'Flash' e radiação: a reação em cadeia que faz a bomba nuclear tão potente

As bombas nucleares —popularmente conhecidas por bombas atômicas— estão entre os objetos mais destrutivos criados pelos seres humanos. Não à toa, elas despertam um misto de fascínio e, claro, de medo.

Mas como uma bomba do tipo funciona? Por que ela consegue ser tão mais potente do que um explosivo convencional? E por que esse tipo de armamento continua sendo perigoso mesmo após sua explosão?

Antes de qualquer coisa, é preciso entender a definição de explosão: grosso modo, explosões são eventos nos quais há um aumento súbito de volume e uma grande liberação de energia. Eventos que normalmente geram altas temperaturas e liberam gases.

No caso de explosivos químicos, mais comuns, o que ocorre é que um elemento externo —calor, por exemplo— provoca a quebra da ligação das moléculas que compõem o material explosivo, criando uma reação em cadeia que libera energia e têm as consequências citadas acima.

A diferença para uma explosão nuclear é que, em vez do rompimento de ligações moleculares, o que ocorre é a quebra do núcleo dos átomos de um determinado elemento, a chamada fissão nuclear. Ao explodir, uma bomba do tipo libera um "flash" de raios gama e nêutrons.

Quando essa quebra ocorre, a emissão de nêutrons faz com que outros núcleos se quebrem e assim por diante. A geração de energia dessa reação nuclear é muito maior do que a decorrente da quebra de ligações moleculares de uma explosão convencional.

Mas para que haja essa reação, é necessária uma grande concentração dos chamados átomos físseis, de maneira que os nêutrons emitidos pela fissão inicial tenham mais "alvos" (outros núcleos) para atingir, e assim sucessivamente. Essa é a chamada massa crítica, expressão que se refere à quantidade necessária de material para que uma reação nuclear em cadeia seja autossustentável, sem precisar de estímulos externos.

Por que as bombas nucleares espalham radiação?

Bombas nucleares liberam sua energia de várias formas, sendo que parte dela se transforma em calor e outra menor parte, em radiação.

O "flash" que libera raios gama e nêutrons, o que já é problemático por si só. A situação piora porque, em decorrência da fissão de elementos como o urânio e o plutônio, há a criação de subprodutos e partículas altamente radioativas. Com o tempo, esses elementos e partículas radioativas se depositam no solo, onde pode causar risco por muitos e muitos anos.

Bombas nucleares podem usar diferentes materiais em sua produção, sendo que alguns isótopos —variações dos átomos de um elemento químico— de urânio e plutônio são os mais comuns.

Para que uma bomba nuclear "convencional" seja detonada, há dois mecanismos principais. Um deles, por implosão— usado, por exemplo, na bomba de plutônio que dizimou a cidade japonesa de Nagasaki em 1945— consiste em cercar partes do material físsil por explosivos que, quando detonados, acabam comprimindo o material em questão até que ele atinja sua massa crítica e a reação tenha início.

Outro método, usado na bomba detonada sobre Hiroshima, também no Japão em 1945, envolve o disparo de um projétil de urânio sobre uma porção do material, de maneira a criar a massa crítica e a constante reação.

O que significa "enriquecer urânio"?

Elementos químicos têm os chamados isótopos, que são átomos com variações no número de nêutrons em seus núcleos. Tomando o urânio como exemplo, esse elemento tem número atômico 92, o que significa que seu núcleo é composto por 92 prótons e orbitado por 92 elétrons.

A questão é que, além dos prótons, o núcleo do urânio possui muitos nêutrons: o isótopo mais comum, o urânio-238, tem 146 nêutrons em seu núcleo. Não à toa, ele é o elemento químico mais pesado que existe na natureza.

O problema é que o isótopo urânio-238 não é o mais físsil desse elemento: esse título pertence ao urânio-235, cujo núcleo tem 92 prótons e 143 nêutrons. E dentre os átomos de uma "porção" de urânio, apenas 0,7% dos isótopos serão de urânio-235.

A solução para isso é o enriquecimento, que consiste em centrifugar o gás hexafluoreto de urânio (UF6), para que o isótopo urânio-235, por ter massa menor, acabe sendo separado do isótopo urânio-238. Com isso, é possível extrair amostras do elemento com alta concentração do seu isótopo mais físsil —o que é um passo determinante para a construção de armamentos nucleares.

O que é uma bomba de fusão?

Ao contrário do que muita gente pensa, há um tipo de bomba ainda mais forte do que as bombas de fissão nuclear. As chamadas bombas termonucleares, ou bombas de hidrogênio, funcionam no sentido oposto das de fissão: ao invés de quebrar o núcleo de um átomo, a energia liberada vem da fusão de dois átomos para a criação de um novo elemento.

As bombas de fusão usam a mesma reação vista no Sol, que é a união de dois átomos de hidrogênio —um com um próton e um nêutron no seu núcleo e outro com um próton e dois nêutrons no seu núcleo—, formando um átomo mais pesado, no caso o hélio.

Por ser um tipo de reação que depende de um grande "incentivo" para ter início, as bombas termonucleares utilizam como "gatilho" dispositivos de fissão nuclear. A mais forte do tipo já testada até hoje, a chamada Tsar Bomba, tinha 50 megatons, 2,5 mil vezes mais forte do que a detonada sobre Nagazaki, de 20 kilotons. Em seu único teste, a nuvem após a explosão superou os 60 km de altitude.

Vale ressaltar que, na detonação de teste em 1961, a bomba estava em uma configuração mais "branda": estima-se que, se fosse usado urânio ao invés de chumbo em uma de suas estruturas internas, o poder da explosão poderia ser próximo do dobro alcançado nesse teste.

Fonte: Frederico Genezini, pesquisador da Comissão Nacional de Energia Nuclear (IPEN/CNEN)