Duas Reações — Um Mundo Diferente
Em 6 de agosto de 1945, às 8h15, uma bomba de urânio explodiu a 600 metros de altitude sobre Hiroshima. A energia libertada em menos de um microssegundo equivaleu a 15 000 toneladas de TNT. Causou a morte de 80 000 pessoas no primeiro dia.
Em 2025, a 60 km de Marselha, trabalhadores de 35 países constroem o ITER — o maior dispositivo de fusão nuclear do mundo. O objetivo: demonstrar que a fusão pode produzir mais energia do que consome, usando hidrogénio do oceano como combustível e sem risco de explosão.
A mesma física nuclear. Propósitos opostos.
1. O Núcleo Atómico — Revisão Essencial
O núcleo atómico contém protões (carga +) e neutrões (carga neutra), unidos pela força nuclear forte — a mais intensa das forças fundamentais, mas de alcance curtíssimo (≈ 1 fm = m).
Notação Nuclear
onde:
- = número atómico (protões)
- = número de massa (protões + neutrões)
- = número de neutrões
Energia de Ligação e Defeito de Massa
O núcleo pesa menos do que a soma das suas partículas isoladas. Esta diferença é o defeito de massa (), convertida em energia de ligação pela equivalência de Einstein:
A energia de ligação por nucleão é máxima para o ferro-56 (). Elementos mais leves e mais pesados têm menor estabilidade por nucleão — daí a energia libertada tanto na fusão (elementos leves) como na fissão (elementos pesados).
O gráfico de energia de ligação por nucleão vs. número de massa A tem um máximo no Fe-56. Elementos à esquerda (leves) libertam energia ao fundir-se; elementos à direita (pesados) libertam energia ao fissionar-se. O Fe-56 é o "vale de estabilidade".
2. Radioatividade Natural
Núcleos instáveis desintegram-se espontaneamente emitindo radiação.
Tipos de Radiação
| Tipo | Partícula | Símbolo | Penetração | Blindagem | |---|---|---|---|---| | Alfa (α) | ²He (2p + 2n) | | Baixa (< 10 cm ar) | Papel, pele | | Beta (β⁻) | Eletrão | | Média | Alumínio (alguns mm) | | Gama (γ) | Fotão de alta energia | | Alta | Chumbo, betão espesso |
Lei do Decaimento Radioativo
O período de semivida () é o tempo para que metade dos átomos se desintegrem:
| Isótopo | Semivida | Uso | |---|---|---| | Carbono-14 () | 5 730 anos | Datação arqueológica | | Iodo-131 () | 8,02 dias | Tratamento do cancro da tiroide | | Urânio-238 () | 4,47 × 10⁹ anos | Datação geológica | | Plutónio-239 () | 24 110 anos | Combustível nuclear / arma |
3. Fissão Nuclear
A Reação
A fissão ocorre quando um núcleo pesado — tipicamente urânio-235 — absorve um neutrão e se divide em dois fragmentos mais leves, libertando energia e mais neutrões:
A energia libertada por fissão de um núcleo de U-235 é ≈ 200 MeV — 50 milhões de vezes mais do que a combustão de um átomo de carbono.
Reação em Cadeia
Os 3 neutrões libertados podem cada um fissionar outro núcleo de U-235, que libertam mais 3 neutrões cada — num total de 9, depois 27, etc. Após 80 gerações (em microssegundos), a energia é catastrófica: é a explosão nuclear.
Massa crítica: massa mínima de material fissionável para a reação em cadeia ser autossustentada. Para U-235 puro, é ≈ 52 kg (esfera de ≈ 17 cm de diâmetro).
Centrais Nucleares — Moderação e Controlo
Nas centrais, a reação em cadeia é controlada:
- Moderador (água, água pesada, grafite): abranda os neutrões rápidos para neutrões térmicos, mais eficazes na fissão
- Barras de controlo (boro, cádmio): absorvem neutrões, regulando a taxa de reação
- Combustível: UO₂ enriquecido a 3–5 % em U-235 (o urânio natural tem apenas 0,72 % de U-235)
Chernobyl: falha no teste de segurança + defeito de conceção do reator RBMK provocaram um aumento incontrolável de potência. A explosão libertou radionuclídeos sobre grande parte da Europa. Zona de exclusão de 30 km ainda hoje.
Fukushima: terremoto e tsunami destruíram os sistemas de arrefecimento de emergência. Fusão parcial de três reatores. Evacuação de 154 000 pessoas. Os dois acidentes são nível 7 (máximo) na escala INES.
