Condições encontradas há 2 bilhões de anos foram capazes de gerar energia a partir de rochas 

Ilustração: Valentina Fraiz

Por Fabrício Caxito

Em 1939, os físicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann estavam tentando sintetizar elementos químicos mais pesados que o urânio quando realizaram uma descoberta inesperada. Por meio do bombardeamento de átomos de urânio por nêutrons, os cientistas procuravam aglutinar as partículas resultantes e produzir partículas mais pesadas. Verificaram, porém, que o efeito obtido era o contrário: após as colisões, os átomos geravam vários elementos menos pesados. Pronto: estava descoberto o fenômeno da fissão nuclear, isto é, a partição de átomos maiores em partículas menores, que pode ocorrer tanto natural como artificialmente (como quando Hahn e Strassman jogaram nêutrons nos átomos de urânio como se fossem bolas de bilhar).  

Mas como um átomo pode se partir naturalmente em vários outros menores? Podemos pensar em um núcleo atômico como uma bolha de sabão. Caso um núcleo tenha uma quantidade de prótons e nêutrons grande demais, ele pode colapsar, como uma bolha de sabão que estoura após crescer demais, entrando assim em fissão espontânea.

A fissão espontânea e induzida de átomos de urânio gera diversos elementos menos pesados e raios gama, além de também liberar outros nêutrons do núcleo atômico fissionado. Cada evento de fissão do urânio produz em média outros 2,5 nêutrons, que podem ser expelidos em alta velocidade, atingindo outros núcleos de urânio ao redor. Assim pode se estabelecer uma reação em cadeia, desde que exista quantidade suficiente de urânio no material utilizado, a chamada massa crítica. 

Além dessas partículas, cada evento de fissão ainda libera grande quantidade de energia. E, em 1942, Enrico Fermi, que acabou ganhando um Nobel de física, demonstrou que a exploração da energia nuclear era viável. Numa sala de jogos sob as arquibancadas de um estádio de futebol americano abandonado, na Universidade de Chicago, Fermi construiu o primeiro reator nuclear, batizado de Chicago Pile-1 (CP-1). Capaz de controlar a reação de fissão nuclear, o dispositivo consistia numa pilha de tabletes de urânio separados por blocos de grafite — o grafite atua como moderador, ou seja, reduz a velocidade dos nêutrons, impedindo que a energia seja liberada rápido demais, como acontece nas bombas atômicas. 

Os reatores nucleares modernos se servem também de outros moderadores, como a água. O combustível utilizado é o urânio enriquecido artificialmente no isótopo urânio-235 (isótopos são átomos com o mesmo número de prótons, mas com número de nêutrons diferentes; o urânio-235 possui 143 nêutrons), que entra em fissão com muito mais facilidade que outros, como o urânio-238 (que possui 146 nêutrons). O urânio-235 corresponde a apenas cerca de 0,7% de todo o urânio que ocorre naturalmente hoje, sendo o urânio-238 o mais abundante (98,3%) — sem condições, pois, de atingir massa crítica, caso não receba um suplemento extra.

Leia o texto completo no blog Ciência Fundamental, na Folha de S.Paulo.