Bomba atômica

A bomba atômica é uma arma nuclear cuja energia liberada é produzida por meio de uma reação de fissão nuclear. As reações de fissão ocorrem quando um átomo pesado recebe um nêutron, dividindo-se em átomos menores. Por conta dessa reação propagar-se em cadeia, ela é altamente exotérmica. As principais bombas atômicas são produzidas dos isótopos 235 do urânio e 239 do plutônio.

A bomba atômica tem alto potencial destrutivo, causando impactos significativos a mais de 10 km de seu local de explosão. Entre os principais efeitos, estão problemas associados à radiação ionizante, incêndios e queimaduras e ondas de choque severas. Duas bombas atômicas já foram usadas contra civis durante a Segunda Guerra Mundial, nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki.

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Resumo sobre bomba atômica

• As bombas atômicas são armas nucleares que produzem energia por meio de uma reação de fissão nuclear.
• As reações de fissão nuclear, desencadeadas quando um nêutron colide com um átomo pesado, propagam-se em cadeia, liberando grande quantidade de energia.
• Os isótopos urânio-235 e plutônio-239 são os principais radioisótopos físseis utilizados na confecção de bombas atômicas.
• Bombas atômicas têm alto potencial destrutivo, podendo causar danos severos em mais de 10 km de sua explosão.
• Os principais problemas estão associados à radiação ionizante, às altas temperaturas alcançadas e às ondas de choque.
• As bombas atômicas foram desenvolvidas no contexto da Segunda Guerra Mundial por meio do Projeto Manhattan, culminando na utilização de duas delas contra civis ao fim da guerra.
• O Brasil, por conta de sua Constituição Federal, não pode produzir armas nucleares.

O que é e como funciona uma bomba atômica?

Uma bomba atômica é um tipo de arma nuclear cuja energia produzida é oriunda de uma reação de fissão nuclear. A fissão nuclear consiste em uma reação química que ocorre após um átomo pesado receber um nêutron, dividindo-se em dois isótopos de menor massa. Átomos que podem sofrer reações de fissão nuclear são chamados de físseis. Entre os principais átomos físseis estão os isótopos de urânio e plutônio.

A reação de fissão nuclear é altamente exotérmica, pois ocorre em cadeia: por exemplo, quando um nêutron colide com um átomo físsil, outros dois ou três nêutrons são gerados no processo, os quais podem colidir com mais dois ou três átomos físseis presentes, fazendo com que a energia produzida se eleve em uma progressão geométrica.

Tipos de bomba atômica

Na história, dois isótopos foram utilizados para produção de bombas atômicas: de ²³⁵U e de ²³⁹Pu.

→ Bomba atômica de urânio

Na bomba de urânio, a fissão nuclear dá origem a dois átomos, os quais podem ser isótopos de bário, criptônio, estrôncio, césio, iodo e xenônio, com massas atômicas que variam de 95 a 135. O número de nêutrons gerados pode ser igual a dois ou três para cada átomo de urânio. Eis um exemplo de reação de fissão do urânio, com produção de 170 MeV (MeV = 10⁶ eV) de energia:

\({_92^{235}}U+{_0^1}n\rightarrow{_92^{236}}U\rightarrow{_56^{141}}Ba+{_36^{92}}Kr+3{_0^1}n+170MeV\)

Os produtos de fissão, como os isótopos de bário e criptônio, sofrem ainda emissões beta (emissão de elétrons oriundos do núcleo) associadas a emissões gama (emissão de radiação eletromagnética), chegando a isótopos mais estáveis, como de ítrio e neodímio.

No caso de uma bomba de urânio como a que foi utilizada durante a Segunda Guerra Mundial, o poder foi equivalente a cerca de 15 mil toneladas (quilotons) de dinamite (TNT). Contudo, nem toda a massa de urânio, no caso em questão, sofreu fissão de fato, apenas 3% da massa, uma vez que boa parte do urânio se dispersou no ar e não sofreu incidência de nêutrons. Do contrário, o poder da bomba de urânio chegaria a incríveis 500 quilotons de TNT.

