Bomba de Hidrogênio

Definição de Bomba de Hidrogênio

Bomba de Hidrogênio é uma bomba mais poderosa do que a bomba atômica, que deriva sua energia explosiva a partir da reação de fusão termonuclear de isótopos de hidrogênio.

Para entender o que é e como funciona uma bomba de hidrogênio, alguns conceitos sobre fusão nuclear e bomba atômica devem ser discutidos.

Após o sucesso da bomba atômica soviética, a idéia de construir uma bomba de hidrogênio recebeu novo impulso nos Estados Unidos.

Neste tipo de bomba, deutério e trítio (isótopos de hidrogénio) são fundidos em hélio, libertando assim a energia. Não há limite para o rendimento desta arma.

A bomba H se fundamenta na fusão de núcleos de átomos leves, como o hidrogênio.

Para obter a fusão, ou seja, a união dos núcleos dos átomos, é necessária uma quantidade muito grande de energia, que é obtida pela explosão de uma bomba atômica. O resultado é uma bomba mais poderosa.

Uma bomba de hidrogênio, ou bomba termonuclear, contém uma arma de fissão dentro dela, mas há um processo de reação de dois estágios.

Ele usa a energia de uma fissão nuclear primária para desencadear uma reação de fusão subsequente. A energia liberada pela fusão é três a quatro vezes maior do que a energia liberada pela fissão, dando à bomba de “hidrogênio”, ou bomba H, mais potência.

O nome vem do fato de que ele usa uma fusão de trítio e deutério, isótopos de hidrogênio.

O que é uma bomba de hidrogênio?

Uma bomba de hidrogênio é, de longe, a arma mais destrutiva que a humanidade já inventou.

É o tipo mais poderoso de bomba nuclear, em alguns casos atingindo mais de 2.000 vezes o rendimento das bombas nucleares lançadas em Hiroshima e Nagasaki, no Japão.

Ao contrário das primeiras “bombas atômicas” – também conhecidas como bombas atômicas – que liberam energia por fissão, ou quebra, de núcleos atômicos pesados como urânio e plutônio, uma bomba de hidrogênio libera energia pela fusão de núcleos leves como trítio ou deutério, convertendo ainda mais matéria em energia.

Quando o presidente Truman autorizou o lançamento da bomba atômica em Hiroshima e Nagasaki, ele disse que as armas usavam a mesma energia do Sol, mas isso não era verdade – o Sol usa fusão nuclear, não fissão nuclear. Uma bomba de hidrogênio, no entanto, realmente libera a energia que abastece o sol.

Durante a fissão nuclear, um nêutron divide núcleos pesados para liberar energia

Como funciona

A fusão nuclear envolve a criação de elementos mais pesados a partir dos mais leves, unindo núcleos atômicos. No Sol, isso geralmente toma a forma de núcleos de hidrogênio fundidos para formar o hélio.

Uma reação de fusão é muito difícil de começar porque os núcleos são carregados positivamente e, portanto, se repelem fortemente por meio da poderosa força eletromagnética.

Os núcleos de elementos mais pesados que o hidrogênio são mantidos juntos pela forte força nuclear, que, nessa escala, é muito mais forte do que a eletromagnética. A força forte, no entanto, só é significativa em distâncias extremamente curtas, do tamanho de um núcleo atômico.

Para iniciar a fusão nuclear, os núcleos devem de alguma forma ser aproximados. No Sol, isso é conseguido pela gravidade.

Em uma bomba de hidrogênio, isso é alcançado por uma combinação de extrema pressão e temperatura provocada por uma explosão de fissão.

Uma bomba de hidrogênio é, portanto, uma arma de dois estágios: uma explosão de fissão inicial causa uma explosão de fusão.

Uma bomba de fissão “primária” é detonada da maneira normal, que então comprime um combustível de fusão “secundário” e acende uma “vela de ignição” de urânio que fissiona e submete o combustível de fusão ao calor necessário para iniciar a reação – cerca de 11.000.000 °C.

No Sol, o principal processo de fusão resulta em quatro núcleos de hidrogênio, que consistem simplesmente em um único próton, combinando-se para formar um núcleo de hélio, que tem dois prótons e dois nêutrons.

Os isótopos de hidrogênio mais pesados, deutério e trítio, com um e dois nêutrons, respectivamente, são criados em etapas intermediárias.

É impraticável tentar replicar todo o processo começando com hidrogênio comum, mas a fusão de deutério e trítio pode ser alcançada. Um dos primeiros testes envolveu o uso desses gases na forma liquefeita, mas uma modificação crucial foi o uso do deutereto de lítio sólido, um composto de lítio e deutério. Nas condições criadas pela explosão da fissão inicial, o lítio é transformado em trítio, que então se funde com o deutério.

