Um reator natural de fissão nuclear

Por , em 5.12.2013

Em maio de 1972, em uma usina de enriquecimento de urânio na França, cientistas examinaram minério extraído de uma mina no Gabão, na África Ocidental, e descobriram que um reator nuclear natural tinha se manifestado espontaneamente naquela região no passado primordial da Terra, produzindo o equivalente a cerca de 100 KW de energia continuamente ao longo de cem mil anos aproximadamente 1,7 bilhões de anos atrás.

De acordo com a Comissão Internacional de Energia Atômica (International Atomic Energy Commission, a AIEA), existem mais de 400 usinas nucleares operando em mais de 30 países e, apesar das recentes falhas de segurança catastróficas como a tragédia da Daiichi, em Fukushima, em 2011, cerca de 70 novas usinas nucleares estão em construção. Então, por que continuar a construir essas instalações potencialmente perigosas?

Estes empreendimentos são impulsionados porque, apesar de desastres como Chernobyl e Fukushima, quando colocado no papel, megawatt por megawatt, eles são, na verdade, geralmente considerados mais seguros e mais ecologicamente corretos do que a energia gerada através de carvão ou gás.

Este tipo de energia nuclear é criada quando um isótopo, frequentemente o urânio 235 (U-235), é bombardeado com um nêutron. A colisão geralmente o quebra em duas partes, cada uma contendo metade dos prótons e nêutrons do átomo original em um processo chamado de fissão nuclear. Durante a reação, uma pequena quantidade de massa é perdida, o que é o resultado de um pequeno pedaço de material que se transforma em uma quantidade relativamente grande de energia.

Em um reator típico, um monte de U-235 é bombardeado com nêutrons. Em cada colisão entre U-235 e os nêutrons, mais dois nêutrons são produzidos juntamente com a liberação de energia. Enquanto existirem suficientes isótopos de U-235 ao redor, esses nêutrons extras irão causar reações adicionais. As reações crescem exponencialmente em um processo chamado de reação em cadeia, que produz ainda mais energia. As usinas nucleares aproveitam a energia que surge a partir destas reações em cadeia controladas e a convertem em eletricidade que alimenta coisas como o computador que você está usando.

O urânio é um dos elementos mais pesados da tabela​​, com um peso atômico de 238,03. Apenas três isótopos dele são encontrados naturalmente na crosta da Terra: o U-238, que compõe 99,3% de todo o urânio, o U-235, que compreende a maior parte do 0,7% restante, e o U-234, que está presente apenas em uma quantidade infinitesimal. O U-238 é apenas levemente reativo, e portanto não é um bom material físsil. O U-235, no entanto, é notável por produzir muita energia.

Quando sai do solo, o minério de urânio é composto dos três isótopos em suas proporções relativas. A fim de ser cindível, a percentagem de U-235 no minério tem de ser aumentada de 0,7% para cerca de 5% da totalidade. Este processo é conhecido como enriquecimento de urânio. No cenário típico de enriquecimento, o urânio é convertido num gás, hexafluoreto de urânio (UF-6), e o gás é separado por peso (é importante lembrar que o U-234 e o U-235 são mais leves do que o U-238). A separação permite que seja removido o suficiente do urânio mais pesado e a substância que fica ao final tem uma concentração adequada de U-235 para a fissão.

Você pode se perguntar: “Se minério de urânio não é adequado para as reações nucleares sem um processo de enriquecimento artificial e complicado, como é que uma delas começou naturalmente quase dois bilhões de anos atrás?”. Boa pergunta. E a resposta não é “aliens”.

O U-235 tem uma meia-vida significativamente menor do que U-238, de modo que, no passado distante, deve ter sido muito mais abundante e em concentrações maiores do que é encontrado hoje. Em 1956, o cientista Paul K. Kuroda propôs que este minério rico em U-235, nas condições certas, teria suportado a fissão nuclear e reações em cadeia, o que formaria reatores nucleares naturais.

Há duas teorias sobre como o reator de Gabão funcionava, embora ambas assumam um ciclo de reação em cadeia, cessação, refrigeração e repetição, durante um período de milhares de anos, até que o material físsil estivesse esgotado.

Uma teoria propõe que o urânio estava coberto com águas subterrâneas, que moderaram os nêutrons e proporcionaram um ambiente que suportava a reação em cadeia. A energia gerada eventualmente aquecia a água subterrânea ao ponto de fervura e ela virava vapor, se dissipando. Quando a água subterrânea acabou, a reação parou. Eventualmente, a água escoou novamente para caverna de urânio e o processo se repetiu até que as concentrações estivessem muito baixas para gerar outras reações.

A segunda teoria, a qual não é bem aceita, propõe que o reator em chamas lançou certos elementos raros, como samário, gadolínio e disprósio, que absorveram nêutrons e pararam a reação em cadeia por um tempo, ou em certos lugares, só para que ressurgissem novamente nas proximidades.

E como sabemos que isso de fato aconteceu? Por vários motivos.

Em primeiro lugar, na pesquisa francesa inicial, de 1972, verificou-se que a concentração de U-235 do local era muito inferior ao que se observa tipicamente na natureza. Na realidade, as concentrações das amostras foram semelhantes às encontradas em combustível nuclear usado.

