Exemplo de energia atômica

A energia atômica é a capacidade de trabalhar, obtido da decadência dos átomos dos Elementos Radioativos. É obtido graças ao estímulo desta desintegração.

Energia em processos nucleares

As reações químicas são acompanhadas por uma variação de energia, geralmente na forma de calor, que sai (Reações Exotérmicas) ou é absorvido (Reações Endotérmicas). Quando uma substância é formada a partir dos elementos constituintes, o calor é liberado (Calor Positivo de Formação), Embora em alguns casos, como na obtenção de ozônio a partir do oxigênio atômico, haveria uma liberação de quente.

Se essas mesmas idéias forem aplicadas à (presumida) formação de núcleos atômicos de prótons e nêutrons, é claro que a energia será liberada nesta formação, e dada a natureza dos elos envolvidos, a energia aqui liberada será consideravelmente maior, tanto que a perda de massa que acompanhará essa variação de energia já é ponderável. (De acordo com o princípio de Einstein, a mudança na Energia ΔE é equivalente à mudança na massa Δm, de modo que ΔE = Δm * C², onde C é a velocidade da luz).

Assim, por exemplo, para o elemento Lítio Li-7, formado por 3 prótons e 4 nêutrons, na formação de um átomo-grama de núcleos de Lítio de massa atômica 7, teremos:

3 prótons = 3 * 1,00756 g = 3,02268 g

4 nêutrons = 4 * 1,00893 g = 4,03572 g

O Resultado da Soma é 7,05840 g.

A massa atômica do lítio-7 tem um valor de 7,01645 g

Segue-se, comparando os valores, que a mudança na massa Δm = 0,04195 g, e eles são iguais a 9,02 * 10¹¹ calorias, calculadas com a Equação de Einstein ΔE = Δm * C².

A reação hipotética de formação de núcleos a partir de prótons e nêutrons emite uma enorme quantidade de energia, milhões de vezes superior ao de reações químicas comuns mais exotérmicas.

Cada partícula do núcleo o Nucleon (próton ou nêutron), por fazer parte de qualquer núcleo, sofreu uma perda de massa, que não é constante, mas tem um valor máximo para os elementos intermediários do sistema periódico de números atômicos de 20 a 51, diminuindo lentamente com o aumento do número atômica.

A bomba atômica

O urânio 235 e o plutônio 239 se dividem pelo bombardeio de nêutrons e emitem enormes quantidades de energia, liberando novos nêutrons.

A condição para que ocorra o processo de multiplicação é que mais de um nêutron produzido em cada clivagem seja capaz de produzir uma nova clivagem ou divisão.

No Pilha de Urânio, os nêutrons produzidos escapam parcialmente pela superfície do material e são parcialmente absorvidos pelo Urânio 238 para formar o isótopo pesado Urânio 239, que decai sucessivamente em Neptúnio e Plutônio.

Mas se for urânio 235 puro ou plutônio 239, a possibilidade de perda de nêutrons pela superfície do mesmo leva a conhecer a Tamanho Crítico necessário para que a reação em cadeia se desenvolva dentro dele.

O Tamanho Crítico da amostra é aquele em que a reação em cadeia, dividindo o átomo, se desenvolve quase imediatamente.

Se a amostra de material clivável (divisível por bombardeio de nêutrons) tem um diâmetro menor do que o caminho médio que um nêutron rápido deve percorrer para produzir o processo de clivagem, entende-se que os nêutrons produzidos nas divisões ocasionais por nêutrons viajantes escaparão pela superfície sem atacar qualquer outro testemunho.

Pelo contrário, se a amostra for maior do que o tamanho crítico, os nêutrons produzidos ocasionalmente, em seu caminho através por meio dele, terão grande probabilidade de cindir novos núcleos, continuando assim, em ritmo acelerado, o processo de divisão.

Se uma amostra for maior que o Tamanho Crítico, ela sofrerá uma explosão instantânea, enquanto se for menor, ocorrerá uma clivagem lenta que, no entanto, deve ser evitada. Para isso, o material clivável é mantido em finas camadas dentro de recipientes de Cádmio que são mantidos dentro de Água; nêutrons incidentes ocasionais serão retardados pela água e então capturados pelo cádmio antes que possam alcançar o material protegido.

Se vários pedaços de material clivável são rapidamente misturados, cada um um pouco menor do que o tamanho crítico, uma única massa (bomba atômica) é formada, que explode imediatamente. A velocidade com que os pedaços de material clivável devem se encontrar deve ser muito alta para evitar que quando a reação começar em A corrente, estando muito próxima, a energia liberada dispersa os pedaços do referido material antes de entrar em contato total.

Existem duas peças de material clivável que são adequadamente protegidas com eliminadores de nêutrons e com alguns centímetros de distância. No momento certo, uma das peças é disparada contra a outra com a velocidade de um projétil rápido.

Os detalhes da construção e do mecanismo da bomba atômica experimental que explodiu na madrugada de 16 de julho, 1945 no deserto do Novo México, eles foram liderados pelo Professor Oppenheimer, um físico teórico da Universidade de Califórnia.

As duas bombas lançadas semanas depois contra o Japão foram constituídas, o primeiro para o urânio 235 e o segundo para o plutônio.

Embora a energia liberada na clivagem de um núcleo de Urânio seja calculada em cerca de 200 milhões de elétron-volts, ou seja, cerca de 2x10¹⁰ Quilocalorias por quilograma de urânio clivado, apenas 1-5% permanece utilizável, o que corresponde a um energia explosiva disponível por quilograma de U-235 equivalente a cerca de 300 toneladas de trinitrotolueno (TNT, trilita)

À onda explosiva originada na explosão da bomba atômica somam-se os terríveis efeitos incendiários produzida pela intensa radiação gama emitida, que determina como um Sol em miniatura, embora brevemente duração.

O devastação causada por bombas isoladas sobre as cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki são a prova da enorme energia atômica que é liberada na desintegração atômica.

Espera-se, no entanto, que a energia atômica possa ser aplicada para usos pacíficos no futuro, especialmente nos casos em que uma grande concentração de energia em uma pequena quantidade é desejável de material.

Exemplos de aplicações de energia atômica

Geração de energia térmica

Geração de energia mecânica

Geração de energia elétrica

Objetivos de guerra com a bomba atômica

Colisão de Partículas Subatômicas

Experimentação de novas tecnologias

Na mineração, para material de jateamento

Para pesquisa de novos materiais