História

Bomba de Hidrogênio

A primeira vez que o princípio de uma bomba de hidrogênio foi testado foi em 9 de maio de 1951 pelos militares dos Estados Unidos, durante o teste “George” da Operação Greenhouse no Pacific Proving Grounds.

A maior parte da produção de energia desse teste veio do combustível de fissão, mas demonstrou que uma bomba de fissão poderia ser usada como um trampolim para algo ainda mais destrutivo. Um teste semelhante, “Item”, foi realizado em 25 de maio de 1951.

O primeiro teste de bomba de hidrogênio verdadeiro, “Ivy Mike”, foi em 1º de novembro de 1952, detonado no Atol de Eniwetok, no Pacífico, como parte da Operação Ivy.

A bomba explodiu com uma força equivalente a 10,4 megatons (milhões de toneladas) de TNT – mais de 450 vezes mais poderosa do que a bomba atômica lançada em Nagasaki durante a Segunda Guerra Mundial.

Usando deutério líquido como combustível, esta bomba de hidrogênio exigiu 18 toneladas de equipamento de refrigeração. Não era uma arma prática, mas provou que uma bomba de fusão de enorme poder poderia ser construída.

Um teste posterior, “Castle Bravo”, usou deutereto de lítio sólido, diminuindo o peso do dispositivo, eliminando a necessidade de refrigeração e tornando-o uma arma que poderia ser carregada por um avião ou acoplada a um míssil.

O teste Castle Bravo, com um rendimento de 15 megatons, é a arma nuclear mais poderosa testada pelos Estados Unidos, mas não a mais poderosa de todos os tempos.

Essa distinção pertence ao dispositivo conhecido como “grande Ivan” detonado pela União Soviética 13.000 pés (4.000 m) acima de um campo de teste na ilha de Novaya Zemlya em 30 de outubro de 1961.

A explosão de 50 megatons resultou em uma área de destruição completa com um raio de 25 km do ponto zero e vidros quebrados a 900 km de distância.

Testemunhas descreveram uma enorme bola de fogo que atingiu o solo e uma altura de quase 10.363 m; uma nuvem em forma de cogumelo que atingiu 64.008 m; e um flash que era visível a 1.000 km de distância.

Fusão Nuclear

Fusão Nuclear significa junção, união de dois ou mais núcleos atômicos leves, originando um núcleo atômico mais pesado e uma grande quantidade de energia.

Quando a fusão nuclear acontece, ocorre a formação de um núcleo atômico mais estável, daí a liberação de grande quantidade de energia.

A energia liberada é calculada pela equação E = mc², onde c é a velocidade da luz e m é a variação da massa nuclear que se transforma em energia.

No Sol, assim como na maioria das estrelas, o átomo de hidrogênio é o mais abundante.

A energia solar, ou seja, a energia proveniente do Sol é originária de reações de fusão nuclear, de átomos de hidrogênio formando átomos de hélio.

4 1H    4He  + 2     E= -2,48 x 1015J

No núcleo (no centro) e na superfície do Sol, temperaturas da ordem de 106 a 107°C são encontradas e é isso que propicia as reações de fusão nuclear.

Em uma bomba de fusão nuclear, para se atingir temperaturas tão elevadas, utilizam-se bombas atômicas acopladas ao redor de um reservatório que contém os isótopos de hidrogênio a serem fundidos.

Uma bomba atômica utiliza o princípio da fissão nuclear, produzindo muita energia e temperaturas de milhões de graus Celsius (Para saber mais sobre bomba atômica e seu poder de destruição, clique aqui).

A bomba de fusão nuclear é uma arma com poder de destruição equivalente à milhões de toneladas de dinamite.

O poder de destruição de uma bomba de hidrogênio é medido em megatons (Mton), enquanto, o da bomba atômica é medido em kilotons (kton).

1 kton equivale a 1000 toneladas de dinamite.

1 Mton equivale a 1000000 toneladas de dinamite.

Lembrete: Em uma bomba de fusão, a massa de isótopos de hidrogênio e urânio é da ordem de dezenas a centenas de quilos.

Até os dias de hoje, início do século XXI, ainda não se consegue controlar a reação de fusão nuclear, para aplicações pacíficas, como se faz com a fissão nuclear.

Um dos fatores que pesam contra o seu uso, é a falta de uma maneira para controlar altíssimas temperaturas, cerca de “pequenos” 100 milhões de graus Celsius.

Funcionamento

Seu funcionamento baseia-se em reações nucleares de fusão, isto é, dois átomos de hidrogênio se chocam com bastante energia e fusionam, transformando-se num átomo mais pesado.

Na realidade não se trata de hidrogênio normal mas hidrogênio pesado (deuterio). Nesta fusão há liberação de uma quantidade substancial de energia.

