Histórico
Em 1905, foi publicado um artigo de Albert Einstein (1879-1955) na revista científica Annale
der Physik, anteriormente a sua teoria da relatividade, um breve texto intitulado “É a inércia de um
corpo dependente de seu teor energético”,49 onde o cientista chega a sua célebre teoria E = m . c²
Onde o teor energético (E) de um corpo é igual a sua massa (m) vezes o quadrado da velocidade da luz (c= 300 000 km /s). Sobre tal conclusão, Einstein escreveu:
“a massa de um corpo é um padrão para seu teor energético. Alterando-se a energia, altera- se a massa no mesmo sentido. […] Não é de se excluir que uma demonstração seja bem- sucedida em corpos cujo teor energético é amplamente variável […]. Se a teoria corresponde aos fatos, a radiação transmite inércia entre o corpo eminente e o corpo absorvente”. (EINSTEIN, 1905.)
48 Rafael Alexandrino Malafaia é graduando do curso Licenciatura em Letras: Habilitação em Língua Alemã, da
Universidade Federal do Pará – UFPA ; [email protected].
138 Sendo assim, o experimento bem-sucedido do físico e químico Otto Hahn50 (1879-1968) e do
químico Fritz Straßmann (1902-1980) revelou-se uma das mais brilhantes confirmações de tal teoria einsteniana. De tal maneira e pelos inúmeros estudos sobre a estrutura dos núcleos atômicos e seu teor energético, a classe pesquisadora teve imediata ciência que a fissão do urânio tinha o poder de liberar imensa quantidade de energia, a chave para a obtenção da energia atômica enfim fora encontrada.
Apesar de sua caracterização ímpar para o progresso da ciência, modificando muito da concepção de ciência que temos hoje, o que torna a descoberta da fissão nuclear, em dezembro de 1938, realizada por Hahn e Straßmann, comum frente a outras foi que suas vinculações científicas, teóricas e econômicas por muito foram enigmáticas e inquietantes para o público de fora do meio científico.
O que conhecemos hoje como Fissão Nuclear foi descoberta como resultado contrário do que os cientistas da época suspeitavam – a formação de transurânios51 maiores e mais pesados. Tal acontecimento não passou desapercebido pela comunidade científica da época, gerando ideias e debates que tomaram uma notável importância política – nada semelhante havia acontecido até então em tal meio.
A compreensão do núcleo atômico teve diversos passos, sendo que o mais importante foi a descoberta das cargas positivas e negativas a partir dos bombardeios dos átomos com partículas alfa, experimento realizado em 1937, pelo físico e químico neozelandês Ernest Rutherford,52 também interessado pelas radiações emitidas pelas substâncias radiativas, as classificou em radiações alfa e beta,53 possibilitando a identificação dos prótons no núcleo atômico e, enfim, a famosa concepção do átomo em cuja camada externa giram elétrons carregados negativamente.
Já o último passo de tal compreensão do núcleo atômico ocorreu em 1932 pelo inglês Sir James Chadwick,54 colaborador de Rutherford, que provou haver outra partícula no núcleo atômico além dos prótons, o nêutron, que não possui carga elétrica, mas possui o mesmo peso de um próton. Após tal descoberta, já em 1934, o físico italiano Enrico Fermi utilizou estes nêutrons para bombardear elementos como o urânio, pretendendo produzir um já citado transurânio, até acreditando a priori que conseguira. No mesmo ano, Hahn trabalhara no Kaiser-Wilhelm Institut für Chemie, em Berlim, tendo como colaboradora a física austríaca de ascendência judia Ilse Meitner (1878-1968) e, já neste
50 Nobel de Química de 1944, pela descoberta da fissão do átomo de urânio.
51 Transurânios são elementos químicos artificiais com número atômico maior do que 92, o número atômico do
urânio, vindo após este na Tabela Periódica. Alguns deles são o plutônio (94), o cúrio (96), o einstênio (99), o férmio (100), o mendelévio (101), o nobélio (102), o rutherfórdio (104), o meitnério (109) e o copernício (112).
52 Ernest Rutherford (1871-1937), considerado “Pai da Física Nuclear” e Nobel de Química de 1908, por suas
investigações sobre a desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas.
53 As radiações gama foram descobertas pelo físico e químico francês Paul Ulrich Villard (1860-1934). 54 Sir James Chadwick (1891-1974), Nobel de Física de 1935, pela comprovação da existência do nêutron.
139 período, tais transurânios já eram sensações no meio científico, com diversas publicações tratando sobre o assunto.