No funcionamento da bomba atômica de urânio, há duas amostras desse átomo, uma na forma de projétil e outra numa forma cilíndrica ou côncava, que funciona como alvo para a outra amostra. Uma explosão por explosivos comuns faz com que a amostra na forma de projétil encontre o outro alvo de urânio, desencadeando a reação química de fissão nuclear.

→ Bomba atômica de plutônio

No caso do plutônio-239, um exemplo de reação de fissão é:

\({_94^{239}}Pu+{_0^1}n\rightarrow{_94^{240}}Pu\rightarrow{_54^{134}}Xe+{_40^{103}}Zr+3{_0^1}n+\approx175MeV\)

A massa dos isótopos produzidos fica na média de 120, tendo fragmentos com massa menor e maior que essa média. O número de nêutrons produzidos é de 2 ou 3, dando um valor médio de 2,89 nêutrons por fissão. Cerca de 27% da incidência de nêutrons não produzem fissão, mas sim uma captura radioativa, resultando apenas no isótopo ²⁴⁰Pu.

Aliás, esse isótopo acaba sendo um grande contaminante para as bombas de plutônio, uma vez que ele apresenta maior emissão de nêutrons e maior emissão de calor, tornando o dispositivo não confiável e imprevisível. A separação dos isótopos 239 e 240 não é viável.

Na bomba de plutônio, a amostra desse elemento é colocada em um núcleo esférico, o qual é rodeado por uma casca oca de explosivos convencionais. Numa explosão coordenada e no tempo correto, há a formação de uma onda de choque esférica, a qual comprime a massa de plutônio. A alta densidade faz com que haja a formação de uma massa supercrítica (acima do necessário para sustentar uma reação de fissão), desencadeando a reação química.

No centro há um iniciador (gatilho) de nêutrons, feito de polônio e berílio. Os gatilhos de nêutrons são necessários para fornecer nêutrons no momento exato, ou seja, o de máxima compressão. O polônio é um grande emissor de partículas alfa (que possui dois nêutrons e dois prótons em sua constituição), enquanto o berílio é capaz de absorver tais partículas alfa e apenas emitir nêutrons. Na explosão, esses dois átomos são colocados em contato e, assim, auxiliam na iniciação da reação de cadeia.

Embora mais complexa, são necessários apenas cerca de 10 quilogramas de plutônio puro para a produção de uma bomba atômica, bem menos que para as bombas de urânio, o que garante uma grande vantagem desse dispositivo.

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Quais são os efeitos da bomba atômica?

Os efeitos nocivos causados pela bomba atômica dependerão, antes de mais nada, da localidade em que a bomba explodiu de fato: no ar ou no solo.

→ Efeitos da explosão de uma bomba atômica no ar

No ar, um grande clarão será percebido, seguido por um grande pulso de radiação térmica. Tal radiação é forte o suficiente para fazer combustíveis leves num raio de até 14 km. Um forte pulso de radiação gama aparece com um alcance letal de 3 km, levando à fatalidade de quase todas as formas de vidas nessa distância.

De noite ou de dia, não havendo nuvens, as pessoas sentiriam uma cegueira permanente ou temporária num alcance de 8 km. Uma gigante bola de fogo seria vista, fazendo com que todas as partes expostas do corpo sofressem queimaduras severas num raio de 10 km, ou queimaduras menos intensas num raio de 15 km.

Roupas pegariam fogo, e combustíveis também, causando uma tempestade de fogo, intensificada pelo vento. Além disso, a temperatura em abrigos de bomba elevaria a um nível acima do necessário para se manter vivo e o fogo consumiria todo o oxigênio presente. Por fim, uma grande onda de choque se formaria, danificando estruturas e casas, num raio de até 14 km. Janelas numa distância de até 30 km poderiam ser danificadas.

