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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
reação de fissão. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Em 1938, I. Joliot-Curie e P. Savich notaram que no urânio ativado pelo método Fermi, existe um elemento semelhante ao lantânio. Esses experimentos foram repetidos no mesmo ano por O. Hahn e F. Strassman, que confirmaram os resultados de seus colegas franceses e estabeleceram que o novo elemento observado era precisamente o lantânio. Juntamente com Hahn e Strassmann, Lise Meitner, formada pela Universidade de Viena, uma talentosa teórica e especialista no campo da física atômica, trabalhou no Instituto Kaiser Wilhelm em Berlim. Mas, sendo judia de origem alemã, ela foi forçada a fugir para a Dinamarca, em Copenhague, para Niels Bohr e Otto Frisch, outro físico alemão. E então os eventos são descritos em detalhes no livro "O Mundo do Átomo": "Na calma atmosfera criativa do Instituto de Física Teórica, ela rapidamente esqueceu as ansiedades e medos dos dias passados. Agora o problema do átomo atômico núcleo novamente tornou-se o principal para ela. Dois dias antes de sua partida, Lise Meitner recebeu uma carta de Otto Hahn, na qual ele escrevia sobre a pesquisa do bário radioativo. Depois de ler a carta, ela instintivamente cerrou os punhos. Ela queria esmagá-lo e jogá-lo fora. Lá dentro, tudo fervia: "Bobagem! Que bobagem!" Quando a primeira excitação passou, ela pensou: "Se Hahn afirma que o urânio se transforma em bário, talvez seja realmente assim. Ele não pode estar enganado. Irene Curie provavelmente estava certa..." Meitner poderia duvidar do trabalho de outros, mas os resultados de Gana - não. Isso significa que os nêutrons causam algum novo tipo de transformação no núcleo do urânio. Ela pegou um lápis e começou a escrever rapidamente. Os símbolos matemáticos com os quais ela preencheu a folha pareceriam incompreensíveis para uma pessoa comum. O núcleo do átomo de urânio se dividiu em aproximadamente duas partes. Na carta, Hahn usou a palavra “divisão”. Agora, isso não é tão importante, o fato em si é importante. É possível compreender, com base nas leis conhecidas da física, a possibilidade de tal divisão? Os primeiros cálculos que ela fez deram uma resposta positiva. Meitner não tinha certeza – e se ela estivesse errada? Lisa pede para verificar os cálculos de Otto Frisch. Ele folheou as folhas amassadas, pegou um lápis, agachou-se e começou a fazer cálculos rapidamente. - Mas é maravilhoso e incrível. Você está mesmo certo! Frisch enfiou o lençol no bolso. - Estamos voltando. Precisamos verificar tudo imediatamente. Então suas férias terminaram antes mesmo de começarem. As festividades prometiam ser extremamente alegres, mas agora eles não estavam interessados. Eles se trancaram em uma sala onde começou um dos estudos teóricos mais notáveis. Enormes dificuldades os aguardavam. Cálculos sem fim, conclusões complexas e demoradas, verificação dos resultados obtidos, comparação com as fórmulas e padrões derivados... Eles não perceberam como sete dias haviam se passado e como 1939 havia chegado. O ano novo trouxe uma nova teoria. Meitner e Frisch foram os primeiros a dar uma explicação teórica dos resultados obtidos por Hahn e Strassmann. Se suas conclusões forem confirmadas e tudo estiver correto, a humanidade seguirá um novo caminho, terá uma nova fonte de energia. Eles estavam plenamente conscientes de que haviam feito uma descoberta que marcou época, então se apressaram em preparar artigos. O artigo de Lise Meitner e Otto Frisch, intitulado "Fissão de urânio por nêutrons: um novo tipo de reação nuclear", foi enviado para impressão em 16 de janeiro de 1939 e publicado na revista Nature um mês depois. Aqui, outro de seus artigos foi logo publicado - “Produtos de Fissão do Núcleo de Urânio” e depois o trabalho de Frisch sobre os resultados de experimentos realizados na Dinamarca. Na verdade, este fenômeno foi explicado quase simultaneamente no final de 1938 - início de 1939 por vários físicos. Em menos de um mês em quatro laboratórios ao redor do mundo – em Copenhague, Nova York, Washington e Paris. Hahn e Strassmann, Meitner e Frisch já foram mencionados. No subsolo da Universidade de Columbia, John Dunning e dois assistentes também realizam a fissão do núcleo de urânio. Além deles, no laboratório do Collège de France em Paris, o casal Irene e Frédéric Joliot-Curie, com seus colaboradores Pavle Savich, Hans Halban e Lev Kovarsky, fizeram a mesma descoberta. De acordo com essa explicação, um átomo de urânio bombardeado por nêutrons experimenta um novo tipo de fissão, com o átomo atingido pelo nêutron se dividindo em duas partes mais ou menos iguais. Este fenômeno logo recebeu o nome de fissão. Joliot-Curie percebeu imediatamente a extrema importância desse novo tipo de decaimento atômico. Nos núcleos de elementos leves, o número de prótons e nêutrons é aproximadamente o mesmo e, com o aumento do número atômico, o número relativo de nêutrons aumenta. Se no núcleo do urânio a razão entre o número de nêutrons e o número de prótons é 1,59, então para os elementos do meio do sistema periódico flutua entre 1,2 e 1,4. Isso significa que, se um átomo de urânio decair em duas partes, o número total de nêutrons nos fragmentos de fissão deve, para alcançar