A mãe da radiação

Marie Curie estampada em moeda internacional.

Os estudos sobre a radioatividade tiveram a colaboração de uma dama do século XIX, o nome dela era Marie Sklodowska Curie (1867-1934). Essa cientista realizou experimentos sobre a radiação a partir do elemento Urânio, ela utilizou da linha de raciocínio do físico francês Antoine Henri Becquerel (1852-1908), que percebeu que um sal de Urânio emitia radiações. Este sal era o sulfato duplo de potássio e uranila, K₂(UO₂) (SO₄)₂.

Marie Curie constatou o que Antoine Henri propôs através de intensos estudos envolvendo Urânio, esse elemento foi classificado como radioativo e a partir daí ainda descobriu dois novos elementos radioativos: o Rádio e o Polônio, inclusive o nome deste último foi em homenagem à terra Natal de Marie Curie, a Polônia.

Os trabalhos de Marie Curie lhe renderam dois prêmios Nobel, um de Física em 1903 e outro de Química em 1911, aliás, ela foi a única pessoa a alcançar o mérito de ser premiada em duas categorias diferentes. Conheça agora um pouco da história desta corajosa cientista:

Marie Curie nasceu na hora e no lugar errado para uma mulher incrivelmente inteligente que queria cursar uma Universidade. Na Polônia do século XIX as mulheres eram proibidas de elevar seus estudos, mas Maria não desistiu de seus sonhos e se mudou para Paris para estudar em uma das faculdades mais conceituadas da época: a Sorbonne. Alguns anos mais tarde ela foi a primeira mulher a ministrar aulas nessa universidade.

Com a ajuda do marido Pierre Curie, que era físico, Marie Curie explorou o mineral chamado pechblenda, descobriu os dois novos elementos já citados, e inventou o termo radioatividade, foi a partir daí que se intensificaram os estudos neste assunto. As contribuições de Marie Curie para a Química e Física ficaram famosas e por isso ela é chamada de “mãe da radiação”.

Uso da Energia Nuclear

Central nuclear

Energia nuclear é toda a energia associada a mudanças da constituição do núcleo de um átomo, por exemplo, quando um nêutron atinge o núcleo de um átomo de urânio 235, dividindo-o, parte da energia que ligava os prótons e os nêutrons é liberada em forma de calor. Esse processo é denominado fissão nuclear. 

A central nuclear é a instalação industrial própria usada para produzir eletricidade a partir de energia nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radioativos que através de uma reação nuclear produzem calor. Nessas centrais existe um alto grau de segurança, devido à matéria-prima radioativa empregada. 

Processo de funcionamento da Usina Nuclear: o reator nuclear (peça principal da usina) usa a energia contida no interior do átomo para, simplesmente, ferver água. Esse calor é empregado por um ciclo termodinâmico para mover um alternador e produzir energia elétrica. Tudo funciona como em uma usina a vapor movida a carvão ou petróleo: vapor d’água girando uma turbina que movimenta um gerador, produzindo assim energia. 

Vantagens da energia nuclear: não causa efeito estufa ou chuva ácida e, além disso, o combustível que move as usinas nucleares, em geral o urânio, é abundante e bastam alguns quilos para gerar energia suficiente a um prédio de cinco andares. Ao contrário dos combustíveis fósseis usados em grande quantidade para gerar energia, e que emitem gases tóxicos. 

Desvantagens: a principal desvantagem é a variedade de resíduos e materiais radioativos que as usinas nucleares produzem. Esse resíduo chamado de “lixo nuclear” precisa ser armazenado cuidadosamente, pois oferece grandes riscos de contaminação durante centenas de anos, os resíduos nucleares devem ser isolados em depósitos impermeáveis.

Usinas Nucleares em alta

Usina Nuclear: fonte de energia do futuro.

Considerada a fonte de energia do futuro, a Usina Nuclear vem ganhando seu espaço e quebrando barreiras como a discriminação, por exemplo. Ao longo dos anos, a energia produzida através de reações nucleares ganhou aceitação e ao mesmo tempo aversão. Tudo se explica pelos acidentes já ocorridos na História envolvendo a Energia Nuclear, como a catástrofe de Chernobyl (26 de abril de 1986). 

Para quem não é a favor da geração de energia através de Reações Nucleares se prepare, ela está vindo com força total. Nosso país está investindo cada vez mais e promete ser independente no processo de produção, a economia que essa independência vai representar é significativa, vejamos por que. 

O Brasil depende de outros países para o preparo do Urânio, o chamado processo de enriquecimento, onde o Urânio na forma de gás natural se transforma em U-235 (matéria-prima para a produção de energia). Esse processo gera muitos gastos e representa para nosso país um aumento no custo da produção de energia nuclear. Novos projetos estabelecem que as Usinas Nucleares brasileiras passem a produzir a própria matéria-prima e desta forma diminua seus gastos e forneça energia com preço inferior. A expectativa é que o Brasil se torne até mesmo exportador de Urânio enriquecido. 