Além disso, os franceses também descobriram discrepâncias em outros isótopos do local, incluindo o neodímio e rutênio, sendo que ambos são consistentes com o U-235 de fissão.

Em terceiro, em um estudo de 2004 da Universidade de Washington (EUA), físicos que investigavam a região descobriram quantidades elevadas de zircônio, cério e estrôncio que foram produzidos através da fissão nuclear.

E, por fim, estudiosos norte-americanos também identificaram que os depósitos continham as maiores concentrações de xenônio e criptônio produzidos por fissão já encontrados.

Uma descoberta surpreendente é que, ao contrário de nossos reatores de fissão, que produzem resíduos tóxicos significativos que ninguém quer guardar, a Mãe Natureza eliminou de modo seguro o lixo nuclear produzido por ela. Segundo os pesquisadores da Universidade de Washington, o reator natural manteve presos com segurança seus resíduos tóxicos (Xe e Kr-85) no composto químico, o aluminofosfato. “É fascinante pensar que uma reação nuclear natural pode atingir as condições críticas e que também é capaz de armazenar seus próprios resíduos”, diz o estudo.

Em uma nota final, é reconfortante saber que ocorrências naturais de U-235 não existem hoje nas concentrações necessárias para iniciar ou manter um reator nuclear natural moderno. Então, embora algum dia possamos ter que passar por outra Chernobyl, pelo menos saberemos que só temos a nós mesmos para culpar.

Curiosidade: Por incrível que pareça, se fossemos capazes de converter a matéria perfeitamente em energia, com 1 kg de matéria completamente aniquilada, a energia produzida chegaria a cerca de 42.95 megatons de TNT. Então, um homem adulto pesando cerca de 90 kg teria aproximadamente 4 mil megatons de TNT em potencial, se a sua matéria fosse completamente aniquilada. Isso é cerca de 80 vezes mais energia do que foi produzido pela maior bomba nuclear já detonada, a bomba Tsar, que gerou uma explosão cerca de 1.400 vezes mais poderosa do que as explosões combinadas das bombas lançadas sobre Hiroshima e Nagasaki. Para ilustrar ainda mais, um megaton de TNT, quando convertido em quilowatts-hora, gera eletricidade suficiente para abastecer uma casa média norte-americana por cerca de 100 mil anos. Também é suficiente para abastecer todo o Estados Unidos por pouco mais de 3 dias. Assim, 1 kg de alguma matéria sendo completamente aniquilada seria capaz de abastecer todos os Estados Unidos por cerca de quatro meses. Um homem adulto médio, então, quando completamente aniquilado, produziria energia suficiente para abastecer os EUA por cerca de 30 anos. E a crise energética estaria resolvida.

Em uma escala completamente desconcertante, uma explosão de supernova típica emite cerca 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000 megatons de TNT. [Gizmodo]

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8 comentários

  • Lucas Samuel:

    Sobre civilizações avançadas, tudo depende do que considera avançado. Não há indícios o suficiente para supor tal fato. Toda a evolução do conhecimento cientifico ao longo de muitos e muitos anos foi o que permitiu os grandes feitos de nossa especie.
    Em contrapartida, existem inúmeros mistérios sobre tecnologias que não imaginávamos existir, engrenagens e eletricidade são algumas delas. A mente humana é repleta de segredos e não sabemos o que uma civilização poderia ter alcançado em segredo.
    Mas duvido muito que fossem mais avançadas do que a nossa.

  • Jeenilsoon Gaallo Puuga:

    aquele numero da explosão de uma supernova é tão desconcertante que eu nem consegui lê-lo,

    • Cesar Grossmann:

      10 octilhões?

  • Munhoz:

    Cesar, oque você me diz de “Puma Punku”, na minha opinião aquilo não é indicio, e sim uma “prova” de uma civilização “humana” tecnologicamente mais avançada que a nossa.

    • Cesar Grossmann:

      Por que seria mais avançada que a nossa? Por que cortavam pedras em linha reta e faziam buracos nelas? Dificilmente isto seria prova de tecnologia mais avançada que a nossa…

      É bom lembrar que o “documentário” “Ancient Aliens” é o fundo do poço da pseudo-ciência, da fraude e da mentira…

      http://ancientaliensdebunked.com/references-and-transcripts/puma-punku/

  • Munhoz:

    Que tal uma terceira teoria…
    Antigas civilizações humanas avançadas.

    • Cesar Grossmann:

      Também descartada. Não há nenhum indício de construção artificial nos locais, mas um depósito de minério em que parte do minério parece ter sofrido naturalmente uma reação de fissão auto-sustentada.

      E também não há indícios de civilizações humanas avançadas. Bom, na verdade as civilizações antigas eram avançadas, se compararmos com as civilizações que as precederam… E isto continua valendo…

  • Erlon Lamont:

    Ja tinha visto um documentario na discovery falando isso. Seria otimo se pudessemos aniquilar grandes quantidade de matéria, assim poderiamos resolver a crise de energia no mundo.

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