O Problema dos Resíduos Nucleares
Os produtos de fissão incluem isótopos com semividas de milhares a centenas de milhares de anos:
- Sr-90 (29 anos), Cs-137 (30 anos) — perigosos a médio prazo
- Tc-99 (211 000 anos), I-129 (15,7 milhões de anos) — o verdadeiro problema
A armazenagem geológica profunda (a mais de 500 m de profundidade em formações rochosas estáveis) é atualmente a única solução técnica aceite. Finlândia e Suécia estão a construir repositórios finais.
4. Fusão Nuclear
A Reação
Na fusão, dois núcleos leves unem-se para formar um núcleo mais pesado. A reação mais promissora para fins energéticos é:
Deutério (D) + Trítio (T) → Hélio + Neutrão + 17,6 MeV
Por grama de combustível, a fusão D-T liberta ≈ 3 vezes mais energia que a fissão de urânio e ≈ 4 milhões de vezes mais que a combustão de petróleo.
O Problema do Confinamento
Para a fusão ocorrer, os núcleos têm de aproximar-se o suficiente para a força nuclear forte dominar a repulsão elétrica. Isso requer temperaturas de 100–200 milhões de kelvin — dez vezes mais quentes que o núcleo solar!
A este nível, a matéria está no estado de plasma — eletrões completamente separados dos núcleos. O plasma não pode tocar as paredes — seria arrefecido instantaneamente. Solução:
- Tokamak (confinamento magnético): campos magnéticos toroidais confinam o plasma. É o conceito do ITER.
- Inércia (ICF): lasers de alta potência comprimem uma esfera de combustível. Conceito do NIF (EUA) — em 2022, o NIF obteve ignição: mais energia de fusão do que a depositada no alvo pelos lasers.
ITER — A Grande Aposta da Humanidade
O ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) em Cadarache, França, é o maior projeto científico internacional:
- Custo: ≈ 20 mil milhões de euros
- 35 países parceiros (UE, EUA, China, Rússia, Índia, Japão, Coreia)
- Volume de plasma: 840 m³ — o maior tokamak alguma vez construído
- Objetivo: demonstrar Q ≥ 10 (10 unidades de energia produzidas por 1 injetada)
- Data prevista de primeira ignição: 2035
O deutério existe na água do mar (1 átomo de D por 6 400 átomos de H). Os oceanos contêm energia de fusão suficiente para alimentar a civilização humana por mil milhões de anos. O trítio é produzido no próprio reator a partir de lítio-6.
5. Comparação com Outras Fontes de Energia
| Fonte | Energia por kg (MJ/kg) | CO₂ (g/kWh) | Resíduos | Disponibilidade | |---|---|---|---|---| | Carvão | 24 | 820 | CO₂, cinzas | Limitada | | Gás natural | 54 | 490 | CO₂ | Limitada | | Petróleo | 42 | 650 | CO₂ | Limitada | | Urânio (fissão) | 77 000 000 | 12 | Resíduos radioativos | Moderada (séculos) | | Deutério (fusão) | 345 000 000 | ≈ 0 | Hélio + neutrões | Ilimitada | | Solar (fotovoltaico) | — | 20–50 | Painel | Limitado pelo dia/nuvens | | Eólica | — | 7–15 | Pá eólica | Limitado pelo vento |
6. O Debate Nuclear em Portugal
Portugal não tem centrais nucleares. O debate centra-se em:
- Projetos de urânio: Portugal tem depósitos significativos em Nisa (Alentejo). A mina da Urgeiriça (Canas de Senhorim) foi a maior produtora de urânio da Europa Ocidental — encerrada em 2001; a descontaminação ainda decorre.
- Pró-nuclear: fonte de baixo carbono, produção estável (não intermitente como solar/eólica)
- Anti-nuclear: risco de acidente, resíduos de longa duração, custo elevado, tempo de construção longo (15–20 anos)
Em 2023–2024, o debate europeu voltou com força: vários países (Polónia, Países Baixos, Finlândia) anunciaram novos reatores. A Comissão Europeia incluiu o nuclear na taxonomia verde.
Os reatores modulares de pequena escala (SMR — Small Modular Reactors) com potências de 50–300 MW (vs. 1 000–1 600 MW dos grandes reatores convencionais) e os reatores de 4ª geração (fast breeders, molten salt) prometem maior segurança intrínseca e capacidade de usar resíduos como combustível. Empresas como NuScale e Rolls-Royce desenvolvem SMRs para a próxima década.
Resumo
| Processo | Reagentes | Energia por nucleão | Subprodutos | |---|---|---|---| | Fissão | U-235 + n | ≈ 1 MeV/nucleão | Produtos de fissão radioativos | | Fusão | D + T | ≈ 3,5 MeV/nucleão | He-4 (estável) + neutrão |
Fissão: tecnologia madura, resíduos problemáticos. Fusão: potencialmente ilimitada e limpa, ainda em desenvolvimento experimental.