Quando os EUA lançaram uma bomba atômica sobre a cidade japonesa de  Hiroshima em 6 de agosto de 1945, o culminar de vários anos de trabalho das mentes mais brilhantes do planeta foi “realizado”. Naquela época, a bomba era a arma mais poderosa já criada e causou uma devastação até então não vista.  Foi uma “corrida”. Uma corrida que nos meses finais da guerra havia se tornado uma competição de entrada única, após o abandono dos alemães com a queda do Terceiro Reich em maio de 1945. Assim, o desafio que restou aos americanos foi criar a arma o quanto antes. Além disso, na opinião deles, mais vidas aliadas se perderam lutando uma guerra no ambiente difícil do “Extremo Oriente”. 

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As armas nucleares

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! - Foto: VN
Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! – Foto: TM

No centro de cada átomo está um núcleo. Dessa forma, romper esse núcleo – ou combinar dois núcleos – pode liberar grandes quantidades de energia.  Assim, as armas nucleares usam essa energia para criar uma explosão.

As armas nucleares modernas funcionam combinando explosivos químicos, fissão nuclear e fusão nuclear. Portanto, os explosivos comprimem o material nuclear, causando fissão. A fissão, por sua vez, libera grandes quantidades de energia na forma de raios X, que criam a alta temperatura e pressão necessárias para iniciar a fusão.

Fissão e fusão

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! - Foto: VN
Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! – Foto: UOL

Toda a matéria é composta de átomos: estruturas bem pequenas que abrigam diferentes combinações de três partículas, conhecidas como prótons, nêutrons e elétrons.

No centro de cada átomo está um “núcleo”, onde nêutrons e prótons estão ligados em estreita proximidade. Dessa forma, a maioria dos núcleos é relativamente estável, o que significa que a composição de seus nêutrons e prótons é comparativamente estática e imutável.

Durante a fissão, os núcleos de certos átomos pesados ??se dividem em núcleos menores e mais leves, liberando o excesso de energia no processo. Isso às vezes pode ocorrer de forma espontânea, mas também pode, em certos núcleos, acontecer de fora. Um nêutron é disparado contra o núcleo e é absorvido, causando instabilidade e fissão. Além disso, em alguns elementos – como certos isótopos de urânio e plutônio – o processo de fissão também libera o excesso de nêutrons, que podem desencadear uma reação em cadeia se forem absorvidos por átomos próximos.

A fusão funciona ao contrário: quando expostos a temperaturas e pressões bem altas, alguns núcleos leves podem se fundir para formar núcleos mais pesados, liberando energia no processo.

Por fim, em armas nucleares modernas, que usam fissão e fusão, uma única ogiva pode liberar mais energia explosiva em uma fração de segundo do que todas as armas usadas durante a Segunda Guerra Mundial combinadas – incluindo Fat Man e Little Boy, as duas bombas atômicas lançadas no Japão.

Como elas funcionam?

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! - Foto: HS
Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! – Foto: HS

Todas as armas nucleares usam a fissão para gerar uma explosão. Dessa forma, a “Little Boy” – a primeira arma nuclear usada durante a 2ª guerra – funcionou disparando um cilindro oco de urânio-235 em um alvo “plug” do mesmo material.

Cada peça por si só não era suficiente para constituir uma massa crítica (a quantidade mínima de material nuclear necessária para manter a fissão). No entanto, ao colidir as peças, a massa crítica “aumentou” e ocorreu uma reação em cadeia de fissão.

As armas nucleares modernas funcionam de maneira um pouco diferente. A massa crítica depende da densidade do material: como a densidade em vincos, a massa crítica de vincos. Assim, em vez de colidir duas peças subcríticas de combustível nuclear, as armas modernas detonam explosivos químicos em torno de uma esfera subcrítica (ou “poço”) de urânio-235 ou plutônio-239. A força da explosão vai para dentro, comprimindo o fosso e aproximando seus átomos. Uma vez densos o suficiente para atingir a massa crítica, os nêutrons são injetados, iniciando uma reação em cadeia de fissão e produzindo uma explosão atômica.

