Tabela periódica

Urânio-235 (U-235)

O urânio 235 é o único nuclídeo natural que sofre fissão com neutrões lentos, o que faz dele o combustível de todos os reatores e o material da primeira bomba atómica. Constitui 0,72 % do urânio natural, e enriquecê-lo é o passo que separa um programa civil de um militar.

Uma descoberta que ninguém esperava

Em dezembro de 1938, Otto Hahn e Fritz Strassmann bombardeiam urânio com neutrões em Berlim e encontram bário no resíduo. O bário tem 56 protões; o urânio, 92. Nada na física da época permite que um núcleo perca tantos.

Hahn escreve a Lise Meitner, sua colaboradora durante trinta anos, refugiada na Suécia desde esse verão para escapar às leis raciais nazis. No Natal, a caminhar na neve em Kungälv com o sobrinho Otto Frisch, ela percebe: o núcleo partiu-se em dois, e a massa que falta tornou-se energia.

Meitner e Frisch publicam a interpretação em janeiro de 1939 e dão-lhe um nome tomado da biologia — fissão.

⚠️ Hahn recebe o Nobel da Química em 1944. Sozinho. Meitner, que tinha dado a explicação, fica de fora. A omissão é hoje considerada uma das piores da história do comité.

O número que decide tudo

O urânio natural é 99,27 % urânio 238 e 0,72 % urânio 235. Só esses 0,72 % sofrem fissão com neutrões lentos.

Essa fração é demasiado pequena para sustentar uma reação em cadeia na maioria das configurações, pelo que quase tudo o que se constrói em torno do urânio serve para a alterar. Um reator de água leve pede 3 a 5 %. Uma arma pede mais de 90 %.

Concentrar essa fração equivale a separar dois átomos quimicamente idênticos. Formam os mesmos compostos, dissolvem-se igual, reagem igual. O único apoio é a massa: 235 contra 238, uma diferença de 1,3 %.

O projeto Manhattan tentou quatro métodos ao mesmo tempo, sem saber qual funcionaria: difusão gasosa, separação eletromagnética, difusão térmica e centrifugação. Os três primeiros contribuíram para a Little Boy.

⚠️ A centrifugação acabou por vencer e é o que qualquer programa de enriquecimento usa hoje. Uma cascata moderna faz girar milhares de máquinas a dezenas de milhares de rotações por minuto, cada uma deslocando o equilíbrio uma fração de ponto percentual.

A Urgeiriça

Portugal esteve nesta história pelo lado do minério.

A mina da Urgeiriça, no concelho de Nelas, foi explorada desde o início do século XX — primeiro para o rádio, quando o elemento de Marie Curie valia mais do que ouro, e depois para o urânio.

Durante a Segunda Guerra, o minério português foi objeto de negociações entre os aliados e o Estado Novo, no âmbito do mesmo esforço que levou o projeto Manhattan a procurar urânio no Congo Belga e no Canadá. A Urgeiriça foi uma das fontes.

A exploração continuou depois da guerra e só terminou em 2001.

⚠️ O que ficou foi um passivo ambiental e humano. Escombreiras, uma barragem de estéreis radioativos, e um contencioso de saúde ocupacional sobre a silicose e o cancro do pulmão entre os antigos mineiros que se arrastou décadas. A recuperação ambiental dos antigos couros mineiros correu ao longo dos anos 2000 e 2010, e a monitorização continua.

É a parte da história nuclear que não aparece nos livros de física: o urânio tem de sair de algum lado, e alguém tem de o tirar.

Porque é que o enriquecimento é um problema diplomático

A mesma cascata produz combustível de reator e material militar. Só muda o tempo de funcionamento.

É essa a dificuldade no centro de qualquer negociação sobre um programa nuclear. Um país que enriquece a 5 % faz o que outros cem países fazem. A maquinaria para chegar a 90 % é a que já tem.

⚠️ A AIEA fixa 20 % como limiar do urânio altamente enriquecido, não porque uma arma a 20 % seja prática, mas porque o trabalho de separação entre 0,72 % e 20 % representa o grosso do esforço. Depois disso, o passo que falta é curto.

Os regimes de inspeção contam por isso centrifugadoras e medem fluxos de material, em vez de tentarem julgar intenções.

Oklo, o reator que funcionou sozinho

O urânio 235 desintegra-se mais depressa do que o 238 — 704 milhões de anos contra 4 468 milhões. A sua proporção era portanto maior no passado.

Há cerca de 1 700 milhões de anos rondava os 3 %, exatamente a proporção a que hoje se enriquece. Em Oklo, no Gabão, água subterrânea infiltrou-se num jazigo excecionalmente rico e funcionou como moderador. Uma reação em cadeia arrancou por si própria.

Funcionou de forma intermitente durante centenas de milhares de anos, evaporando o seu próprio moderador e recomeçando quando a água voltava, em ciclos de cerca de três horas.

⚠️ Foi descoberto em 1972 porque uma amostra analisada deu 0,717 % em vez dos 0,720 % habituais. O que faltava era urânio já queimado, dois mil milhões de anos antes de alguém pensar em queimá-lo.

Identidade

Protões
92
Neutrões
143
Número de massa
235
Massa
235.0 ± 1.2 u
Excesso de massa
40.919 MeV
Spin
7/2-*

Estabilidade

Meia-vida: 7.04 × 10⁸ anos

Ocorrência natural

0.720 % do urânio

Desintegra-se em

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FAQ

Porque é que o urânio 235 sofre fissão e o 238 não?
Por causa do emparelhamento de neutrões. O urânio 235 tem 143, um número ímpar; ao capturar um neutrão passa a 144, par, e a energia libertada por esse emparelhamento basta só por si para cindir o núcleo. O urânio 238 já tem 146, par: a captura nada lhe acrescenta e o neutrão incidente tem de trazer mais de um megaeletrão-volt. Os reatores travam deliberadamente os neutrões abaixo desse limiar.
Que diferença há entre grau reator e grau militar?
A proporção de urânio 235. O urânio natural tem 0,72 %. Um reator de água leve precisa de 3 a 5 %. Uma arma precisa de mais de 90 %, embora um engenho rudimentar seja concebível a partir de 20 %, limiar a que a AIEA chama altamente enriquecido. A mesma cascata de centrifugadoras produz as três coisas; só muda o tempo de funcionamento.
Portugal teve minas de urânio?
Teve, e foram importantes. A Urgeiriça, no concelho de Nelas, foi a maior; explorada desde o início do século XX primeiro para o rádio e depois para o urânio, forneceu minério aos aliados durante a Segunda Guerra e continuou em laboração até 2001. Deixou escombreiras, uma barragem de estéreis e um contencioso de saúde ocupacional que se arrastou por décadas.
Porque é que o enriquecimento é tão difícil?
Os dois isótopos são quimicamente idênticos: nenhum processo químico os separa. A única diferença aproveitável é a massa, 235 contra 238, ou seja 1,3 %. Centrifugadoras a girar a dezenas de milhares de rotações por minuto deslocam ligeiramente as moléculas mais pesadas para a parede; são precisas milhares de máquinas em cascata para passar de 0,72 % a 4 %, e muitas mais para chegar a 90 %.

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