A fusão dos átomos de hidrogênio é o meio pelo qual o Sol e as estrelas produzem seu enorme calor. O hidrogênio no interior do Sol está comprimido de tal modo que pesa mais do que chumbo sólido.

A temperatura desse hidrogênio alcança elevados índices cerca de 15 milhões de graus centígrados no núcleo do Sol. Nessas condições, os átomos de hidrogênio movem-se de um lado para outro e chocam-se uns com os outros violentamente. Alguns dos átomos fundem-se para formar átomos de hélio, um elemento mais pesado que o hidrogênio.

Essa reação termonuclear, ou fusão, desprende energia sob a forma de calor.

A explosão de uma bomba atômica reproduz, por um instante fugidio, as condições de temperatura e pressão existentes dentro do Sol. Mas o hidrogênio leve comum (H¹) reagiria devagar demais, mesmo sob essas condições, para ser utilizável como explosivo. Então os cientistas tem de usar isótopos mais pesados de hidrogênio. Esses isótopos reagem mais prontamente do que o hidrogênio leve.

Os cientistas conhecem dois isótopos pesados de hidrogênio: o deutério (H²), e o trício (H³), um isótopo tornado radioativo artificialmente.

Efeitos ou Reações Envolvidas

Precipitação: Isótopos radiativos, produzidos durante uma explosão nuclear, que permanecem na atmosfera ou precipitam-se sob o solo na forma de “neve radioativa”.
Onda de Choque: A rajada ou efeito de choque térmico ou de calor, são basicamente os mesmos produzidos por uma bomba atômica.
Choque eletromagnético: ao explodir a bomba libera uma onda eletromagnética que danifica principalmente a rede elétrica como também eletrodomésticos, aparelhos eletrônicos, automóveis, etc..
Inverno nuclear: incêndios de grandes proporções provocados pela bomba produziram uma fumaça espessa e toxica, bloqueando a luz do Sol e tendo como resultado mudanças climáticas severas, em particular temperaturas muito mais baixas. Estes efeitos, provocados por partículas de fumaça que alcançaram a estratosfera, seriam catastróficos para a vida dos animais e plantas, e durariam vários anos.

Fases

A bomba de hidrogênio funciona em fases.

Primeiramente uma bomba atômica explode, agindo como detonador. Ela fornece o calor e a pressão necessários à fusão.

Em seguida, uma mistura de deutério e trício se funde, em uma reação termonuclear. Isso libera rapidamente grandes quantidades de energia, provocando uma explosão tremendamente poderosa.

Nem todas as bombas de hidrogênio produzem grandes quantidades de precipitação radioativa. O processo da fusão propriamente dita não forma produtos altamente radioativos, tal como na fissão.

As armas inventadas nos últimos anos produzem muito menos precipitação do que as bombas de hidrogênio primitivas.

Essas armas mais novas chamadas bombas “limpas”, tiram da fissão somente uma pequena parte de sua energia. Quase toda energia provém da fusão. Já as bombas atômicas tiram toda sua energia da fissão.

Elas produzem grandes doses de precipitação quando são detonadas perto da superfície da terra.

Bomba Termonuclear – Dispositivo de Fusão

Bomba termonuclear, também chamada de bomba de hidrogênio ou bomba H, arma cujo enorme explosivo resulta de, uma descontrolada reação em cadeia em que os isótopos de hidrogênio se combinam sob temperaturas extremamente altas para formar hélio em um processo conhecido como fusão nuclear.

As temperaturas elevadas que são necessárias para a reação são produzidas pela detonação de um bomba atômica.

Uma bomba termonuclear difere fundamentalmente de uma bomba atômica na medida em que utiliza a energia liberada quando dois núcleos atômicos leves combinam para formar um núcleo mais pesado.

Uma bomba atômica, ao contrário, usa a energia liberada quando um núcleo atômico pesado divide, ou fissões, em dois núcleos mais leves.

Em circunstâncias normais núcleos atômicos transportar cargas elétricas positivas que atuam fortemente para repelir outros núcleos e evitar que eles fiquem próximos um do outro.

Só sob temperaturas de milhões de graus pode núcleos carregados positivamente ganhar energia cinética suficiente ou velocidade, para superar sua repulsão elétrica mútua e aproximação perto o suficiente para combinar com a atração da força nuclear de curto alcance.

Os núcleos muito leves de átomos de hidrogênio são candidatos ideais para o processo de fusão, porque eles carregam cargas positivas fracas e, portanto, têm uma menor resistência para superar.

Os núcleos de hidrogênio, que se combinam para formar núcleos de hélio pesados deve perder uma pequena parte da sua massa (cerca de 0,63 por cento), a fim de “encaixarem” num único átomo maior.