a estabilidade dos próprios fragmentos de fissão, ser menor que o número de nêutrons contidos no núcleo original. A fissão de um átomo de urânio libera nêutrons, que por sua vez podem causar a fissão de outros átomos. Assim, existe a possibilidade de uma reação em cadeia semelhante às reações químicas em cadeia em uma explosão. F. Perrin no mesmo 1939 fez e publicou o primeiro cálculo da "massa crítica" necessária para iniciar uma reação em cadeia. É verdade que isso foi apenas uma avaliação preliminar. Hoje se sabe que nenhuma quantidade de urânio comum pode iniciar uma reação em cadeia. Os nêutrons produzidos pela fissão dos átomos de urânio-235 são absorvidos pela chamada "captura por ressonância" pelos átomos de urânio-238 para formar o urânio-239. Este último, como resultado de dois decaimentos sucessivos, passa para neptúnio e plutônio. Apenas para substâncias cindíveis como urânio-235 e plutônio, existe uma massa crítica. O cálculo da perda de massa durante a fissão do átomo de urânio permitiu, além disso, prever que o processo de fissão deve ser acompanhado pela liberação de uma enorme energia de 165 MeV. As ideias de Joliot-Curie logo foram confirmadas experimentalmente. Provou-se que o núcleo de urânio captura nêutrons lentos e depois fissões. Niels bohr após considerações teóricas, ele chegou à conclusão de que não é o urânio comum com massa de 238 que sofre fissão, mas seu isótopo com massa de 235. Em 1940, A.O. Nier confirmou experimentalmente a previsão de Bohr, descobrindo também que outro átomo facilmente cindível era o átomo de plutônio. A ideia de usar a energia atômica para fins militares foi apresentada por um grupo de cientistas estrangeiros que fugiram do fascismo para os Estados Unidos, dos quais L. Szilard, E. Wigner, E. Teller, W. R. Weisskopf, E. Fermi são nomeados no relatório. Este grupo conseguiu interessar o presidente Roosevelt dos Estados Unidos. Esses cientistas usaram Einsteinque escreveu uma carta ao presidente. Como resultado, Roosevelt decidiu fornecer apoio estatal para esses estudos, e eles foram imediatamente classificados. “Os esforços para produzir energia atômica em grandes quantidades tinham dois objetivos diferentes: a liberação lenta controlada de energia para as necessidades industriais e a criação de um explosivo super-alta”, escreve Gliozzi. No entanto, muito em breve os cientistas perceberam que a maneira mais rápida de atingir o segundo objetivo é atingir o primeiro. .A bomba atômica exigia grandes quantidades de urânio-235, que é muito difícil de separar. A geração lenta de energia não requer separação prévia, apenas grandes quantidades de urânio são necessárias e o plutônio é produzido como subproduto. Daí a ideia de a "pilha atômica", assim chamada, talvez pela simplicidade de seu design. Este nome é agora apenas de interesse histórico, porque foi substituído pelo nome mais apropriado "nuclear tor". O propósito original da pilha atômica não era obter energia, mas produzir plutônio nas quantidades necessárias para criar uma bomba atômica. Um problema importante foi reduzir o número de nêutrons capturados pelo urânio-238 devido à ressonância; eles caem da reação em cadeia, embora sejam úteis como enriquecimentos, ou seja, na produção de urânio-239, que depois se transforma em neptúnio e plutônio. Portanto, era necessário remover os nêutrons rápidos da massa de urânio o mais rápido possível, retirar sua energia cinética e direcioná-los novamente para o urânio na forma de nêutrons térmicos para causar a fissão do urânio-235. Essa função de moderadores poderia ser desempenhada por átomos desses elementos leves em colisão com os quais os nêutrons perdem uma parte significativa de sua energia, sem ao mesmo tempo causar mudanças nesses átomos. Até agora, apenas duas substâncias adequadas para esses fins foram encontradas: hidrogênio pesado (na forma de água pesada) e carbono. A água pesada é muito cara, então optamos pelo carbono na forma de grafite. A primeira caldeira atômica, ou reator nuclear, de camadas alternadas de urânio e grafite, projetada e construída por Fermi em colaboração com Anderson, Zinn, L. Woods e G. Weil, entrou em operação em 2 de dezembro de 1942, na quadra de tênis de a Universidade de Chicago. Sua potência era de 0,5 watts. Dez dias depois, foi aumentado para 200 watts. Foi a primeira instalação de energia nuclear, que agora se tornou um dos ramos mais desenvolvidos da indústria moderna." Há uma placa comemorativa na parede externa da quadra de tênis da Universidade de Chicago. A inscrição na placa diz: "Aqui, em 2 de dezembro de 1942, um homem realizou pela primeira vez uma reação em cadeia e isso marcou o início do domínio da energia nuclear liberada." A primeira planta piloto permitiu realizar um estudo experimental preciso do processo de produção de plutônio. Isso levou à conclusão de que esse método oferece uma possibilidade real de fabricação de plutônio em quantidades suficientes para fazer uma bomba atômica. No final de 1943, o projeto da bomba atômica entrou em fase de implementação. A primeira explosão experimental foi realizada com sucesso às 17h30 do dia 16 de julho de 1945, na Base Aérea de Alamogordo, a cerca de 200 quilômetros de Albuquerque, no deserto do Novo México. Autor: Samin D. K.
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