As Usinas Nucleares ganharam proporção por parte das autoridades, que criaram o Comitê de Desenvolvimento do Programa Nuclear Brasileiro. E é claro pensaram em tudo, os dejetos das Usinas (lixos radioativos) também ganham uma atenção especial para evitar novos acidentes. 

Um empurrãozinho das autoridades ao lado da conscientização da humanidade sobre o conceito de Usina Nuclear (benefícios e economia que representa para o país), pode alavancar a produção dessa potente forma de energia.

Séries Radioativas

Em seus minérios, o urânio não é o único elemento que emite radiação

O cientista Antoine Henri Becquerel (1852-1908), juntamente ao casal de cientistas Pierre Curie (1859-1906) e Marie Curie (1867-1934), descobriu que o minério de sulfato duplo de potássio e a uralina di-hidratada (K₂UO₂(SO₄)₂ . 2 H₂O) emitia radiação porque continha em sua constituição o elemento urânio. Chegaram a essa conclusão porque todos os minérios de urânio emitiam radioatividade.

Desse modo, o primeiro elemento químico descoberto como sendo naturalmente radioativo (que realiza emissões espontâneas) foi o urânio.

Entretanto, nesses minérios, o elemento urânio não era a única fonte emissora de radiação. Estudos mais aprofundados mostraram que havia também outros isótopos radioativos nesses minérios, que eram provenientes do decaimento sucessivo do urânio.

Por exemplo, o urânio-238 sofre decaimento, emitindo uma partícula alfa (2 prótons e 2 nêutrons), e forma outro elemento químico, o tório-234. Porém, o tório-234 também é radioativo, porque o seu número atômico é igual a 90, e todos os elementos químicos que possuem número atômico maior que 83 possuem núcleos instáveis que se desintegram.

Assim, o tório-234 emite uma partícula beta, transformando-se no protactínio-234, que é radioativo e também se desintegra. Esse processo continua até que seja formado um núcleo estável de chumbo-206, que não se desintegra:

Todos esses elementos radioativos que vieram da desintegração do urânio-238 formam uma série oufamília de desintegração radioativa. Com base nesse raciocínio, chegamos à seguinte definição:

Séries radioativas: o conjunto de elementos que têm origem na emissão de partículas alfa e beta, originando, como produto final, um isótopo estável do chumbo.

Todos os elementos radioativos existentes originaram-se de um dos três isótopos a seguir: Urânio-238, Urânio-235 ou Tório-234. Assim, temos a série radioativa do urânio, a série radioativa do actínio (que, na verdade, é a serie do urânio-235, porque quando esse nome foi atribuído a essa série, acreditava-se que o primeiro elemento fosse o actínio) e a série radioativa do tório.

Abaixo é evidenciada a série radioativa do tório:

Visto que a emissão de uma partícula alfa diminui o número de massa do elemento em 4 unidades e a emissão de uma partícula beta não altera esse número de massa, é possível descobrir a série à qual determinado elemento radioativo pertence. Basta dividir o seu número de massa por 4 e verificar o resultado:

• Se o resultado der exato, isto é, com resto igual a zero → série do tório;
• Se der resto igual a 2 → série do urânio-238;
• Se der resto igual a 3 → série do urânio-235 (série do actínio).

Exemplo: Descubra à qual série de desintegração radioativa os seguintes elementos pertencem:

1. ²²⁸Ra:
2. ²³⁴Th:
3. ²³¹Pa:

Resolução:

1. ²²⁸Ra: 228 ÷ 4 = 57 (exato). Ele faz parte da série do tório.
2. ²³⁴Th: 234 ÷ 4 = 58 e restam 2. Ele faz parte da série do urânio-238.

3. ²³¹Pa: 231 ÷ 4 = 58 e restam 3. Ele faz parte da série do urânio-235 ou série do actínio.

Energia nuclear brasileira

Urânio enriquecido

A tecnologia nuclear no Brasil é única, a nossa energia não é produzida a partir de Urânio 235 como de costume, o Urânio 238 também entra no processo. Estas duas formas são isótopos do elemento Urânio.

A diferença começa no fato de que o Urânio no Brasil é extraído do minério, o qual é um sal amarelo que ficou mais conhecido como “yellow cake”. Esta forma mineral possui em sua composição 99,3 % de Urânio 238 e apenas 0,7% de Urânio 235. Mas a energia nuclear só é obtida a partir do Urânio 235, que pode sofrer fissão nuclear, enquanto o seu isótopo Urânio 238 não.

Veja então como é feito o processo para converter a pequena porcentagem de Urânio 235 proveniente do minério “yellow cake” em energia nuclear. 

