Uma reação de fissão nuclear ocorre quando os átomos de um elemento instável são bombardeados com nêutrons, dividindo o núcleo de cada átomo em partes menores. Se a divisão de cada núcleo libera vários nêutrons de alta velocidade que podem então dividir mais núcleos do elemento, ocorre uma reação em cadeia. Conforme os nêutrons extras dividem mais núcleos, mais energia é liberada e a reação em cadeia pode resultar em uma explosão como a de uma bomba nuclear. Se a reação em cadeia for controlada pela remoção de alguns dos nêutrons extras, a energia ainda será liberada na forma de calor, mas uma explosão pode ser evitada. A reação em cadeia nuclear é um dos três tipos de reações nucleares que têm características diferentes e podem ser usadas de maneiras diferentes.
TL; DR (muito longo; Não li)
Uma reação em cadeia nuclear é uma reação de fissão que libera nêutrons extras. Os nêutrons dividem átomos adicionais liberando ainda mais nêutrons. À medida que o número de nêutrons emitidos e o número de átomos divididos aumenta exponencialmente, pode ocorrer uma explosão nuclear.
Os três tipos de reações nucleares
O núcleo de um átomo armazena uma grande quantidade de energia que pode servir a propósitos úteis. Os três tipos de reações nucleares que usam energia nuclear são radiação, fissão e fusão. Máquinas de raios-X médicas e industriais usam radiação de elementos radioativos para criar imagens do corpo ou em materiais de teste. As usinas e armas nucleares usam a fissão nuclear para produzir energia. A fusão nuclear alimenta o Sol, mas os cientistas não foram capazes de criar uma reação de fusão nuclear de longo prazo na Terra, embora os esforços continuem. Destes três tipos de reações nucleares, apenas a fissão pode criar uma reação em cadeia.
Como uma reação em cadeia nuclear começa
A chave para uma reação em cadeia nuclear é garantir que a reação gere nêutrons extras e que os nêutrons dividam mais átomos. Como o elemento urânio-235 produz vários nêutrons para cada átomo dividido, esse isótopo de urânio é usado em reatores de energia nuclear e em armas nucleares.
A forma e a massa do urânio influenciam se uma reação em cadeia pode ocorrer. Se a massa de urânio for muito pequena, muitos nêutrons serão emitidos fora do urânio e serão perdidos na reação. Se o urânio tiver o formato incorreto, por exemplo, uma folha plana, muitos nêutrons também serão perdidos. A forma ideal é uma massa sólida grande o suficiente para iniciar a reação em cadeia. Nesse caso, os nêutrons extras atingem outros átomos, e o efeito de multiplicação leva à reação em cadeia.
Controlar ou interromper uma reação em cadeia nuclear
A única maneira de controlar ou interromper uma reação em cadeia nuclear é impedir que os nêutrons dividam mais átomos. Hastes de controle feitas de um elemento que absorve nêutrons, como o boro, reduzem o número de nêutrons livres e os retiram da reação. Este método é usado para controlar a quantidade de energia produzida por um reator e para garantir que a reação nuclear permaneça sob controle.
Em uma usina nuclear, as hastes de controle são levantadas e abaixadas no combustível de urânio. Quando totalmente abaixadas, todas as hastes são cercadas por combustível e absorvem a maior parte dos nêutrons. Nesse caso, a reação em cadeia para. À medida que as hastes são levantadas, menos de cada haste absorve nêutrons e a reação em cadeia acelera. Desta forma, os operadores da usina nuclear podem controlar e interromper a reação em cadeia nuclear.
Problemas com reações em cadeia nuclear
Embora as reações em cadeia nuclear em usinas de energia ao redor do mundo forneçam quantidades substanciais de energia elétrica, as usinas nucleares têm dois problemas principais. Em primeiro lugar, sempre existe o risco de que o sistema de controle baseado em hastes de controle não funcione devido a falhas técnicas, erro humano ou sabotagem. Nesse caso, pode haver uma explosão ou liberação de radiação. Em segundo lugar, o combustível usado é altamente radioativo e deve ser armazenado com segurança por milhares de anos. Este problema ainda não foi resolvido e o combustível usado permanece em várias usinas nucleares na maioria dos casos. Como resultado, os usos práticos das reações em cadeia nuclear diminuíram em muitos países, inclusive nos Estados Unidos.