Logo Hahn e Meitner, e logo depois junto a Straßmann, debruçaram-se com afinco sobre os trabalhos de Fermi, primeiro cheios de dúvidas e logo convencidos que o italiano estava certo, por quatro anos, realizando diversos testes de irradiação, sendo que, durante estes, acreditaram ter produzido não somente o elemento 93, mas inclusive os três seguintes.55 A certeza viria em 1938 – os falsos transurânios haviam feito troça tanto do então Nobel de Física do ano, Enrico Fermi,56 quanto de Hahn e seus escudeiros. Entretanto, na análise posterior da verificação dos resultados do italiano, chegou-se à descoberta da fissão nuclear do urânio com auxílio de elétrons, abrindo um novo capítulo da história da ciência. Os dois cientistas alemães repetiram seus experimentos inúmeras vezes, sempre deixando Meitner – agora na Suécia, uma vez que abandonara seu país após ocupação alemã em idos do mesmo ano – a par de todos resultados de forma detalhada.
Meitner e seu sobrinho com quem discutira bastante sobre tais relatos, o também físico Otto Frisch,57 reconheceram que Hahn e Straßmann realmente haviam conseguido estourar o núcleo atômico do urânio, como Hahn havia formulado. Como resultado, surgiram dois núcleos menores, o bário e o criptônio.58 Meitner informou imediatamente o físico dinamarquês Niels Bohr, 59 que levou a notícia em primeira mão aos Estados Unidos, onde iria trabalhar no famigerado Projeto Manhattan.
A descoberta de Hahn e Straßmann foi publicada em 6 de janeiro de 1939, no periódico Die
Naturwissenchat, com o título “Sobre a identificação e o comportamento dos metais alcalino-terrosos
na irradiação do urânio com nêutrons”.60 Dez dias depois, Metiner e Frisch enviaram artigos de cunho físico-químico sobre tal descoberta a revista inglesa Nature, sendo que nelas, Frisch utilizou pela primeira vez o termo fissão.
Processo cientifico
A fissão nuclear ocorre quando um núcleo de número de massa grande é dividido em dois fragmentos de números de massa comparáveis. Os núcleos com número de massa grande estão sujeitos à fissão espontânea com uma probabilidade muito pequena e sujeitos à fissão induzida
55 Elemento 94, o Plutônio (Pu); elemento 95, o Amerício (Am); elemento 96, o Cúrio (Cm).
56 Nobel de Física de 1938, pela comprovação da existência de elementos radioativos produzidos pela irradiação
de nêutrons.
57 Otto Robert Frisch (1904-1979), projetista do primeiro mecanismo teórico da bomba atômica, junto com o
alemão – e também físico – Rudolf Peierls (1907-1995).
58 O Bário (Ba) tem número atômico 56 e o Criptônio (Kr) tem número atômico 36.
59 Niels Henrik David Bohr (1885-1962), Nobel de Física de 1922, pela pesquisa da estrutura dos átomos e da
radiação emanada pelos mesmos, e também pioneiro da Mecânica Quântica.
60 O título original do artigo é Über das Zerplatzen des Urankernes durch langsame Neutronen, publicado em 6
140 artificialmente com uma probabilidade bem maior. A fissão de um núcleo pode acontecer quando este é energizado com uma energia de pelo menos 4 a 6 MeV61 ou bombardeado com nêutrons, desde que um desses seja capturado pelo núcleo e que a soma da energia cinética com a energia de ligação ao núcleo seja maior do que o limiar de energia para a fissão.
O processo de fissão vem acompanhado de liberação de energia, pois a energia de ligação por núcleon62 é menor no núcleo que se fissiona do que nos núcleos que se formam dos fragmentos. Na realidade, a energia total liberada na reação é maior porque os núcleos resultantes são instáveis e decaem, posteriormente, por emissão de elétrons, neutrinos e raios. Assim, a energia liberada na fissão de um núcleo de urânio chega a ser de aproximadamente γ 200 MeV e aparece como energia cinética nos fragmentos principais e nos nêutrons, elétrons e neutrinos liberados e também como a energia do campo eletromagnético que constitui os raios γ.
61sigla para a medida de energia conhecida como mega elétrons-volt, que equivale a 1 milhão de elétrons-volt,
ou 10^6 elétrons-volt. O elétron-volt (sigla eV) é a quantidade de energia cinética ganha por um único elétron quando acelerado por uma diferença de potencial elétrico de um volt, no vácuo. Um elétron-volt equivale a 1,602177 33 x 10-19 joules.
141 A fissão de um núcleo de urânio 235 produz diferentes pares de núcleos e, entre os produtos, existem nêutrons que poderiam originar novas fissões e ocasionar uma reação em cadeia. Entretanto, esses nêutrons têm energias cinéticas de aproximadamente 1 MeV e um nêutron, para poder iniciar uma reação de fissão, deve ser um nêutron térmico, isto é, deve ter uma energia cinética muito pequena, de aproximadamente 0,03 MeV. Desse modo, a probabilidade de que os nêutrons que fazem parte dos produtos de uma reação de fissão iniciem novas reações de fissão é muito pequena e, por isso, eles não podem manter uma reação em cadeia de forma efetiva. Nos reatores nucleares, existem substâncias conhecidas como moderadoras, cuja função é reduzir a energia cinética dos nêutrons resultantes das reações de fissão até o ponto de torná-los térmicos, sem absorvê-los. Desse modo, os nêutrons podem sustentar uma reação em cadeia.