UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA

FISSÃO NUCLEAR

FELIPE VINICIUS HOFFMANN

GUILHERME HOBUS DE FREITAS

MARCELO QUIRINO

RENAN GODOY CAVALHEIRO

PROFESSOR ISAIR RAFFAELI

Fisica

Joinville-SC2008

SÚMARIO

INTRODUÇÃO............................................................................................................3

1. FISSÃO NUCLEAR.................................................................................................4

1.1Histórico da Fissão Nuclear...................................................................................4

1.2Reação de Fissão Nuclear.....................................................................................5

1.3 Massa Crítica........................................................................................................6

CONCLUSÃO..............................................................................................................8

REFERÊNCIAS............................................................................................................9

INTRODUÇÃO

Na fissão nuclear, um átomo de um elemento é dividido produzindo dois

átomos de menores dimensões de elementos diferentes. Os átomos de maiores

dimensões estão sujeitos à fissão espontânea com uma probabilidade muito

pequena e sujeitos à fissão induzida artificialmente com uma probabilidade bem

maior. A fissão nuclear é usada para a produção de energia, embora o lixo radioativo

seja considerado um problema, também é usada para a fabricação de bombas

nucleares, como as da II Guerra Mundial e as atuais, de países como a Coréia do

Norte

1. FISSÃO NUCLEAR

1.1 Histórico da Fissão Nuclear

Alguns anos antes da Segunda Guerra Mundial, vários grupos de

pesquisadores tentaram obter novos elementos químicos com número atômico

superior a 92, bombardeando urânio com nêutrons térmicos. De tal operação

resultaram núcleos radioativos cujo número de prótons superava (Z=92) o dos

elementos que se encontravam em estado natural. A estes elementos artificiais

chamaram-se transurânideos.

Os resultados do bombardeamento do urânio por nêutrons tiveram resultados

complicados e enigmáticos. Em 1934 Fermi e os seus colaboradores efetuaram

alguns estudos que só viriam a serem interpretados uns anos depois. Em Janeiro de

1939, os químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann, baseando-se no trabalho

da física austríaca Lise Meitner anunciaram uma sensacional descoberta de importantes

conseqüências: numa amostra de urânio irradiada por nêutrons encontraram amostras de Bário, Lantânio e

Crípton, cuja origem se encontrava na fraguementação dos núcleos de urânio. Tal descoberta permitiu concluir

que os núcleos de urânio se tinham fissionado e nos meses que se seguiram, este processo passou a ser mais bem

compreendido e chamado de fissão nuclear.

Fermi Otto HahnFritz

StrassmannLise Meitner

A primeira grande utilização da fissão nuclear ocorreu a 16 de Julho de 1945

no Novo México (USA), onde foi testada a primeira bomba atômica. Posteriormente

e após a Segunda Grande Guerra foram mobilizados esforços para promover um

processo que utilizasse a fissão nuclear para fins pacíficos. Em 1955 o submarino

norte americano “Nautilus” viajou mais de 90 000 quilômetros alimentado por uma

simples ampola de urânio do tamanho de uma bola de golfe. Depois disso e num

curto espaço de tempo, eletricidade passou a ser produzida em quantidades

comerciais por centrais nos Estados Unidos da América, Canadá e na ex União

Soviética. Rapidamente os reatores nucleares se tornaram numa fonte limpa e

barata de eletricidade capaz de responder às exigências energéticas do futuro. Mini

reatores nucleares domésticos foram também considerados como uma alternativa

ao abastecimento energético e calorífico de lares.

Atualmente cerca de 430 reatores nucleares estão ligados a rede elétrica

mundial fornecendo cerca de 16% das necessidades mundiais. A maioria desses

reatores está localizada em países industrializados. Contudo o aumento dos custos

deste meio energético bem como a segurança do mesmo tem limitado o potencial

desta forma de produção de energia.

1.2 Reação de Fissão Nuclear

Fissão Nuclear é a divisão de um átomo em

duas ou mais partes. Quanto tal ocorre uma

grande quantidade de energia é libertada. Isto

pode ocorrer de forma muito rápida, como numa

bomba atômica, ou de uma forma mais controlada

permitindo que a energia libertada seja utilizada

para fins úteis. Poucas espécies naturais são facilmente cindíveis. É o caso do

isótopos 235 e 238 do urânio e o isótopo 239 do plutônio.

Numa reação de fissão nuclear, se um nêutron penetra no núcleo de urânio, a

energia de ligação dos núcleos que se liberta (7 MeV, aproximadamente) é

suficiente para provocar no núcleo de urânio grandes oscilações. O núcleo passa a

ter a forma de um haltere, com dois pólos de carga idêntica. A força de repulsão

quebra-o e os fragmentos produzidos arrastam uma parte dos elétrons do córtice,

formando-se dois átomos de peso médio, normalmente com uma relação de 2:3.

Dado que a força de ligação dos núcleos muito pesados é menor que a dos

intermédios (aos quais pertencem o bário e o crípton), esta diferença de energia de

ligação liberta-se durante a fissão nuclear.

