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Como funciona a bomba atômica?

Por| Editado por Patricia Gnipper | 20 de Julho de 2023 às 12h22

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Departamento de Energia dos Estados Unidos
Departamento de Energia dos Estados Unidos

Bombas atômicas, também conhecidas como bombas nucleares, são dispositivos que usam a energia liberada pela separação dos núcleos atômicos de um determinado elemento para dar início a uma reação em cadeia. A detonação desse processo atinge os átomos vizinhos e libera cada vez mais energia, até tornar-se uma explosão de destruição em massa.

Diferença entre uma explosão de fissão e fusão nuclear

Existem dois tipos de processos usados para gerar uma explosão nuclear: a fissão e a fusão de núcleos atômicos. As primeiras bombas, como aquelas usadas pelos Estados Unidos contra o Japão Segunda Guerra Mundial (1939 - 1945), utilizavam a técnica de fissão nuclear. Contudo, após a guerra, surgiram os dispositivos de fusão, muito mais poderosos.

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O resultado de ambos os métodos é uma explosão devastadora com a famosa nuvem de cogumelo e uma onda de choque que pode percorrer grandes distâncias. A principal diferença entre as duas é que a explosão que usa o método de fusão nuclear pode ser milhares de vezes mais potente do que suas “irmãs” de fissão.

Como funciona a bomba atômica de fissão?

O princípio físico que possibilita o uso da energia contida em um núcleo atômico foi expresso por Albert Einstein com a fórmula E=mc². A equação implica que a massa de uma partícula e sua energia potencial são equivalentes, como dois lados de uma mesma moeda. Em outras palavras, podemos obter energia a partir da matéria.

Núcleos atômicos são formados por prótons, que têm carga positiva, e nêutrons, que não possuem carga elétrica. Essas partículas estão unidas pela força nuclear, que hoje recebe o nome de força forte, tão poderosa que consegue manter unidos os prótons, os quais, por terem a mesma carga elétrica, deveriam se repelir.

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A força forte é intermediada pelos glúons, que atuam como uma espécie de “cola” para manter o núcleo atômico unido. Entretanto, tais partículas intermediadoras existem enquanto a interação está acontecendo. Se algo ainda mais forte separar os prótons, a energia contida nos glúons para mantê-los unidos é liberada.

Isso pode acontecer quando um núcleo atômico é bombardeado por um nêutron com força o suficiente para romper a força forte e separar as partículas. Este núcleo se divide em dois, liberando uma determinada quantidade energia e emite dois nêutrons, que são arremessados com força para atingir outros átomos vizinhos.

Quando essa reação em cadeia de acontece dentro de um dispositivo montado para funcionar como uma bomba, mais e mais energia é criada e mais nêutrons são produzidos, e assim por diante. Essa reação acontece quando existe a massa crítica, nome da quantidade mínima do material físsil necessário para obter esse efeito dominó e de modo autossustentável.

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O material usado para isso é o urânio, o elemento mais pesado e instável encontrado na natureza. No entanto, é preciso utilizar o urânio-235, um isótopo que é capaz de sustentar a reação em cadeia e liberar a energia de uma explosão altamente destrutiva.

Como funciona a bomba termonuclear?

As bombas de fusão nuclear são, na verdade, a combinação das técnicas da fusão e da fissão. Para a primeira delas, os cientistas fundem dois átomos de um elemento, o hidrogênio — é daí que vem o nome alternativo bomba de hidrogênio. A fusão desse elemento é a mais simples e ocorre o tempo todo no interior das estrelas.

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Como a fusão nuclear fornece energia para o Sol e outras estrelas no universo se manterem por bilhões de anos, os cientistas concluíram que também poderiam fazer algo parecido em laboratórios. Se quatro prótons forem unidos, eles formam um núcleo de hélio e liberam energia no processo.

A energia é liberada porque, quando dois núcleos leves se fundem, a massa do novo núcleo produzido vai ser sempre menor que a soma das massas dos núcleos iniciais. Segundo a equação de Einstein, E=mc², a massa perdida é convertida em energia. É isso o que ocorre durante uma explosão termonuclear.

Então, os cientistas usaram o deutério, isótopo pesado do hidrogênio cujo núcleo tem um próton e um nêutron, sendo considerado mais fácil para a fusão. O processo gera um átomo de hélio, mas também libera um percentual da massa dos átomos de deutério na forma de energia.

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Para iniciar essa reação, é preciso uma grande quantidade de energia inicial. Para isso, os cientistas usaram o processo de fissão descrito anteriormente para criar um disparador que inicia a reação de fusão, como se fosse um gatilho. Em outras versões da bomba termonuclear, foi adicionado também o urânio-235, para que os nêutrons libertos pela fusão causassem ainda uma explosão por fissão nuclear.

Efeitos das bombas atômicas

A primeira explosão nuclear aconteceu durante o Trinity Test, realizado pelos Estados Unidos, em 16 de julho de 1945, sob o comando do físico Julius Robert Oppenheimer, conhecido como o "pai da bomba atômica". A energia gerada foi de 20 quilotons e produziu uma onda de choque sentida a 160 km de distância, além de uma nuvem em formato de cogumelo com 12,1 km de altura.

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Quase dez anos depois, os Estados Unidos detonaram a Castle Bravo, a maior bomba termonuclear testada pelo país, produzindo uma explosão de 15 megatons (15 mil de toneladas de TNT). Sua nuvem de cogumelo alcançou 40 km de altura e 100 km de diâmetro, e suas cinzas radioativas foram sopradas por um vento em direção à Índia, Austrália, Europa, Japão, Estados Unidos e quase todas as ilhas da Oceania.

A maior arma nuclear já detonada pelo homem

Castle Bravo foi superada apenas pelas bombas soviéticas Teste 219, de 24,4 megatons (mais de 24 mil toneladas de TNT), e a Tsar, de 50 megatons (50 mil toneladas de TNT). Esta última foi a maior arma nuclear já produzida e detonada pelo homem.

A Tsar gerou calor que poderia causar queimaduras de 3º grau em pessoas dentro de um raio de 100 km de distância, e sua nuvem de cogumelo chegou a 60 km de altura. A energia gerada pela bomba Tsar é equivalente a cerca de 1% da energia que o Sol libera durante a mesma fração de segundo que durou a explosão da bomba.

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As bombas detonadas nas cidades japonesas de Nagasaki e Hiroshima, lançadas pelos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial, foram as únicas bombas nucleares usadas contra alvos reais. Os testes que vieram após a guerra foram uma demonstração de forças entre EUA e União Soviética, naquilo que ficou conhecido como Guerra Fria.