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 dos núcleos do elemento, ocorre uma reação em cadeia. À medida que 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 é controlada pela remoção de alguns dos nêutrons extras, a energia ainda é 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 (tempo demais; não lidos)
reação em cadeia 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, uma explosão nuclear pode resultar.
Os Três Tipos de Reações Nucleares
O núcleo de um átomo armazena muita energia que pode servir para fins úteis. Os três tipos de reações nucleares que usam energia nuclear são radiação, fissão e fusão. As máquinas médicas e industriais de raios-X usam radiação de elementos radioativos para criar imagens do corpo ou para testar materiais. Usinas e armas nucleares usam a fissão nuclear para produzir energia. A fusão nuclear potencializa o sol, mas os cientistas não conseguiram criar uma reação de fusão nuclear a longo prazo na Terra, embora os esforços continuem. Destes três tipos de reações nucleares, somente 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 dividem mais átomos. Como o elemento urânio-235 produz vários nêutrons para cada átomo dividido, esse isótopo de urânio é usado em reatores nucleares e em armas nucleares.
A forma e a massa do urânio influenciam se uma reação em cadeia pode ocorrer . Se a massa de urânio é muito pequena, muitos dos nêutrons são emitidos fora do urânio e perdidos para a reação. Se o urânio é da forma errada, por exemplo, uma folha plana, muitos nêutrons são perdidos também. A forma ideal é uma massa sólida grande o suficiente para iniciar a reação em cadeia. Nesse caso, os nêutrons extras acertam outros átomos e o efeito de multiplicação leva à reação em cadeia.
Controlando ou interrompendo uma reação em cadeia nuclear
A única maneira de controlar ou parar uma cadeia nuclear A reação é impedir que os nêutrons partam mais átomos. Varetas de controle feitas de um elemento absorvente de nêutrons, como o boro, reduzem o número de nêutrons livres e os eliminam da reação. Este método é usado para controlar a quantidade de energia produzida por um reator e para assegurar que a reação nuclear permaneça sob controle.
Em uma usina nuclear, as barras de controle são levantadas e abaixadas no combustível de urânio. Quando totalmente abaixadas, todas as hastes são cercadas por combustível e absorvem a maioria dos nêutrons. Nesse caso, a reação em cadeia é interrompida. Conforme 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 nuclear em cadeia.
Problemas com reações em cadeia nuclear
Embora as reações em cadeia nuclear em usinas de energia em todo o mundo forneçam quantidades substanciais de energia nuclear. energia elétrica, usinas nucleares têm dois problemas principais. Primeiro, há sempre o risco de que o sistema de controle baseado em hastes de controle não funcione devido a falhas técnicas, erros humanos 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 está resolvido e o combustível usado permanece em várias usinas nucleares na maioria dos casos. Como resultado, usos práticos para reações em cadeia nuclear diminuíram em muitos países, inclusive nos Estados Unidos.