Reações nucleares

            Recebem o nome de reações nucleares aquelas interações que ocorrem entre partículas nucleares e núcleos atômicos sem que varie o número total de prótons e nêutrons. A energia nuclear é aquela que se libera em conseqüência de uma reação nuclear. As mais importantes, do ponto de vista da produção de energia, são a fissão e a fusão nuclear.

Fissão nuclear

            Recebe o nome de fissão a reação nuclear entre um nêutron e um núcleo atômico pesado, como o urânio, em que este se divide em dois núcleos menores, chamados produtos de fissão. Simultaneamente são liberados novos nêutrons e grande quantidade de energia na forma de calor, que pode ser transformada em outros tipos de energia, como a elétrica. Os nêutrons liberados na fissão podem atuar sobre outros núcleos, produzindo novas rupturas, originando-se assim um processo conhecido como reação em cadeia. Uma aplicação, não pacífica, de uma reação em cadeia que se produz em um tempo muito curto é a bomba atômica. A grande quantidade de energia liberada teve efeitos devastadores nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki, em 1945, onde foram lançadas duas bombas atômicas, uma em cada cidade.

Fusão nuclear

É a reação nuclear que acontece ao se unirem (fundirem) átomos leves. O deutério e o trítio são os elementos utilizados nas experiências de fusão. Obtém-se um átomo de hélio, um nêutron e grande quantidade de energia. Ela não é utilizada em larga escala porque sua tecnologia ainda apresenta problemas de difícil solução. 

Centrais nucleares

            Em uma central nuclear, como em uma central térmica, a energia térmica de um combustível se transforma em mecânica e esta, em elétrica. O calor produzido vaporiza a água. O vapor passa por uma turbina que aciona um alternador, produzindo energia elétrica.

Nas centrais nucleares, o calor provém da reação em cadeia que ocorre no reator nuclear, que utiliza o urânio como material combustível.

O reator fica no interior de um vaso de contenção. Para controlar as reações nucleares na maioria dos reatores, as barras de combustível ficam rodeadas de materiais moderadores e barras de controle que reduzem a velocidade excessiva dos nêutrons ou absorvem um certo número deles.

A energia nuclear

            Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura, implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma partícula.

            A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a energia nuclear, sendo essa de magnitude extraordinária, sendo usada de formas diversas pelo homem, desde bombas nucleares à aplicação na medicina.

Geração de Energia Nuclear

            A geração de energia nuclear é altamente dependente da temperatura do meio, e a seção de choque das reações depende da energia, porque as reações são ressonantes com os níveis de energia do núcleo composto. Desta forma, não se pode escrever uma simples expressão entre a produção de energia nuclear, , com a temperatura e a densidade. Entretanto, em alguns intervalos de energia, e para fins didáticos, pode-se escrever:

onde e são expoentes determinados pelo tipo de reação dominante. Por exemplo, para estrelas com massa inferior à massa do Sol, o processo principal para a conversão de hidrogênio em hélio é o ciclo p-p. Para estrelas mais massivas do que o Sol, o processo dominante é o ciclo CNO, em que o carbono, nitrogênio e oxigênio fazem o papel de catalistas da conversão. Estas reações ocorrem a temperaturas de alguns milhões de graus, e densidades entre 1 e 100 . Nestes casos, as taxas de reações nucleares são tais que n=1 e m=4 para o ciclo p-p, e n=1, m=15 para o ciclo CNO. Após a transformação de hidrogênio em hélio, o núcleo se condensa e esquenta, e a temperaturas acima de  K, efetivamente combina três núcleos de hélio em um núcleo de , com n=2 e m=40.

FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)