Eles perdem essa massa, convertendo-o completamente em energia, de acordo com Albert Einstein em sua famosa fórmula: E = m c².

De acordo com esta fórmula, a quantidade de energia gerada é igual à quantidade de massa que é convertido multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado.

A energia assim produzida forma o poder explosivo da bomba de hidrogênio.

Deutério e trítio, que são os isótopos de hidrogênio, fornecem os núcleos ideais para o processo de fusão interargir. Dois átomos de deutério, cada um com um próton e um nêutron, ou trítio, com um próton e dois nêutrons, combinam durante o processo de fusão para formar um núcleo de hélio mais pesado, que tem dois prótons e um ou dois nêutrons. Em bombas termonucleares atuais, o lítio-6 é utilizado como deutereto de combustível de fusão; ele é transformado em trítio no início do processo de fusão.

Em uma bomba termonuclear, o processo inicia-se com o explosivo de detonação do que é chamado fase primária. Este é constituído por uma quantidade relativamente pequena de explosivos convencionais, a detonação do qual reúne físsil suficiente urânio para criar uma fissão reação em cadeia, que por sua vez produz uma outra explosão e uma temperatura de vários milhões de graus.

A força e o calor desta explosão são refletidos de volta por um recipiente em torno de urânio e são canalizados para o palco secundário, contendo o lítio-6 deuteride. O calor tremendo inicia a fusão, ea explosão resultante do estágio secundário sopra o recipiente urânio separados. Os nêutrons liberados pela reação de fusão com que o recipiente de urânio para a fissão, que muitas vezes é responsável pela maior parte da energia liberada pela explosão e que também produz consequências (a deposição de materiais radioativos da atmosfera) no processo. (A bomba de nêutrons é um dispositivo termonuclear em que o recipiente de urânio está ausente, produzindo muito menos uma explosão, mas letal “reforçada de radiação” de nêutrons).

Toda a série de explosões em uma bomba termonuclear leva uma fração de segundo para ocorrer.

A explosão termonuclear produz luz, calor, e diferentes quantidades de precipitação. A força de concussão da própria explosão toma a forma de uma onda de choque que se irradia a partir do ponto da explosão em velocidades supersônicas e que pode destruir completamente qualquer edifício dentro de um raio de vários quilômetros.

A intensa luz branca da explosão pode causar cegueira permanente com as pessoas olhando para ele de uma distância de dezenas de quilômetros. Intensa luz e calor conjunto madeira da explosão e outros materiais combustíveis em chamas a uma distância de muitos quilômetros, criando enormes incêndios que podem se aglutinam em uma tempestade.

A precipitação radioativa contamina o ar, a água e o solo e pode continuar durante anos após a explosão.

Bombas termonucleares podem ser centenas ou mesmo milhares de vezes mais poderoso do que as bombas atômicas. O rendimento explosivo das bombas atômicas é medido em quilotons, cada unidade da qual é igual a força explosiva de 1.000 toneladas de TNT.

O poder explosivo das bombas de hidrogênio, ao contrário, é frequentemente expressa em megatons, cada unidade da qual é igual a força explosiva de um milhão de toneladas de TNT.

As bombas de hidrogênio de mais de 50 megatons foram detonadas, mas o poder explosivo das armas montadas em mísseis estratégicos geralmente varia de 100 quilotons de 1,5 megatons.

Bombas termonucleares podem ser feitas o suficiente (a poucos metros de comprimento) para caber nas ogivas de mísseis balísticos intercontinentais; esses mísseis podem viajar quase do outro lado do globo em 20 ou 25 minutos e têm sistemas de orientação computadorizados tão precisas que podem pousar dentro de algumas centenas de metros de um alvo designado.

Bomba de Hidrogênio – Desenvolvimento

Edward Teller, Stanislaw Ulam M., e outros cientistas americanos desenvolveram a primeira bomba de hidrogênio, que foi testada no atol Enewetak em 1 de Novembro de 1952.

A URSS testou uma bomba de hidrogênio em 12 de agosto de 1953, seguido pelo Reino Unido em Maio de 1957, a China (1967), e em França (1968).

Em 1998, a Índia testou um “dispositivo termonuclear”, que se acreditava ser uma bomba de hidrogênio.

Durante a década de 1980, havia cerca de 40.000 dispositivos termonucleares armazenadas nos arsenais de armas nucleares do mundo. Este número diminuiu durante a década de 1990.

A ameaça destrutiva maciça dessas armas tem sido a principal preocupação da população do mundo e de seus estadistas desde 1950.

Fonte: sigma.br.tripod.com/www.researchgate.net/www.infoplease.com/Encyclopaedia Britannica/www.wisegeek.org/akm-img-a-in.tosshub.com/www.cnbc.com