1. Primeiramente o urânio é extraído do mineral na forma de um gás, o hexafluoreto de urânio (UF₆);
2. O gás é então convertido em pó de urânio, cuja fórmula é UO₂ (dióxido de urânio);
3. O pó de Urânio passa por vários processos até chegar ao produto final: pastilhas de 1 centímetro contendo combustível nuclear.

O produto pode ser denominado de Urânio enriquecido porque foi aumentada sua taxa de U²³⁵, e é uma rica fonte de energia, uma vez que apenas uma pastilha do material pode gerar energia suficiente para abastecer uma residência durante duas semanas. 

Emissões Radioativas Naturais

A emissão radioativa natural mais prejudicial aos seres vivos, podendo trazer danos irreparáveis, é a radiação gama

Existem três emissões radioativas principais que são emitidas pelos núcleos dos elementos radioativos naturais, que são: emissão alfa (α), beta (β) e gama (γ).

Ernest Rutherford realizou um experimento que ajudou na identificação dessas emissões. Ele trabalhou com um feixe de partículas radioativas que eram emitidas naturalmente por uma amostra de minério de urânio. Essa radiação foi colocada sob ação de um campo magnético e Rutherford observou que o feixe se dividia em três, como mostrado a seguir:

1- Emissão alfa (α):

Um dos feixes era positivo, pois era atraído pelo polo negativo do campo magnético. Visto que sofreu ação do campo magnético, isso significava que se tratava de partículas, que Rutherford chamou de partículas alfa.

Hoje, sabemos que as partículas alfa são constituídas de dois prótons e dois nêutrons, igual ao núcleo do hélio. Como os prótons são positivos e os nêutrons não possuem carga elétrica, as partículas alfa possuem carga de +2, podendo ser representadas assim: ⁴₂α²⁺.

Assim, quando um elemento radioativo emite uma partícula alfa, ele se transforma em outro elemento com o número atômico (quantidade de prótons) menor em duas unidades (porque perdeu dois prótons) e com o número de massa (quantidade de prótons e nêutrons no núcleo) menor em quatro unidades.

Por exemplo, se o urânio-238 emitir uma partícula alfa, ele se transmuta no tecnécio-234:

₉₂²³⁸U → ⁴₂α²⁺ + ₉₀²³⁴Th

As emissões α são as que possuem menor poder de penetração e que consequentemente trazem menor dano aos seres vivos, pois elas não conseguem atravessar uma camada de ar de 7cm, uma folha de papel ou uma chapa de alumínio de 0,06 mm. Quando incidem diretamente sobre a pele, podem causar, no máximo, queimaduras, porque as células mortas da pele conseguem deter essas partículas.

2- Emissão beta (β) :

A segunda emissão observada por Rutherford foi a que ele chamou de beta e que ele também concluiu que eram partículas, só que dessa vez com carga negativa, porque sofriam desvio causado pelo campo magnético, sendo atraídas pelo polo positivo.

As partículas beta são, na realidade, semelhantes a elétrons, com massa desprezível e sendo representadas por ⁰_-1β ou β^-.

Seu poder de penetração é maior que o da emissão alfa, sendo médio. Essas partículas podem ser detidas por uma chapa de chumbo de 2 mm ou de alumínio de 1 cm, podem penetrar até 2 cm da pele e causar sérios danos.

3- Emissão gama (γ) :

O terceiro feixe observado por Rutherford não sofreu desvio pelo campo magnético, ele seguiu direto, o que significa que não eram partículas e que não tinha carga elétrica.

A emissão gama é na verdade uma onda eletromagnética de alta energia, sendo representada por ⁰₀γ.

Ela é a emissão que possui o maior poder de penetração das três e pode causar danos irreparáveis ao organismo humano, pois pode atravessá-lo. São detidas por placas de chumbo de 5 cm ou mais e por grossas paredes de concreto. 

Energia do futuro

Quais as vantagens da fusão nuclear?

A energia obtida pelo processo de fusão nuclear pode ser a solução para diversos problemas enfrentados atualmente. O princípio básico deste processo é a junção de dois átomos com o objetivo de se obter apenas um. Tudo acontece no reator de fusão, os átomos de hidrogênio se agrupam para formar átomos de hélio, nêutrons e grandes quantidades de energia. 

O controle inerente à liberação de energia de uma reação de fusão permite a produção de eletricidade. Este meio constitui uma fonte inesgotável de energia e não polui, como aquela gerada por métodos convencionais – o Hélio não é poluente. 

A reação de fusão é a que fornece energia para as bombas de hidrogênio e para o Sol (energia Solar). Mas ainda vai demorar um pouco para ela começar a ser usada na produção de energia elétrica, apesar de já ter sido comprovada esta possibilidade. Tudo porque o homem ainda não conseguiu encontrar uma forma de controlar a fusão nuclear, como acontece com a fissão. 

É bem provável que esteja próximo dos cientistas conseguirem desenvolver um processo seguro para a obtenção da fusão nuclear, que é considerada a energia do futuro.