; o urnio como se encontra na natureza formado por uma mistura de dois tipos de tomos: o urnio 235 na proporo de 0,7% e o urnio 238 na proporo de 99,3%. O primeiro deles bastante raro. Em 1 kg de urnio s existem 7 g de urnio 235. como se tivssemos um saco de feijo com gros de 2 tamanhos; os menores representariam o urnio 235 e os maiores, o urnio 238. Em cada 1.000 gros de feijo, 7 representariam urnio 235 e 993 representariam urnio 238. o urnio 235 que pode explodir facilmente, mas difcil obt-lo de forma pura. Para isto necessrio "enriquecer" o urnio natural, ou seja aumentar a proporo de tomos de urnio 235 na mistura. Este enriquecimento precisa elevar a proporo de tomos de urnio 235 a 80% ("enriquecimento a 80%"). Reatores nucleares,para a produo de eletricidade em geral, usam urnio enriquecido a apenas 3%. Isto pode ser conseguido atravs de processos muito caros e complicados. S alguns poucos pases dominam a tecnologia necessria para isso. possvel,porm, obter um outro explosivo nuclear que o plutnio. Ele formado por uma transformao do urnio 238 - que inerte do ponto de vista explosivo - em plutnio 239. Esta transformao ocorre num reator nuclear: colocando uma camisa de urnio natural em torno de um reator nuclear, ele aos poucos vai absorvendo nutrons e se transformando em plutnio. Desta forma possvel obter vrios quilos de plutnio por ano, usando um reator de pequeno porte. Por esta razo, bombas atmicas construdas com plutnio so denominadas "bombas atmicas dos pobres". Obtido o urnio enriquecido a 80%, ou o plutnio, possvel construir uma bomba atmica de acordo com o esquema apresentado na figura 3.

Fig.3 - Esquema de bomba atmicaO urnio ou plutnio so montados na forma de uma esfera oca no interior da qual se coloca uma fonte de nutrons ("iniciador"). A esfera de urnio envolvida por outra esfera oca de berlio que um bom "refletor" de nutron se que devolve para o centro nutrons originados no "iniciador" que conseguiram escapar. Por sua vez,este refletor coberto por umas cargas de explosivo comum (TNT), dispostas simetricamente que podem ser acionadas por detonadores alimentados por uma corrente eltrica. O TNT disposto de forma que a sua detonao dirija a fora explosiva para o centro, esmagando a esfera de urnio ou plutnio; ao ocorrer isto, ele sofre a reao em cadeia descrita acima, numa "exploso nuclear". Com 5 ou 6 kg de urnio enriquecido a 80%, ou quantidade equivalente de plutnio, possvel fazer uma bomba de poder explosivo equivalente a 10.000 toneladas de TNT, capaz de destruir uma cidade inteira. Isto o que ocorreu em Hiroshima e Nagasaki.Texto escrito pelo Dr. Jos Goldenberg e adaptado por Alberto Ricardo Prss