Além disso, nas armas de fusão ( armas “termonucleares” ou “hidrogênio”), a energia de uma explosão de fissão inicial é útil para “fundir” os isótopos de hidrogênio. Dessa forma, a energia liberada pela arma cria uma bola de fogo que atinge várias dezenas de milhões de graus – temperaturas na mesma faixa que o centro do sol (que também funciona na fusão).

A Bomba de Hiroshima

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! - Foto: SI
Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! – Foto: SI

Devido ao seu formato longo e fino, a bomba de Hiroshima recebeu o nome de “Little Boy”. Assim, o material usado foi o urânio 235. Acredita-se que a fissão de pouco menos de um quilo de urânio 235 liberou energia equivalente a aproximadamente 15.000 toneladas de TNT.

A Bomba de Nagasaki

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Comparada com a usada em Hiroshima, a bomba de Nagasaki era mais redonda e mais gorda. O seu nome era “Fat Man”. Dessa forma, o material usado foi o plutônio 239. Além disso, acredita-se que a fissão de um pouco mais de um quilograma de plutônio 239 tenha liberado energia destrutiva equivalente a cerca de 21.000 toneladas de TNT.

A Bomba de Hidrogênio

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! – Foto: SA

A fusão nuclear é uma reação que libera energia atômica pela união de núcleos leves em altas temperaturas para formar átomos mais pesados. Por outro lado, as bombas de hidrogênio, que usam a fusão nuclear, têm maior poder destrutivo e maior eficiência do que as bombas atômicas.

Devido às altas temperaturas necessárias para iniciar uma reação de fusão nuclear, o processo recebe o nome de uma explosão termonuclear. Isso normalmente é feito com os isótopos de hidrogênio (deutério e trítio) que se fundem para formar átomos de hélio. Isso levou ao termo “bomba de hidrogênio” para descrever a bomba de fusão de deutério-trítio .

A primeira bomba de hidrogênio explodiu em 1º de novembro de 1952 na pequena ilha de Eniwetok nas Ilhas Marshall. Seu poder destrutivo era vários megatons de TNT. A explosão produziu uma luz mais brilhante do que mil sóis e uma onda de calor caiu a 50 quilômetros de distância. A União Soviética detonou uma bomba de hidrogênio na faixa de megatons em agosto de 1953. Por fim, os EUA explodiram uma bomba de hidrogênio de 15 megatons em 1º de março de 1954. Ela tinha uma bola de fogo de 4,8 km de diâmetro e criou uma enorme nuvem em forma de cogumelo.

Ogivas em profundidade

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! - Foto: VN
Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! – Foto: VN

As explosões usadas em armas termonucleares são descritas como  primárias (as explosões químicas e de fissão) e secundárias (a explosão de fusão subsequente). No entanto, os mecanismos reais são bem mais complicados.

Por exemplo, um “primário” de fissão pura é ineficiente. Dessa forma, o fosso de plutônio vai explodir antes que a maior parte do plutônio-239 possa passar pela fissão. Em vez disso, a reação pode ser “impulsionada” incluindo gás hidrogênio (consistindo nos isótopos deutério e trítio) no centro de um poço oco. À medida que o plutônio circundante se fissiona, o gás hidrogênio se funde e libera nêutrons, induzindo uma fissão adicional.

Da mesma forma, o secundário não consiste puramente em combustível de fusão. Portanto, em camadas dentro dele está uma “vela de ignição” de fissão, consistindo em plutônio-239 ou urânio-235. À medida que a explosão primária comprime o combustível de fora, o material da vela de ignição torna-se supercrítico e se fissiona, aquecendo o hidrogênio de dentro e facilitando outras reações de fusão.

A fusão libera nêutrons. Esses nêutrons atingem uma camada de urânio em torno do combustível de fusão, causando a fissão de seus átomos; esta fissão geralmente contribui com mais da metade do rendimento explosivo total da arma.

As armas termonucleares que não incluem esse “cobertor” de urânio são as bombas de nêutrons, pois os nêutrons liberados pela fusão são liberados da arma. As bombas de nêutrons, portanto, criam uma quantidade maior de radiação do que uma arma normal com o mesmo rendimento. Durante a Guerra Fria, tais armas apareceriam no uso contra ataques de tanques, com o objetivo de desativar as tripulações de tanques sem ter que destruir fisicamente o tanque.