Os indivíduos da região teriam muito pouco tempo para se abrigarem de tal onda, na ordem de segundos. Praticamente todos os seres vivos num raio de 3 km morreriam, enquanto cerca de 50% morreriam num raio de até 8 km. Para complementar, ventos em velocidades comparáveis a de um furacão sucederiam à onda de choque, chegando a 600 km/h num raio de 4 km. Inicialmente, o vento seria no sentido de expansão, porém, posteriormente, correria no sentido contrário, para reabastecer o ar.

→ Efeitos da explosão de uma bomba atômica no solo

Se a bomba explodisse no solo, uma cratera gigante seria formada. Rochas, poeira, sujeira e demais detritos se tornariam poeira e detritos radioativos. No litoral ou em um porto, a bomba atômica desencadearia um maremoto, além de borrifar água para os céus, desencadeando em uma chuva radioativa, capaz de tornar o espaço urbano e demais áreas afetadas pelo vento inabitáveis por anos.

Os danos em comparação à explosão aérea seriam de uma área equivalente à metade do tamanho, contudo, os prédios e demais instalações sofreriam danos extras, como se tivesse havido um terremoto. Apesar de haver menos mortes diretas do que na explosão aérea, muitos morreriam posteriormente por conta de doenças associadas à radiação.

A radiação ionizante oriunda da bomba atômica, e causada pela ação de raios gama e nêutrons, pode trazer efeitos de curto e longo prazo. O que mais chama atenção é a capacidade da radiação ionizante em alterar as moléculas de nossas células, causando câncer e morte. Os efeitos da exposição de curto prazo à radiação são:

• perda dos pelos;
• petéquias (manchas avermelhadas), acompanhadas de febre, vômito, diarreia;
• doenças orofaríngenas;
• manifestações hemorrágicas.

Já os efeitos de exposição de longo prazo à radiação têm um impacto agudo causado pela radiação, quase imediato, com morte de células e danos aos tecidos, gerando doenças adicionais, incluindo câncer, por conta de alterações no DNA de células vivas. A manifestação de câncer pode ser observada muitos anos após a exposição à radiação. Entre os problemas crônicos dos sobreviventes, o mais letal é a leucemia.

Qual foi a primeira bomba atômica?

A primeira bomba atômica foi detonada em 16 de julho de 1945, durante o Projeto Manhattan, em um local a cerca de 340 km ao sul de Los Alamos, no estado do Novo México, Estados Unidos, nas planícies de Alamogordo. O teste recebeu o nome de Trinity.

A bomba, de plutônio, recebeu o nome de Gadget (que pode ser traduzido como “dispositivo”) e explodiu exatamente às 05:30 da manhã no deserto do Novo México, com uma potência calculada em 18,6 kton. A explosão pôde ser reportada por pessoas a uma distância de 320 km. Alguns chegaram a dizer que ela “acendeu o céu como o Sol”.

Bombas atômicas de Hiroshima e Nagasaki

As bombas atômicas utilizadas pelos Estados Unidos da América contra as cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial, tinham o nome de Little Boy e Fat Man respectivamente.

A Little Boy (“pequeno menino” em tradução livre), feita de urânio-235, foi detonada na manhã do dia 6 de agosto de 1945, em Hiroshima, com uma potência aproximada de 15 kton. Três dias depois, no dia 9 de agosto de 1945, foi a vez da cidade de Nagasaki receber a bomba Fat Man (“homem gordo” em tradução livre), feita de plutônio-239, com uma potência aproximada de 21 kton.

→ Videoaula sobre bombas atômicas de Hiroshima e Nagasaki

Existe bomba atômica no Brasil?

A Constituição Federal Brasileira de 1988 é clara quanto ao uso da energia nuclear no país, em seu artigo 21. Tal artigo discorre sobre as competências da União e é uma cláusula pétrea (só podendo ser alterada com uma nova Constituição, pois é imutável), apresentando no inciso XXIII, alínea a, o seguinte:

a) toda atividade nuclear em território nacional somente será admitida para fins pacíficos e mediante aprovação do Congresso Nacional.