O valor desta enorme energia liberta-se na forma de radiação gama (7 MeV) e

outra parte encontra-se associada aos produtos de fissão, geralmente radioativos, e

liberta-se pouco a pouco durante a desintegração destes produtos (13 MeV).

Contudo, a maior parte desta energia encontra-se sob a forma de energia

cinética dos produtos de fissão (165 MeV). Estes fragmentos incidem no material

circundante e transformam esta energia em energia térmica que pode ser

aproveitada nos reatores nucleares.

A possibilidade de produção de energia, em quantidades antes inimagináveis,

levou muitos cientistas a trabalhar com a fissão do urânio e, a partir desses

trabalhos foram realizadas duas novas descobertas: a fissão só ocorre com o

isótopo 235 do urânio e para que a reação ocorra em cadeia libertando uma grande

quantidade de energia num intervalo de tempo muito pequeno, é necessária uma

quantidade mínima de material fissionável, denominado por massa crítica.

Para começar uma reação de fissão nuclear é necessário bombardear o núcleo

do átomo a cindir com nêutrons. Isto causa a quebra do núcleo originando entre

outros produtos, dois ou três nêutrons isolados que por sua vez podem provocar a

fissão de outros núcleos realizando assim uma intensa reação em cadeia. Tudo isto

é acompanhado de uma grande libertação de energia em forma de radiação ou

calor. Os fragmentos da quebra do átomo são diferentes elementos químicos (Iodo-

131, Estrôncio-90, Cádmio-137), todos eles altamente radioativos.

Não se pense, contudo que a fissão apenas tem lugar pela absorção de

nêutrons. Pode ocorrer também devido à radiação de ondas-partículas aceleradas,

prótons, partículas alfa, quantum-gama, etc.

1.3 Massa Crítica

Se a perda de nêutrons pelos dois primeiros processos é menor que o excesso

produzido pelo terceiro, então a reação em

cadeia ocorre; caso contrário não. Isto é

muitas vezes expresso numericamente como o

fator de multiplicação do nêutron, k, onde: k = f – l

onde o f é o número médio de nêutrons que

suportam o processo de fissão e l representa o somatório de nêutrons perdidos no

mecanismo de dispersão (1,2,3..).

Qualquer um dos processos de perca pode possuir uma alta probabilidade de

ocorrência num arranjo onde os nêutrons criados por fissão serão insuficientes para

manter a reação ativa.

Se o número de nêutrons responsáveis pela fissão diminuir no tempo, a reação

toma o nome de subcrítica se o número se manter constante no tempo a reação é

chamada crítica e se aumentar no tempo a reação é supercrítica. Estes conceitos

podem ser representados por um coeficiente Keff, onde Keff é o número de nêutrons

de uma geração a dividir pelo número de nêutrons da geração anterior.

A massa crítica de um dispositivo contendo um elemento facilmente cindível é

definida como a necessária para a produção de nêutrons por fissão em número igual

aos perdidos por captação por material não fundível. Por outras palavras, se a

massa for menor que a massa crítica, não haverá continuação da reação em cadeia.

Para o urânio-235, a massa crítica é de aproximadamente 3,25 Kg.

CONCLUSÃO

A fissão nuclear é, sem dúvida, o futuro das energias, atualmente cada vez

mais projetos são desenvolvidos pelos países de forma a apostar nesta energia, e

os que já produzem apostam cada vez mais nesta forma de energia rentável.

É uma energia com inúmeras vantagens, tanto a nível energético, como

ambiental e econômico, mas como contrapeso as suas desvantagens são

pesadas para qualquer país, os acidentes afetam sempre em grande escala a

população, durante anos irão prejudicar e pôr em causa vidas das gerações

presentes e vindouras, é um fardo demasiado grande para qualquer país.

A radioatividade, descoberta em 1896, tem inúmeras utilidades, estas cada

vez mais utilizadas a larga escala no nosso planeta. Um dos grandes medos, a

nível mundial, é que a energia nuclear seja utilizada para fins bélicos, como em

Hiroshima, causando assim danos irreversíveis, e que explode, a nível mundial

uma guerra nuclear.

Concluí-se que a fissão nuclear poderá ser uma possibilidade a por em uso,

mas o país que o fizer, tem de estar disposto desde então, a carregar o pesado

fardo em caso de acidente, tal como a população desse país, caso aprove a sua

utilização.

REFERÊNCIAS

Energias nuclear e fissão nucleasr. Disponível em: <http://www.efeitojoul

e.com/2008/12/energia-nuclear-fissao-energia-nuclear.html>. Acesso em: 30 nov

2009.

Fissão Nuclear, Disponível em: <www.fisica.net/nuclear/fissao_nu clear.pdf>.

Acesso em: 1 dez. 2009.

SCHECHTER, Hélio; BERTULANI, Carlos A.. Introdução a física Nuclear.

Rio de janeiro, UFRJ, 2007.

Fissão Nuclear, Disponível em: < http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa

/fissao-e-fusao-nuclear/fissao-nuclear.php>. Acesso em: 1 dez. 2009.