Fissão nuclear
A fissão nuclear divide um núcleo pesado em dois fragmentos principais, geralmente acompanhados por vários neutrões e por uma grande libertação de energia. A razão profunda para essa energia não é simplesmente o facto de o núcleo «se partir»: os produtos ficam, em média, mais fortemente ligados por nucleão.
Da captura de um neutrão a dois fragmentos
Um núcleo físsil como o urânio-235 pode absorver um neutrão e formar um núcleo composto excitado. A excitação pode deformar o núcleo até este se separar em dois fragmentos principais. A fissão não produz um único par possível de núcleos-filhos; existe uma distribuição de massas dos fragmentos.
De onde vêm cerca de 200 MeV
Núcleos de massa intermédia ficam mais acima na curva da energia de ligação por nucleão do que núcleos muito pesados. Depois da fissão, os produtos finais têm por isso uma massa total de repouso ligeiramente inferior à do sistema inicial. A diferença aparece como energia segundo Q = Δmc². Uma fissão típica de urânio-235 liberta cerca de 200 MeV, sobretudo como energia cinética dos fragmentos pesados, com energia adicional em neutrões, radiação gama e decaimentos radioativos posteriores.
Porque os neutrões podem sustentar uma reação em cadeia
Num evento de fissão são normalmente emitidos vários neutrões. Alguns escapam ou são absorvidos sem causar fissão; outros podem desencadear uma nova. O fator de multiplicação efetivo k resume o balanço médio entre gerações: abaixo de 1 a cadeia diminui, em 1 mantém-se em média e acima de 1 cresce. «Crítico» é, portanto, uma afirmação matemática sobre este balanço, não um sinónimo de explosão.
Componentes imediatos e retardados
A maioria dos neutrões de fissão surge praticamente de imediato, mas uma pequena fração aparece mais tarde a partir de produtos de fissão radioativos. Estes neutrões retardados são importantes na física de reatores controlados porque prolongam a escala temporal da resposta. Os produtos de fissão são frequentemente ricos em neutrões e continuam a sofrer decaimentos beta e gama depois do evento inicial.
Exemplos resolvidos
1. Verificar uma equação esquemática
Em ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n, os números de massa somam 236 nos dois lados e os números atómicos 92 nos dois lados. A equação passa, portanto, a verificação básica de conservação de A e Z.
2. Interpretar k
Se k = 0,97, cada geração produz em média menos fissões sucessoras, pelo que a reação em cadeia se extingue.
3. Identificar a fonte da energia
A energia não é criada por simplesmente «quebrar uma ligação». Vem do facto de os produtos finais terem menor massa total de repouso e maior energia de ligação por nucleão do que o sistema inicial.