Combustível nuclear

Explosão nuclear: como funciona uma bomba atômica! - Foto: SB
Explosão nuclear: veja como funciona uma bomba atômica! – Foto: SB

Embora vários elementos sejam fissionáveis ??(o que significa que podem sofrer fissão), apenas alguns são úteis ??em armas nucleares. Portanto, os mais comuns são os isótopos urânio-235 e plutônio-239. Além disso, vale lembrar que os isótopos são átomos do mesmo elemento que diferem apenas no número de nêutrons.

O urânio é encontrado em todo o mundo e pode ser extraído de depósitos minerais (também pode ser extraído da água do mar, mas hoje é muito mais caro). No entanto, apenas uma pequena fração (menos de um por cento) do urânio que ocorre naturalmente é o urânio-235. Assim, a produção de urânio utilizável requer um processo de “enriquecimento”, no qual diferentes isótopos de urânio são separados e concentrados (geralmente usando centrífugas, que funcionam como centrifugadoras de salada). Isso é bem caro, difícil e demorado, e é uma das barreiras para a construção de uma bomba nuclear.

Além disso, o plutônio também pode ser útil, mas só ocorre naturalmente em pequenas quantidades. Ele pode, no entanto, ser feito como um subproduto da fissão em reatores nucleares e, em seguida, separado por um processo denominado “reprocessamento”. A separação do plutônio é mais fácil do que o enriquecimento do urânio – envolve a separação de diferentes elementos, não diferentes isótopos do mesmo elemento – mas é um processo bem radioativo que requer instalações blindadas com equipamentos de manuseio remoto.

Quem tem armas nucleares?

Explosão nuclear: veja como funciona uma bomba atômica! – Foto: FT

Os EUA foram o primeiro país a desenvolver armas nucleares, detonando o primeiro dispositivo de fissão em 1945. Sete anos depois, os EUA testaram com sucesso a primeira bomba de hidrogênio durante a “Operação Ivy” (o físico Richard Garwin ajudou a construir esse dispositivo e hoje atua em conselho da Union of Concerned Scientists). Em 2018, os EUA tinham uma estimativa de 6.500 ogivas nucleares, incluindo armas aposentadas (aguardando desmantelamento), armazenadas e posicionadas.

Por outro lado, a União Soviética desenvolveu capacidades nucleares pela primeira vez em 1949. Dessa forma, o arsenal moderno da Rússia inclui cerca de 7.000 ogivas.

França (~ 300 ogivas), China (~ 260), Reino Unido (~ 215), Paquistão (~ 130) e Índia (~ 120) também possuem armas nucleares. Além disso, Israel não reconheceu oficialmente suas capacidades nucleares. As estimativas de seu arsenal giram em torno de 80 ogivas, embora algumas estimativas sejam maiores.

Por fim, as capacidades da Coreia do Norte são desconhecidas. Suspeita-se que pode ter um arsenal limitado de 5 a 10 armas, mas pode ter material para construir o dobro disso.

Os efeitos de uma arma nuclear

Explosão nuclear: veja como funciona uma bomba atômica! – Foto: UOL

Se uma dessas bombas fosse usada hoje, o efeito seria catastrófico. O coração de uma explosão nuclear atinge uma temperatura de vários milhões de graus centígrados. Em uma área ampla, o flash de calor resultante vaporiza todo o tecido humano. Pessoas dentro de edifícios ou protegidas de outra forma serão mortas pela explosão e efeitos do calor, à medida que os edifícios desabam e todos os materiais inflamáveis ??explodem em chamas. Aqueles em abrigos subterrâneos que sobrevivem à onda de calor inicial morrerão quando todo o oxigênio for sugado da atmosfera.

Fora da área de destruição total, haverá um percentual crescente de sobreviventes imediatos. No entanto, a maioria deles sofrerá queimaduras fatais, ficarão cegos, sangrando e sofrerão graves ferimentos internos. Além disso, os sobreviventes serão afetados em questão de dias por precipitação radioativa. Os cânceres induzidos por radiação afetarão muitos, mas mais de vinte anos depois.

Por fim, vale observar que as armas nucleares causam graves danos ao clima e ao meio ambiente em uma escala incomparável a qualquer outra arma. A Cruz Vermelha estima que um bilhão de pessoas em todo o mundo podem passar fome como resultado de uma guerra nuclear.

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