O Brasil também é signatário de diversos acordos com países e organismos internacionais que selam o compromisso pelo uso pacífico da tecnologia nuclear, como o Tratado de Não Proliferação de Armas Nucleares (TNP), em vigor desde 1970 e com o Brasil presente desde 1998.

Em 2017, o Brasil foi agente ativo na elaboração do Tratado de Proibição de Armas Nucleares (TPAN), sendo o primeiro país a assiná-lo. Contudo, apesar de estar em vigor desde 2021, o TPAN ainda não foi ratificado pelo Congresso Nacional, algo criticado por especialistas.

História da bomba atômica

O desenvolvimento da bomba atômica só foi possível com base na observação da fissão nuclear do urânio pelos cientistas alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann, com a contribuição essencial e necessária da física austríaca Lise Meitner. Contudo, por ser judia, Meitner se radicou na Suécia temendo perseguição nazista, tendo seu nome suprimido por Otto Hahn, segundo este, por temer perseguições em seu país, a Alemanha.

Isso foi determinante para que Meitner não fosse laureada com o Prêmio Nobel de 1944, sendo este entregue apenas a Hahn. Strassmann também foi perseguido pelo regime nazista, não podendo trabalhar na Alemanha, além disso, chegou a esconder uma musicista judia em seu apartamento.

Durante a Segunda Guerra Mundial, o cientista dinamarquês Niels Bohr tomou conhecimento de que os alemães estavam explorando a fissão do urânio e que tais pesquisas poderiam desencadear na produção de uma arma. Temendo perseguição nazista, Bohr fugiu para os Estados Unidos e advertiu sobre os trabalhos científicos com urânio desenvolvidos pelos alemães.

A partir daí, surgiu o famoso encontro de Einstein com o presidente americano, à época, Franklin Roosevelt. Temendo a ação dos alemães, o presidente americano inseriu recursos públicos para pesquisas no campo da fissão nuclear.

Iniciou-se, então, em 1941, o Projeto Manhattan, para pesquisas no campo nuclear, e o desenvolvimento de uma bomba atômica antes dos alemães. O projeto foi chefiado pelo cientista J. Robert Oppenheimer. O Projeto Manhattan, o qual ocorreu em laboratórios secretos de Los Alamos, Novo México, foi o responsável pelo teste Trinity e o desenvolvimento das bombas que explodiram nas cidades japonesas de Nagasaki e Hiroshima.

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Curiosidades sobre a bomba atômica

• Após a rendição da Alemanha, cientistas alemães custodiados na Inglaterra, entre eles Werner Heisenberg, líder do programa atômico alemão, e Otto Hahn, confidenciaram que o programa nuclear alemão não fora capaz de gerar um reator atômico autossustentável. Além disso, tais cientistas eram confusos quanto à diferença de uma bomba atômica e um reator atômico.
• No ano de 2022, foram contabilizados nove países com armas nucleares, totalizando cerca de 13.000 unidades. A Rússia, remanescente da União Soviética, lidera o ranking, com mais cerca de 6257 ogivas, seguido pelos Estados Unidos, com 5550 ogivas.
• No centro da explosão de uma bomba atômica, as temperaturas podem superar os 300 milhões de graus Celsius.
• Lise Meitner chegou a ser convidada para o Projeto Manhattan, mas prontamente o negou, citando a célebre frase “Eu não terei nada a ver com uma bomba atômica!”.
• Um dos principais pontos de testes de bombas atômicas dos Estados Unidos, nas décadas de 1940 e 1950, foi no Atol do Biquíni, nas Ilhas Marshall. Tal local pode ter servido de inspiração para a criação do desenho “Bob Esponja”, cujo protagonista vive em uma região chamada de “Fenda do Biquíni”. Dessa forma, a radiação decorrente dos testes justificaria o comportamento das espécies marinhas da série animada.

Créditos das imagens

^[1]Everett Collection/ Shutterstock

^[2]Fabricio Araujo/ Shutterstock

Fontes

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